Генератор высоковольтных импульсов Советский патент 1980 года по МПК H03K3/53 

Изобретение откосится к импульсно технике и может быть использовано для питания узлов ускорителей заряженных частиц. Известен генератор высоковольтных импульсов, основанный на умножении напряжения по методу Дркгщьева-Маркса, содержащий в каскадах накопител ные конденсаторы, резисторы и разрядники, причем каскадами дополнительно присоединены конденсато связи, в разрядниках установлены коронирукндие электроды, а зарядка накопителей нечетных и четных каска дов производится раздельно через две зарядные цепи IJ. Недостатком этого генератора является небольшой диапазон изменен рабочего напряжения, так как при запасе электропрочности 100% разряд ников в каскадах возможно несраба тывание некоторых из них. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор высоковольтных импульсов, собранный по схеме Аркадьева-Маркса состоящий из конденсаторов,содержащ в 1Гачестве разрядников во втором и последукицих каскадах наполненные .сильно электроотрицательным газом, тригатроны, анод каждого изкоторых присоединен через свой резистор, а управляющий электрод - непосредственно к положительно заряженной обкладке конденсатора своего или последующего каскадов, катод присоединен к выходу предыдущего каскада 2. Однако этот генератор недостаточно стабилен в работе и имеет большой разброс времени задержки включения генератора при запасе электропрочности разрядников 100 %. Цель изобретения - повышение точности срабатывания генератора и увеличение запаса электрической прочности тригатронов. Поставленная цель достигается тем, что в генераторе высоковольтных импульсов, собранном по схеме Аркадьева-Маркса, состоящем из конденсаторов, резисторов и разрядников, образующих каскады, содержащем в качестве разрядников во втором и последующих каскадах наполненные сильно электроотрицательным газом тригатроны, анод каждого из которых присоединен через свой резистор, а управляющий электрод - непосредственно к положительно заряженной обкладке конденсатора своего или последующего каскадов, катод подключен к выходу пре дыдущего каскада, анод и катод в ка дом тригатроне выполнены коаксиальными и протяженными, анод имеет ста канооСраэную форму и охватывает катод, образуя разрядный промежуток в месте примыкания торцов этих элек родов, причем длина рязрядного проТ ежутка составляет 2,5-4 длины коль .цевого зазора между управляющим электродом и анодом, а величина электрических емкостей между управ лякицим электродом и анодом, анодом и заземленным токопроводом генератора, между анодом и катодом образуют следующее соотношение С С С,,, где GI - емкость между управляющим электродом и анодом; емкость между, анодом и заземленным токопроводом генератора; Ct - емкость между анодом и катодом. Кроме того, анод тригатрона в каждом последующем каскаде соединен через резистор с находящейся под положительным потенциалом обкладкой конденсатора предыдущего каскада, причем величина сопротивлений резистора выбрана такой по отношению к величине емкости между анодом и заземленным токопроводом генератора что постоянная времени , где It - величина сопротивления резистора, через который анод тригатрона в, последую Дем ка каде соединен с находящейся под положительным потенциалом обкладкой конденсатора предыдущего каскада, время задержки срабатывания тригатрона в последующем касксще относительно момент срабатывания тригатрона в предыдущем каскаде. На фиг. 1 показана электрическая схема генератора высоковольтных импульсов (для упрощения показаны только первый и второй каскады, так как последующие каскады аналогичны по схеме второму каскаду ; на фиг. 2 - конструкция предлагаемо генератора (показаны детали только первого и второго каскадов). Каждый каскад генератора содержи свой конденсатор 1(2) с емкостью С инаполненный сильно электроотрицательным газом, например элегазом, тригатрон 3 (4), а также соответств ющий резистор 5 (б) с сопротивление R , цепь из последовательного соединения которых подключена к зажиму 7 источника тока зарядки. Кроме тог каждый каскад содержит соответствую щий резистор 8(9) с сопротивлением Rj , причем цепь из последовательного соединения этих резисторов