Генератор высоковольтных импульсов Советский патент 1981 года по МПК H03K3/53 

1 .

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к генераторам мощных высоковольтных нмпуль сов, которые могут быть использованы при формировании тормозного или рентгеновского излучения высокой интенсивности.

Известны генераторы высоковольтных напряжений, выполненные по схеме Маркса или представляющие собой генераторы Тесл, в которых трансформатор Тесла оформлен как сгмостоятельный узел, питающий одинарную коаксиальную формирующую линию i.

Недостаток известных генераторов заключается в сложности и громоздкости исполнения.

Наиболее близким к предлагаемому является генератор высоковольтных импульсов, содержащий импульсный трансформатор с первичной и вторичной обмоткой и формирующую линию, в полости внутреннего разрезного кондуктора которой расположен магнитопровод из ферритовых стержней, высоковольтный и низковольтный выводы ВТОричной обмотки трансформатора соединены соответственно с внутренним и

внешним кондукторами формирующей. линии 2.

Однако наличие первичной обмотки внутри заряженной формирующей линии генератора приводит к тому, что элетрическое поле ,формирующей линии усиливается на торцах первичной обмотки, а это обуславливает снижение электрической прочности линии и уменьшает рабочее напряжение генератора .

Задаваясь типовыми величинами толщины Т первичной обмотки расчетным путем получают зависимость величины напряженности поля К- на торце первичной обмотки от толщины Т, приведенную в таблице для линии с диаметром внещнего кондуктора 216 мм

Из таблицы видно, что напряженность поля на торце первичной обмотки существенно, превьшает напряженность электрического поля в линии Ед, что приводит к необходимоети снижения рабочего напряжения генератора в 2,5-4 раза для обеспечения электропрочности диэлектрического заполнителя вблизи торца первичной обмотки.

Таким образом, для приведенных выше размеров формирующей линии выходное напряжение генератора составляет 250-400 кв. .

Для формирования рентгеновского или тормозного излучения большой мощности йеобходимо иметь больший уровень выходного напряжения генератора. Повышение размеров генератора за счет увеличения размеров коаксиальной линии нецелесообразно, так как в этом случае становится невозможным использование его в полевых условиях из-за больших габаритов и веса.

Цель изобретения - повьндение выходного напряжения генератора при заданных его размерах и электрической прочности диэлектрического заполнения.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторе высоковольтных импульсов, содержащем импульсный трансформатор с первичной и вторичной обмотками и формирующую линию, в полости внутреннего разрезног кондуктора которой расположен магнитопровод из ферритовых стержней,, высоковольтный и низковольтный выводы вторичной обмотки трансформатора соединены соответственно с внутренним и внешним кондукторами формиру-, ющей линии, первичная обмотка трансформатора расположена на внешней стороне внешнего кондуктора, поверх которой размещен дополнительный магнитопровод из ферритовых стержней, у концов которых во внутреннем и внешнем кондукторах выполнены магнитопроводящие отверстия, соединенные между собой узкими продольными щелями. .

На чертеже представлена конструкция предлагаемого генератора.

На внешнем кондукторе 1 расположена первичная обмотка 2 трансформатора и внешний магнитопровод 3, состоящий из ферритовых стержней. Вторичная обмотка 4 выполнена однослойной, причем высоковольтный конец обмотки соединен с внутренним кондуктором 5, а низковольтныйс внешним кондуктором 1.

В целях обеспечения высокой электрической прочности генератора, витк вторичной обмотки 4 должны быть плотно уложены.относительно друг друга с обеспечением необходимых межвитковых изоляционных зазоров. Кроме того, формирующая линия заполнена диэлектриком, например трансформаторным маслом. Генератор также содержит внутренний магнитопровод б, ,во внешнем и внутреннем кондукторах

выполнены магнитопроводящие отверстия 7, соединенные между собой узкими продольными щелями 8,

Дополнительный магнитопровод из ферритовых стержней используется для концентрации магнитного потока у магнитопроводящих отверстий 7. Магнитный поток (на чертеже указан стрелками), охватывающий первичную 2 и вторичную 4 обмотки, проходит по внешнему и внутреннему магнито0проводам и через магнитопроводящие отверстия 7 во внешнем 1 и внутреннем 5 кондукторах. Для исключения потерь от вихревых токов между магнитопроводящими отверстиями 7 вы5полнены узкие щели 8. Направление щелей вдоль образующей необходимо для сохранения волнового сопротивления и электрической длины формирующей линии.

0

Принцип действия генератора состоит в следующем.

При разряде емкостного накопителя (на чертеже не показан) на первичную обмотку 2 импульсного трансформатора в нем возбуждается магнит5ное поле, охватывающее вторичную обмотку 4. Индуцируемое вр вторичной обмотке напряжение заряжает формирукяцую линию, представляющую собой для импульсного трансформатора емкос0тную нагрузку, а накопленная в формирующей линии энергия используется при дальнейшей коммутации.

Наличие магнитопроводящих отверстий 7 не приводит к заметному усилению напряженности поля на поверхности кондукторов. При разумном выборе ширины отверстия это усиление значительно меньше, чем в случае нахождения первичной обмотки внутри формирующей линии.

Расчет показывает, что расположение первичной обмотки трансформатора с внешней стороны формирующей 45 линии увеличивает электропрочнобть линии в 2,5-4 раза в сравнении с известным генератором тех же размеров. Это позволяет в 2,5-4 раза поднять выходное напряжение в предлагаемой конструкции генератора, что при использовании его для формирования тормозного или рентгеновского излучения дает возможность увеличить мощность излучения в 15-64 расе за, в силу кубической зависимости интенсивности излучения от напряжения на рентгеновской трубке.

Увеличение размеров генератора за счет расположения первичной обмотки с внешней стороны линии составляет 10 мм, а за счет размещения н ней дополнительного магнитопровода из ферритовых стержней - 16 мм, что в сумме составляет всего 10% от размера генератора.