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

1

Изобретение относится к генераторам импульсных напряжений, используемым, преимущественно, в технике высоких напряжений, в ускорительной технике, в лазерной технике.

По основному авт.св. 635602 известен генератор, содержащий ряд последовательно соединенных накопительных конденсаторов, общие точки которых через зарядные элементы соединены с источником питания, нагрузку, подключенную к последовательному ряду накопительных конденсаторов, цепочки перемены полярности,содержащие катушку индуктивности, выпрямительный элемент и коммутатор и включенные параллельно нечетным конденсаторам ряда вспомогательные конденсаторы, через которые коммутаторы соединены между собой по схеме Аркадьева-МарксаИДостоинством генератора является автоматический запуск всех коммутаторов и возможность необратимой перезарядки каждого нечетного накопительного конденсатора.

Недостатком известного генератора является невозможность получения импульсов разной полярности, а также значительные потери запасаемой в накопительных конденсаторах энергии, обусловленные потерями энергии в зарядных элементах при разряде через них конденсаторов,что снижает КПД генератора и препятствует повышению частоты срабатывания генераторов из-за противоречия, согласно которому при заряде зарядные элементы должны иметь возможно

0 малое сопротивление, а при разряде возможно большое. - . .

Цель изобретения - получение импульсов разной полярности и повыяение КПД генератора.

5

Для достижения указанной цели в генераторе импульсов, содержащем ряд последовательно соединенных накопительных конденсаторов, общие точки которых через зарядные эле0менты соединены с источником питания, нагрузку, подключенную к последовательному ряду накопительных конденсаторов, цепочки перемены полярности, содержащие катуиЛсу индуктив5ности, выпрямительный элемент и коммутатор и включенные параллельно нечетным конденсаторам ряда вспомогательные конденсаторы, через которые коммутаторы соединены между со0бой по схеме Аркадьева-Маркса,параллельно каждому черному накопительному конденсатору включена дополнительная цепь перемены полярнос ти, содержащая катушку индуктивност выпрямительный элемент и коммутатор коммутаторы соединены в последовательный ряд по схеме Аркадьева-Марк через вспомогательные конденсаторы, а верхняя обкладка каждого нечетнох накопительного конденсатора соедине через соответствующий выпрямительный элемент с источником литания. При пробое коммутаторов цепочек ремены полярности, включенных парал лельно нечетным накопительным конденсаторам; на нагрузке формируется импульс одной полярности, а при про бое KOMiviyTaTOpOB цепочек перемены полярности, включенных параллельно четным накопительным конденсаторам, на нагрузке формируется импульс дру гой полярности. При этом в обоих случаях выпрямительные элементы, включенные между зарядными элемента и накопительными конденсаторами, препятствуют разряду последних чере зарядные элементы. На чертеже представлена принципи альная схема предлагаемого генератора высоковольтных импульсов. Генератор содержит накопительные конденсаторы 1-4 (для простоты пока зано только 4 конденсатора),включен ные параллельно каждому нечетному н копительному конденсатору цепочки перемены полярности, содержащей катушки 5 и 6 индуктивности, выпрямительные элементы 7 и 8, управляемый коммутатор (искровой разрядник) 9 и неуправляемый коммутатор 10. Коммутаторы 9 и 10 соединены в последовательный ряд по схеме АркадьеваМаркса через вспомогательные конденсаторы 11 и 12.Параллельно каждо му четному накопительному конденсатору включены дополнительные цепочк перемены полярности, содержащие катуики 13-15 индуктивности, выпрямительные элементы 16-18,управляемый коммутатор 19 и неуправляемый коммутатор 20. Коммутаторы 19 и 20 соединены в последовательный ряд по схеме Арксщьева-Маркса через вспомо1ательнь:е конденсаторы 21 и 22. Зарядка всех конденсаторов осуществляется от источника переменного напряжения (не показан) через зарядные элементы 23-26 и выпрямитель ные элементы 27-30. К последователь ному ряду накопительных конденсаторов подключена нагрузка 31 через коммутатор 32. Генератор работает следующим образом. В исходном состоянии все конденсаторы устройства заряжены до максимёшьного напряжения источника питания. После подачи запускающего импульса на управляемый коммутатор 9 и его пробоя на коммутаторе 10 появляется двойное перенапряжение, которое вызывает пробой этого коммутатора. По.сле срабатывания коммутаторов 9 и 10 нечетные накопительные конденсаторы 1 и 3 перезаряжаются через катушки 5 и 6 индуктивности и выпрямительные элементы 7 и 8 и остаются в таком состоянии до полной разрядки через коммутатор 32 и нагрузку, на которой суммируется напряжение последовательного ряда накопительных конденсаторов. При этом коммутатор 32 может быть настроен на пробой на плоской части импульсного напряжения последовательного ряда накопительных конденсаторов. Это позволяет получать стабильную амплитуду импульса на нагрузке. При необходимости полярность импульса может быть изменена. Для этого управлякяций импульс нужно подать на управляемой коммутатор 19, пробой которого приводит к автоматическому пробою коммутатора 20 и необратимой перезарядке каждого четного конденсатора. При этом на нагрузке как и в первом случае происходит суммирование напряжений накопительных конденсаторов, но при этом импульс имеет противоположную полярность. Время срабатывания коммутаторов, соединенных по схеме Аркадьева-Маркса, зависит от параметров разрядной цепи (малая емкость вспомогательных конденсаторов по сравнению с емкостью накопительных конденсаторов, малая индуктивность разрядной цепи, наличие коммутаторов под давлением в газе) k может составлять величину порядка нескольких наносекунд. Это время много меньше времени перезарядки накопительных конденсаторов. В связи с этим запуск всех коммутаторов (левой и правой половины генератора) можно считать синхронным. Выпрямительные элементы должны выдерживать удвоенное максимальное напряжение источника. Выпрямительные элементы,включенные между накопительными конденсаторами и зарядными элементами,позволяют отделить накопительные конденсаторы не только от источника питания, но и друг от друга во время переходного процесса. Это позволяет уменьшить потери запасаемой энергии при разряде накопительных конденсаторов через зарядные элементы, что повышает КПД генератора, и увеличить частоту посылок импульсов за счет того, что сопротивление зарядных элементов может быть уменьшено. При наличии большого числа ступеней умножения работа генератора не отличается от работы описанного вьше генератора. Предлагаемой генератор может найти широкое применение в качестве источника импульсов высокого напря жения очень большой длительности и разной полярности. Формула изобретения ,. Генератор высоковольтных импульсов по авт.св. 635602, о т л ичающийся тем,что, с целью получения импульсов разной полярн с и повышения КПД, параллельно каждом четному накопительному конденсатору включена дополнительная цепь перемены полярности, содержащая катушку индуктивности, выпрямительный элемент и коммутатор, коммутаторы соединены в последовательный ряд по схеме Аркадьева-Маркса через вспомогательные конденсаторы, а верхняя обкладка каждого нечетного накопительного конденсатора соединена через соответствующий выпрямительный элемент с источником питания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Авторское свидетельство СССР 635602, кл. Н 03 К 3/53 1978 (прототип) . -.