подключена к заземленному токопроводу 10генератора, управлягаций электрод 11тригатрона 3 первого каскада присоединен через разделительный конденсатор 12 к зажиму 13 источника пускового напряжения. Электрод 11 соединен с охватывающим его электродом 14 через резистор 15. Штриховыми линиями во втором касксще обозначены электрические емкости электродов тригатрона 4 и присоединения к его электродам резисторов: 16 - емкость С между управляющим электродом 17 и анодом 18 соответствующего тригатрона; 19 - емкость С анода 18 соответствующего тригатрона относительно заземленного токопровода 10 генератора , 20 - емкость Cij между анодом 18 и катодом 21 соответствующего тригатрона, 22 - емкость С4 между управляющим 17 и катодом 21 соответствующего тригатрона; 23 емкость Cg управляющего электрода 17 соответствующего тригатрона вместе с присоединенными к нему проводниками и элементами каскада относител ьно заземленного токопровода 10. 24 и 25 - резисторы, величины сопротивлений которых соответственно равны R ий .Величины емкостей 16, 19 и 20 находятся в соотношении Cii. Сг С. Конструктивно каскады генерзатора размещены в металлическом баке 26. Резисторы 5, 6, 8 и 9 не показаны, конденсаторы 1 и 2 установлены на изолирующих опорах 27, тригатроны 3 и 4 (однотипные, герметизированные их изолирующие корпуса 28 выполнены, например, из капролона, анод 18 и катод 21 тригатрона выполнены коаксиальными и протяженными, анод 18 имеет стаканообразную форму и охватывает катод 21, образуя разрядный промежуток в месте примыкания торцов этих электродов, причем длина разрядного промежутка составляет 2,5-4 длины кольцевого зазора между управляющим электродом 17 и анодом 18; такое выполнение анода и катода в сочетании q наполнением тригатрона сильно электроотрицательным газом под давлением свяше 10 Па, например давлением 7-10 Па, г озволяет увеличить величину емкости 20 (СЛ емкость 19 (СгЛ анода 18 относительно заземленного бака 26, образующего заземленный токопровод 10 генератора, определяется, в основном, расстоянием-от анода 18 до стенок бака 26. Приближая электрод 18 к стенке бака 26 просто выполнить условие, чтобы величина емкости 19 была много больше, величины емкости 16 (с) Для уменьшения емкости .22 ) параллельно к которой подключена емкость рассеяния между конденсатором 1 (2), последние разнесены межд собой и обращены один к другому торцами с малыми площадями поверхностей бокове поверхности имеют значительно большие площади и образуют относительно стенок бака емкости рассеяния 23 (GS) такие, что . Для повышения электрической прочности элементов генератор .меАду собой и относительно стенок бака последний заполняется газом, под давлением, например элегазом, электропрочность которого не менее чем в 2,5 раза превышает электропрочность воздуха при том же давлении. Возможно заполнение бака изоляционным маслом, В качестве конденсаторов служат конденсаторы, например типа ИК 100-0,25У4 (ЮО кВ,0,25 мкФ ТУ 16-562.137-3 с корпусами из диэлектрического материала. Генератор высоковольтных импульсо работает следующим образом. Пусть первоначально резистор 24 (фиг. l) отсутствует, а присоединен только резистор 25. От источника тока зарядки через зажим 7 заряжают до напряжения J конденсаторы 1 и 2 каскадов. При передаче через зажим 13 пускового напряжения срабатывает тригатрон 3 и на резисторе 8 выделяется импульсное напряжение с ампл тудой и отрицательной полярности. При обычно выполняемых в каждом кас каде условиях RjC -R5C- 7-fc ; -R,C577t ) где t.. - длительность импульса высоковольтного напряжения на выходе генератора; 1, - длительность интервала вре мени задержки срабатывания тригатрона 4 относительно момента срабатывания трига рона 3. Импульсное напряжение U делится по величинам емкостей 16,. 19, 20 и 22, 23 так, что, если промежутки в тригатроне 4 не перемкнуты искровыми каналами, оно полностью приложено к емкости 22 и к емкости 16 и 19. Между управляющим электродом 17 и катодом 21 разность потенциало достигает по амплитуде величины 2У, причем электрод тригатрона 17 наход тся относительно анода 18 и катода 21 под положительным потенциалом. В результате тригатрон 4 срабатывае с большей точностью, например с разбросом в несколько наносекунд, и имеет меньшее время задержки срабатывания при более высоком запасе электропрочности, например 120%р по сравнению с аналогичными параметрам разрядника в таком же каскаде в известном. Для получения наибольшей точности при минимальной задержке срабатывания тригатрона 4 необходимо, чтобы разряды между электродами 17 и 18, 17 и 21 завершались одновременно, или чтобы пробой между электрода.