Генератор импульсных напря-жЕНий Советский патент 1981 года по МПК H03K3/53 

(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

I

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано для получения импульсов высокого напряжения с коротким фронтом.

Известен генератор импульсных напряжений, предназначенный для получения импульсов высокого напряжения с коротким фронтом, содержащий ступени, обладацэщие емкостью, соединенные последовательно через разрядники и параллельно через разрядное устройство 1.

Недостатком этого генератора является ограниченная возможность получения импульсов высокого напряжения с коротким фронтом.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является генератор высоковольтных импульсов с коротким фронтом Этот генератор содержит ступени, обладающие емкостью, соединенные последовательно через разрядники, имеющие элдктроды, и параллельно - через зарядное устройство, а также имеет обратный токопровод, отделенный от ступеней изоляцией, содержащей твердый диэл-ектрик.

В известном генераторе разрядники и ступени смонтированы на полоске из органического стекла, которая выполняет роль несущей конструкции и не входит в состав указанной изоляции, так-как электроды разрядников закреплены в сквозных отверстиях, которые имеет эта полоска. Твердым диэлектриком является сторона коробки, в которую помещен генератор 2.

Недостатком известного генератора является ограниченная возможность получения импульсов высокого напряжения с коротким фронтом, вызванная замедленным спадом активного сопротивления каналов искры в разрядниках и повыщенной индуктивностью генератора, так как в каждом разряднике в момент срабатывания имеется только один канал искры и он находится на значительном удалении от обратного токопровода.

Целью изобретения является получение импульсов высокого напряжения с коротким фронтом, а также уменьшение габаритных размеров генератора.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторе импульсных напряжений, содержащем ступени, обладающие емкостью, соединенные последовательно через разрядники, имеющие электроды, и паралелльно -

через зарядное устройство, а также обратный токопровод, отделенный от ступеней изоляцией, содержащей твердый диэлектрик, электроды разрядников размещены на поверхности твердого диэлектрика.

Генератор импульсных напряжений содержит дополнительные электроды, отделенные друг от друга и от ступеней изоляционными промежутками и расположенные на поверхности твердого диэлектрика между ближайщими к нагрузке электродами.

В генераторе импульсных напряжений обратный токопровод выполнен в виде ступеней и разрядников.

На фиг. 1 показан продольный разрез генератора; на фиг. 2 - генератор, вид сверху; на фиг. 3 - то же, продольный разрез с обратным токопроводом, выполненным в виде ступеней и разрядников; на фиг. 4 - то же, с дополнительными электродами; на фиг. 5 - продольный разрез генератора, имеющего коаксиальную конструкцию.

Генератор импульсных напряжений содержит обладающие емкостью ступени 1-1, 1-2, 1-3, соединеняые последовательно через разрядники, имеющие электроды 2-8, расположенные на поверхности твердого диэлектрика 9, обратный токопровод 10, зарядное устройство, имеющее резисторы 11 -1-11-6, поджигающий электрод 12, расположенный на поверхности диэлектрика 9, блок запуска 13, дополнительную изоляцию 14. К генератору подсоединена нагрузка 15.

Обратный токопровод 10 выполнен в виде ступеней 16-1 - 16-3, соединенных последовательно через разрядники с электродами 17-23. При этом генератор содержит второй поджигающий электрод 24, электрод 25 и дополнительные электроды 26 и 27.

Генератор имеет коаксиальную конструкцию. Обратный токопровод 10 расположен на внутренней поверхности твердого диэлектрика 9, а ступени 1-1, 1-2 и 1-3 и электроды 2-8 расположены на наружной поверхности твердого диэлектрика 9.

Работа генератора осуществляется следующим образом.

После заряда ступеней 1-1, 1-2, 1-3 и через резисторы 11-1 - 11-6 до напряжения UQ. между электродами 2-7 и обратным токопроводом 10 разность потенциалов достигает напряжения, равного 0,5 UQ. Блок запуска 13 подает напряжение на поджигающий электрод 12, от которого в обе стороны развивается многоканальный разряд. Каналы искр перекрывают по поверхности диэлектрика 9 промежуток между обратным токОпроводом 10 и электродом 2. В результате между электродом 3 и обратным токопр оводом 10 возникает разность потенциалов, равная зарядному напряжению Uo и примерно двойное перенапряжение. В результате этого перенапряжения

от электрода 3 к электроду 4 распространяется многоканальный разряд и промежуток между электродами 3 и 4 перекрывается каналами искр.

Между электродом 5 и обратным токопроводом 10 возникает разно,сть потенциалов, равная двойному зарядному напряжению, т. е. 2ио,и примерно учетверенное перенапряжение. От электрода 5 к электроду 6 распространяется многоканальный разряд и далее все идет аналогично процессу

в промежутке между электродами 3 и 4. При этом ш-й разрядник срабатывает с перенапряжением примерно равным 2т, т. е. в два раза больщим, чем у известного. При многоканальном пробое промежутка между электродами 7 и 8, который проходит подобно пробоям между электродами 3 и 4, 5 и 6, на нагрузке 15 формируется импульс напряжения с коротким фронтом и с амплитудой,приблизительно равной сумме зарядных напряжений всех ступеней.

