ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ Советский патент 1995 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике, может быть использовано для питания инжекторов сильноточных пучков электронов.

Известен генератор высоковольтных импульсов, собранный по схеме Аркадьева-Маркса, и содержащий накопительные конденсаторы, зарядные резисторы и коммутаторы, образующие каскады, а также полые герметизированные элементы, полости которых заполнены электролитом с равной двухсторонней проводимостью, присоединенные каждый изолированными один от другого электродами к выходу своего каскада и к общей заземленной шине генератора.

Описанный генератор достаточно прост в связи с совмещением в каждом полом герметизированном элементе функций конденсатора и параллельно присоединенного к нему резистора. Кроме того, генератор имеет широкий диапазон рабочего напряжения и повышенную стабильность времени задержки включения в серии из большого числа запусков.

Величины емкостей С полых герметизированных элементов зависят от нескольких параметров фиксированных значений С_о, N и переменных t и λ определяемых конструкцией генератора, где С емкость полого герметизированного элемента, С_о емкость накопительного конденсатора каскада, λ число каскадов, t длительность интервала времени задержки срабатывания коммутатора λ каскада, L индуктивность цепи контура единичного каскада. Рассчитать точно величины t и λ предварительно и выполнить их таковыми в практической конструкции генератора не представляется возможным. Следовательно, нельзя выбрать сразу же однозначно необходимые величины С. Поэтому при настройке генератора на оптимальный режим работы, при котором генератор имеет широкий диапазон рабочего напряжения и стабильное время задержки включения, необходимо изменять L, t или С. Изменение L и t связано с неоднократным изменением конструкции генератора, с демонтажем его цепей и последующей их сборкой, с проверкой контактных соединений на сильноточность и электропрочность, что в совокупности представляет собой трудоемкий процесс. Удобнее при первоначально полученных в генераторе L и t подбирать необходимые величины С, которые, в свою очередь, изменяют t. Достигается подбор С тем, что извлекают из генератора герметизированные элементы и изменяют площади обоих изолированных один от другого электродов и (или) расстояния между ними. Перечисленные факторы снижают оперативность настройки генератора и усложняют этот процесс, особенно при размещении каскадов генератора в герметизированном баке, заполняемом жидкой изоляцией, например, трансформаторным маслом.

Целью изобретения является повышение оперативности настройки генератора высоковольтных импульсов.

Эта цель достигается тем, что в генераторе высоковольтных импульсов, собранном по схеме Аркадьева-Маркса и содержащем накопительные конденсаторы, зарядные резисторы и коммутаторы, образующие каскады, а также полые герметизированные элементы, полости которых заполнены электролитом с равной двухсторонней проводимостью, присоединенные каждый изолированными один от другого электродами к выходу своего каскада и к общей заземленной шине генератора, один из электродов каждого полого герметизированного элемента выполнен перемещающимся относительно второго электрода.

Кроме того, изолированный от второго электрод полого герметизированного элемента выполнен в виде герметизированного деформируемого полого тела, например, в виде металлического сильфона, полость которого сообщается со своей внешней гидравлической системой.

Такое техническое решение позволяет ускорить и упростить настройку генератора на оптимальный режим работы без какого-либо демонтажа генератора, снизить трудоемкость процесса настройки. Соединение полости элемента с внешней гидравлической системой позволяет дистанционно заменять в элементе электролит на электролит с другой величиной проводимости без извлечения полого герметизированного элемента из генератора, а изменение давления в его полости позволяет изменять расстояние между этим и вторым изолированным электродом, устанавливая тем самым дистанционно необходимую величину емкости С.

На чертеже показан предложенный генератор высоковольтных импульсов, состоящий из двух каскадов.

Генератор собран по схеме Ардадьева-Маркса и содержит накопительные конденсаторы 1, 2, зарядные резисторы 3, 4, 5 и коммутаторы 6, 7, образующие два каскада, а также присоединенные к выходам каскадов и к общей заземленной шине генератора изолированными один от второго электродами полые герметизированные элементы 8, 9, полости которых заполнены электролитом с равной двухсторонней проводимостью, например, водным раствором медного купороса, каждый элемент эквивалентен присоединению к выходу каскада конденсатора 10, 11 и резистора 12, 13, электроды 14, 15 элементов, подключенные к заземленной шине, выполнены в виде герметичных металлических сильфонов 14 и 15, полости которых соединены посредством магистралей 16, 17 из трубок через вентили 18, 19 к общей внешней гидравлической системе 20, полости полых герметизированных элементов сообщаются посредством магистралей 21, 22 из трубок через вентили 23, 24 со своей внешней гидравлической системой 25.