ми 17 и, 18 произошел несколько ранее. Эти условия обеспечиваются, если длина промежутка между торцами катода 21 и анода 18 в тригатроне 4 составляет 2,5-4 длины радиашьного кольцевого зазора между управляющим электродом 17 и охватывающим его анодом 18. . При соединении анода тригатрона 18с высоковольтной обкладкой конденсатора 1 через резистор 24, а не через резистор 25 с управляющим электродом 17, и выполнении указанного условия Т2.с,,:г:4-Ь потенциал анода 18 изменяется за счет разряда емкости 19через резистор 24 и тригатрон 3, в результате чего тригатрон 4 срабатывает точнее, чем в известном, при большем запасе электрической прочности . При таком техническом решении упрощаются требования к соотношению величин емкостей 16, 19 и 20, что, упрощает конструкцию тригатронов и требования к их размещению в каскадах генератора. Изложенное выполнение генератора высоковольтных импульсов применимо и к другим схемам генераторов умножения напряжения по методу Аркадьева-Маркса, в частности к генератору, конденсатор первого каскада в котором непосредственно присоединен одной обкладкой к заземленному токопроводу генератора. Таким образом, изобретение обеспечивает повышение точности включения генератора высоковольтныхимпульсов и увеличение запаса электрической прочности разрядников в его каскадах. Особенно перспективны предложенные генераторы при требовании точной синхронизации (несколько наносекунд) большого числа генераторов в сочетании с высокой надежностью к неуправляемому самопробою при одновременном включении генераторов на общую или раздельные нагрузки. Формула изобретения 1. Генератор высоковольтных импульсов, собранньй по-схеме АркадьеваМаркса, состоящий из конденсаторов, резисторов и разрядников, образующих каскады, содержащий в кач-естве разрядников во втором и последующих каскадах наполненные сильно электроотрицательным газом тригатроны, анод каждого иэ которых присоединен через свой резистор, а управляющий электрод - непосредственно к положительно заряженной обкладке конденсатора своего или последующего каскадов , катод подключен к выходу предыдущего каскада, отличаю щи с я тем, что, с целью повышения точности срабатывания генератора и увеличения запаса электрической прочности тригатрояов, анод и катод в каждом тригатроне выполнены коаксиальными и протяженными, анод имеет стаканообразную форму и охватывает катод, образуя разрядный промежуток в месте примыкания торцов этих элекродов, причем длина разрядного промежутка составляет 2,5-4 длины кольцев.го зазора управляющим электродом и анодом, а величины электрических емкостей между управляющим электродом и анодом, анодом и заземленным токопроводом генератора, анодом и катодом образуют следующее соотношение

С2 Сг,,

где С - емкость между управляющим электродом и анодом

Сп - емкость между анодом и

заземленным токопроводом генератораJ Сг - емкость между анодом и

катодом.

2. Генератор по п. 1, о т .л ичающийся тем, что анод кажцого тригатрона в последующем каскаде соединен через резистор с находящейся под положительным потенциалом обкладкой конденсатора в предыдущем каскаде, причем величина сопротивления резистора выбрана такой по отношению к величине емкости между анодом и заземленным токопроводом генератора, что прстоянная времени

R ,

где Тг, - величина сопротивления резистора, посредством которого анод каждого тригатрона в последующем каскаде соединен с находящейся под положительным потенциалом обкладкой конденсатора в предыдущем каскаде;

Ь - время Зсцдержки срабатывания тригатрона в последующем каскаде относительно момента срабатывания тригатрона в предыдущем каскаде.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ройфе И.М. и др. ПТЭ, 1971, № б, с. 87.

2.Авакян К.М. и др. ПТЭ, 1969, с. 87.

I I I

-L

Т

J