Формирующая линия Советский патент 1980 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в высоковольтных формирующих устройствах, предназначенных для получения импульсов тока и напряжения с малыми временами нарастания, в экспериментах по нагреву плазмы, генерации мощны релятивистких злектронных пучков и т.д. В генераторах высоковольтных импульсов в качестве основного злемента, запасающего энергию (емкостного накопителя), используются высоковольтные формирующие линии. Главной задачей при разработке линий является j увеличение запасаемой в них энергии VJ -2 при неизменных габаритах. Здесь w - энергия С на единицу длины; U - емкость на единицу длины; и - рабочее напряжение линии. В ряде случаев желательно при неизменной индуктив ности линии снизить величину U, что позволяет сократить время разряда линии заданной длины или увеличить мощность, выделяемую в согласованной нагрузке. Известна формирующая линия на базе импульсного генератора, содержащего хотя бы оди емкостный накопитель, имеющий не менее двух электродов, пространство между которыми заполнено полярной жидкостью с высокой диэлектрической постоянней (глицерином или эфирным спиртом) 11. Энергоемкость линии такого типа ограничена электрической прочностью жидкого дюлсктрика. В случае слабонеоднородного поля рабочее напряжение линии U Eh, где h - величина изоляционного зазора, Е - рабочая 11апряжепностъ электрического поля. Величина Е Е ,, где напряженность пробоя, который при характерных для формирующих линий временах зарядки порядка в слабонсоднородиом поле начинается с ионизационных процессов на электродах. Эти процессы ограничивают рабочее напряжение существующих высоковольтных наносекундных формирующих линий с жниким диэлектриком. Из известных устройств наиболее блюкой по технической сущности к предложенной яв.гшется формирующая линия, состоящая из двух электродов и водяной изоляции между ними, с пористыми электродами, через которые подаетГ, :, :. 3-7 ся проводяишя жидксх-ть (например, раствор купора) Проводящая прослойка снижает папряжёиносп, электр№)еского поля у микроострий на )лектрод благодаря чему возрастает рабочее напряжение. Подобное устройство сложно в :)ксплуатации, требует создания специальной аппаратуры для быстрой и своевременной подачи проводяЩей жЖк(ст;, что затруднительно 1гри бс льиМхплоцшгях электродов, типичных ;UIH крупных установок. Цель изобретения повышение рабочего на|Пряжения и запасаемой энергии формирующей линий. Поставле1гная цель достигается тем, что в формнрую цей линии, содержащей два металлических электрода и расположенную между ними йзбляцйю, изоляция формирующей линии выпол нена в виде двух приэлектродных слоев из основного диэлектрика с высокой диэлектрическо постоянной и расположенного между ними слоя дополнительного диэлектрика с относительно ма лой диэлектрической постоянной и выполненными в этом слое каналами, заполненными основным диэлектриком. На чертеже показана предложенная формирующая лийий в nonepeimoM разрезе, содержащая основные металлические электроды 1, 2, нриэлектродные слои 3, 4, выполненные из основного диэлектрика, имеющего больщую диэлектрическую постоянную , слой дополнительного диэлектрика 5 с относительно малой диэлектрической постоянной бз, имеющего форму призм со скругленными углами, отделенных друг от друга каналами 6, заполненными основ ным диэлектриком с большой диэлектрической постоянной t и сообщающимися с приэлектродными слоями 3, 4. На чертеже также обозначены: h -- tlftipnHa МежэлёКтрЩНОго iasopa, заполненного комбинированной изоляцией; р - ширина каналов, К-- расстояние междуосями каналов, заполненных основным диэлектриком. Статическое состояние, устройства следующее. Между электродами 1, 2 расположена комби нированная ;изоляция, состоящая из приэлектродных слоев 3, 4 основного диэлектрика, дополнительного диэлектрика 5, в котором разме щены каналы 6 из оснбвногбдйэШкТрШаи ко торые сообщаются с приэлектродными слоями 3, 4, Основная изоляция расгголагается непосред ственно у поверхности электродов, а в остальной части, межэлектродного зазора. вдоль электродов чередуются обласди основного и дополнительного диэлектриков. Размещение слоя диэлектрика с относительно малой диэлектрической постоянной Ej в толще диэлектрика с большой диэлектрической постоянной 1 приводит к снижению нащУяженнЬсти 1 электрическою поля на поверхности элекг юдов, благодари этому можег быть iioBhinieHO рабочее напряжение линии. Однако ггри отсутствии KanajroB напряженность в дополнительном -1- ныше. чрм на диэлектрике в отношении - выше, чем электродах, что может привести к безэлектродному пробоЛ дополнительного диэлектрика. Каналь пoзвoJ яют снизить эту напряженн1)сть до величины ЕО, при которой отсутствуют ионизадионные процессы в толще диэлектрика (в ка налах, в дополнихе; ьном диэлектрике и на поверхности их раздела). Рабочее напряжение U формирующей линю может быть выбрано из условия ,p.ri(f .г--, Величина предельно допустимого напряжения Uj Efih, если вьшолнено условие bl (напряженность безэлектродного пробоя При этом одновреметию выполяются условия отсутствия ионизацио псых процессов на электроде и в толще диэлектрика.При этом емкость убывает в отношении --§- + ) 1, а энергия возрастает в отношеHHr -LV|(,--)(|4) 1- Например, в i-t ei V -t ««1 К/ lacnroM случае с, 80to 2 (вода и полиэтилен), выбирая -I 3, можно увеличить В три раза энергию, запасаемую в линии. Наибольшим энергозапасом обладает линия, у которой Л- -. Поскольку - мало, то у Г Щ- такой ЛШ1ИИ и Eoh, а относительное увелиmчение энергии равно Техническими преимуществами предложенной формирующей линии являются повышение рабо чего напряжения и запасаемой в ней энергии при неизменных габаритах. Дополнительный эффект состоит в снижении погонной емкости, что позволяет увеличить мощность, выделяемую в согласованной нагрузке.. Формула изобретения Формирующий линия, содержащая два металлических электрода и расположенную между ними изоляцию, отличающаяся тем, что, с целью повышения рабочего напряжения и запасаемой энергии, изоляция формирующей линии вьшолнена в виде двух приэлектродных слоев из основного диэлектрика с высокой диэлектрической постоянной и расположенного между ними слоя дополнительного диэлектрика с относительно малой диэлектрической постоянной и размёШёйньгййиэтом слое каналами, сообщающимися с приэ;тектродными слоями и заношенными основным дюлектриком. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании № 116347, кл. Н 3 Р, опублик. 21.10.66 2.Воробьев B. В., Капитонов В. .А., Кругляков Э. П. Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики, т. 19, с. 96, 1974 (прототип).