Генератор высоковольтных импульсов работает следующим образом. Заряжаются накопительные конденсаторы 1 и 2 до рабочей разности потенциалов U. При подаче управляющего сигнала срабатывает коммутатор 6 первого каскада, начинает разряжаться накопительный конденсатор 1, заряжая емкость С полого герметизированного элемента 8 в переходном режиме до импульсной разности потенциалов 2U. В результате между электродами коммутатора 7 второго каскада возникает импульсная разность потенциалов 3U, приводящая к перенапряжению разрядного промежутка. Широкий диапазон рабочего напряжения и стабильное включение коммутатора 7 будет в том случае, если время t задержки его срабатывания относительно момента пробоя коммутатора 6 (это время включает в себя время формирования канала разряда и перемыкания им электродов коммутатора 7) будет близко к моменту достижения на емкости С полого герметизированного элемента 8 разности потенциалов 2U, т.е. если t будет равно половине периода Т электрических колебаний в цепи разрядки емкости С_с накопительного конденсатора 1 через индуктивность L контура первого каскада на емкость С полого герметизированного элемента 8. Длительность периода Т колебаний можно изменять изменением величины емкости С полого герметизированного элемента 8. Например, если t меньше Т/2, то величину емкости С надо уменьшить, если t > Т/2, то емкость С надо увеличить. Уменьшение емкости С полого герметизированного элемента 8 достигается уменьшением давления в полости сильфона 14 через вентиль 18 посредством гидравлической системы 20 и подачей в полость полого герметизированного элемента 8 электролита через вентиль 24 посредством гидравлической системы 25, в этом случае расстояние между электродами полого герметизированного элемента увеличивается, а емкость С уменьшается. Для увеличения емкости С нужно повысить давление в полости сильфона 14 и откачать часть электролита из полости полого герметизированного элемента 8. (На чертеже для упрощения показана только одна магистраль 22 от гидравлической системы 25, хотя для удобства целесообразно иметь две одну для подачи электролита, вторую для его откачки из полости). После оптимальной настройки работы первого каскада совместно с коммутатором 7 вентили 18 и 24 запираются. Большое перенапряжение коммутатора 7 будет приводить к его стабильному пробою, в результате чего емкость С будет в переходном процессе заряжаться до 4 U. Если генератор содержит третий каскад, то настройка оптимального режима работы второго каскада совместно с коммутатором третьего каскада производится изменением емкости С полого герметизированного элемента 9 аналогично описанному.

В виде сильфонов могут быть выполнены оба изолированных один от другого электродов каждого полого герметизированного элемента, причем управление деформацией сильфонов тоже должно производиться дистанционно.

Другие варианты изменения емкости каждого полого герметизированного элемента отличаются техническим выполнением деформируемых электродов, например изготовлением их в виде металлических мембран, выполнением одного из электродов из жидкого металла, в частности, из ртути.

Для повышения электрической прочности полых герметизированных элементов 8, 9 между их изолированными один от другого электродами создается в электролите избыточное давление, по крайней мере, на время приложения разности потенциалов между обкладками накопительных конденсаторов 1, 2.

Для повышения давления закрываются вентили 23, 24, открываются вентили 18 и 19 и создается посредством гидравлической системы 20 избыточное давление в полостях сильфонов 14, 15; подобранные величины емкости С не изменяются, т.к. жидкость несжимаема.

Данное изобретение позволяет повысить оперативность настройки генератора на оптимальный режим его работы без какого-либо демонтажа и последующей сборки генератора и уменьшить трудоемкость процесса настройки. Кроме того, обеспечена дистанционная подстройка работы генератора как путем изменения величин емкостей заполненных электролитом полых герметизированных элементов, так и величин их активных сопротивлений.

1. ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ по авт. св. N 660204, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности его настройки, один из электродов каждого полого герметизированного элемента, полость которого заполнена электролитом с равной двусторонней проводимостью, выполнен с возможностью перемещения относительно второго электрода. 2. Генератор высоковольтных импульсов по п. 1, отличающийся тем, что перемещаемый электрод выполнен в виде герметичного деформируемого полого тела, например, в виде металлического сильфона, полость которого сообщается с внешней гидравлической системой.