Чем сильнее перенапряжение в момент срабатывания разрядников, тем быстрее падает активное сопротивление каналов Искр, тем больше количество таких каналов в каждом разряднике, и тем меньще индуктивность каждого разрядника и индуктивность генератора в целом, а следовательно, и меньще длительность фронта получаемого импульса напряжения. Уменьщению длительности фронта способствует также то, что каналы искр развиваются по поверхности диэлектрика 9, т. е. на минимальном удалении от обратного токопровода 10. Фронт импульса напряжения, получаемого в данном генераторе, в два раза короче, чем у известного. Разрядники генератора срабатывают прежде всего от перенапряжения между электродами 3, 5 и 7 разрядников и обратным токопроводом 10, в результате чего и образуются многоканальные разряды, в то время как у известного генератора разрядники срабатывают от их же пе ренапряжения между электродами.

В известном генераторе перенапряжение на разрядниках возникает за счет больщих емкостей электродов этих разрядников на землю, которой является обратный токопровод. А при выполнении обратного токо5 провода из ступеней и электродов разрядников емкости в значительное число раз уменьщаются, так как в них входят последовательно включенные незначительные по величине емкости разрядников.

Применение дополнительных электродов 26 27 вызвано перенапряжением при срабатывании разрядников. Перенапряжение тем больще, чем быстрее поднимается напряжение на электродах 3, 5 и 7 этих разрядников, т. е. чем быстрее заряжается емкость электродов 3, 5 и. 7 на обрагнык токопровод 10. Длительность фронта зависит прежде всего от перенапряжения между электродом 7 и обратным токопроиодом 10.

Индуктивность ступени, подсоединенной к электродам 6 и 7, ограничивает скорость нарастания напряжения на электроде 7, а следовательно, ограничивает и возможность получения более короткого фронта импульса.

При наличии у генератора дополнительных электродов 26 и 27 при перекрытии каналами искр промежутка между электродами 7 и 26 напряжение на электроде 26 нарастает быстрее, чем на электроде 7, т. к. здесь отсутствует влияние индуктивности ступени и электрод 26 заряжается за счет энергии, накопленной в емкости электрода 7 на обратный токопровод 10. Поэтому перенапряжение на электроде 26 больше, чем на электроде 7, и следовательно, при развитии разряда от электрода 26 к электроду 27 формируется больше каналов и при перекрытии промежутка между электродами 26 и 27 напряжение на электроде 27 возрастает быст-рее, чем на электроде 26, т. е. происходит уменьшение длительности фронта импульса напряжения, получаемого при перекрытии промежутка между электродами 27 и 8.

Генератор конструкции, имеющий коаксиальное расположение ступеней 1-1, Г-2, 1-3, электродов 2-8 и обратного токопровода 10, работает так же, как описано в приведенных примерах. В такой конструкции генератора легче выполнить экранирование токоведущих частей генератора и он лучше согласуется d нагрузками, имеюшими коаксиальную конструкцию.

Твердый диэлектрик 9 генератора может иметь увеличиваюш1уюся в направлении от электрода 12 к электроду 8 толш,ину и может применяться в сочетании с жидким и комбинированным диэлектриком.

Размещение в генераторе электродов разрядников на поверхности твердого диэлектрика, входящего в состав изоляции отделяющей ступени генератора от обратного токопровода, , обеспечивает многоканальный характер пробоя этих разрядников с перенапряжением в два раза большим, чем у известного, уменьшает индуктивность генератора, благодаря чему расширяются возможности получения импульсов высокого напряжения с коротким фронтом. Введение дополнительных электродов, расположенных на пбверхности твердого диэлектрика,также способствует уменьшению длительности фронта полученного импульса напряжения. В предлагаемом генераторе получают импульсы с фронтом в два-три раза короче по сравнению с известным. При этом, стоимости генераторов (известного и предлагаемого) приблизительно одинаковы.

Выполнение обратного токопровода генератора в виде ступеней разрядников уменьшает длину Генератора в два раза или при сохранении этого размера дает возможность увеличить номинальное напряжение в два раза.

Предлагаемый генератор имеет большую точность включения, чем известный. Это объясняется более высоким перенапряжением срабатывания разрядников.

Генератор . может иметь коаксиальное расположение ступеней и обратного токопровода. Обратный токопровод при этом может иметь как внутреннее так и наружное расположение.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I / / / / / /7

/ / / 7 7 7ГТ

2 3 4- S 6f 7

-d34Z 3C3

/-/

НИ ни

Фаз.{

Фиг. 2

СИ

CZ

f-3

HH

{-D-o MZZf

иг.5 Фиг. 4