Генератор импульсов высокого напряжения Советский патент 1981 года по МПК H03K3/53 

(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к технике генерирования мощных импульсов напряжения и может применяться при разработке источников питания импул ных ускорителей заряженных частиц прямого действия, а также при разра ботке высоковольтной испытательной аппаратуры. По основному авт.св. №544108 известен генератор импульсов высокого напряжения. (ГИН) j содержащий накопи тельные конденсаторы с искровыми разрядниками в каждой ступени генератора и зарядные резисторы, выполненные в виде газонаполненных камер с встроенными внутрь электродами и элементами управления величиной дав ления газа D3 Недостаток известного генератора - его малая надежность вследстви большой токовой нагрузки на каждый электрод (особенно в сильноточных генераторах), неравномерного распре деления нагружения по.секциям ГИНа ,из-за большого падения напряжения по длине газонаполненных камер и несимметричного расположения электродов. Цель изобретения - повьш1ение надежности .генератора импульсов вь1сокого напряжения за счет равномерного распределения напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в генераторе импульсов высокого напряжения зарядные резисторы вьшолнены в виде двух цепей цилиндрических изоляционных проставок, причем в первой цепи цилиндрические изоляционные проставки соединены между собой симметричными относительно оси металлическими электродами в количестве, равном количеству ступеней генератора, в каждой цилиндрической изоляционной проставке первой цепи размещены соосно цилиндрические металлические электроды с одинаковой вдоль оси площадью просвета в количестве, равном количеству конденсаторов ;в ступени генератора, изолированные друг от друга и соединенные с одним из выводов каждого конденсатора и ра рядника ступени генератора, а другие выводы конденсаторов и электроды всех разрядников ступеней объединены общими шинами, соединенными с металлическими электродами цилиндрических изоляционных простаБОК второй цепи, причем управляющие электроды разрядников подключены к пусковым конденсаторам через .малоиндуктивные резисторы . Выполнение одного из разрядных ре зисторов в виде цилиндрических изоля ционных проставок с размещенными в них соосно цилиндрическими металлическими электродами, количество которых равно количеству конденсаторов в ступени ГИНа, изолированных друг от друга, позволит повысить надежность ГИНа в стучае вывода из строя одного из конденсаторов ступени, так как другие конденсаторы в этот момент будут изолированы от него и не произойдет разрядка остальных конден саторов через поврежденньй. Кроме того, подключение каждого электрода к соответствующему конденсатору и разряднику уменьшает удельную токовую нагрузку на каждый элект род пропорционально количеству элект родов и обеспечивает более равномерное распределение токовой нагрузки по поверхности электродов. Также уменьшаются промежутки между электродами, что уменьшает падение напряжения вдоль резистора пропорционально уменьшению сопротивления промежут ка между электродами и обеспечивает более равномерное распределение напряжения по секциям ГИНа. А соосная установка электродов, имеющих одинаковую площадь просвета, способствует более быстрому распространению тлеющего разряда вдоль резистора. На чертеже представлена конструктивная электрическая схема генератора импульсов высокого напряжения. Генератор содержит конденсаторы 1, разделенные на ступени (секции) 2 и соединенные внутри ступени парал лельно, искровые разрядники 3 с управляющими электродами 4, зарядные резисторы 5 и 6, снабженные элементами управления величиной давления газа в интервале от Ютм рт.ст до нескольких атмосфер (не показаны и высоковольтный вывод 7, размещен. 4 ныс в металлическом корпусе 8, заполненном электроизоляционном средой, например сжатым газом. Зарядные резисторы 5 и 6 выполнены в виде герметичных цилиндрических изоляционных проставок 9, соединенных между собой симметричными относительно О-.и металлическими электродами 10, количество которых равно количеству ступеней ГШа, причем в каждой цилиндрической изоляционной проставке одного резистора 5 размещены соосно цилиндрические металлические электродь 1 1 , количество которых равно количеству конденсаторов в ступени 2 ГИНа. Металлические электроды II изолированы друг от друга и соединены с одним из выводов каждого конденсатора I ступени 2 ГИНа и разрядника 3. Это уменьшает токовую нагрузку на электроды разрядника 3 пропорционально площади электродов и обеспечивает равномерное распределение токовой нагрузки по поверхности электродов. Кроме того, такое выполнение системы электродов зарядного резистора уменьшает падение напряжения вдоль резистора пропорционально сопротивлению промежутка между электродами, что обеспечивает более равномерное распределение напряжения по секциям ГИНа. Все электроды 10 и 11 зарядных резисторов-5 и 6 выполнены в виде цилиндрических колец, установленных соосно и имеющих одинаковую площадь просвета, что соответствует быстрому распределению тлеющего разряда вдоль оси резисторов при зарядке конденсаторов. Кроме того, при выходе из строя одного из конденсаторов ступени ГИНа другие будут в этот момент изолированы от него, поэтому не происходит разрядка остальных конденсаторов через поврежденный конденсатор, что могло бы привести к выходу из строя всего ГИНа, так как энергосодержание каждой ступени сильноточного ГШа может достигать нескольких сот кДж. Другие выводы конденсаторов и электроды разрядника каждой ступени ГИНа объединены общими шинами 12, которые подсоединены к цилиндрическим металлическим проставкам второго резистора 6 и вторым электродам разрядника 3. Управляющие электроды 4 разрядников 3 подключены к пусковым конденсаторам 3 через тскоограничивающие малоиндук1ииные резисторы 14 для уменьшения влияния разрядной цепи одного конденсатора на разрядную цепь другого конденсатора.

Генератор импульсов высокого напряжения работает следующим образом

Наполнительные конденсаторы 1 от источника постоянного напряжения (не показан) через зарядные резисторы 5 и 6 заряжаются при параллельном соединении их до номинального напряжения. Во времязарядки конденсаторов 1 во внутренних полостях резисторов 5 и 6 создается разряжение до состояния, при котором загорается тлеющий разряд. После завершения процесса зарядки давление в камерах быстро изменяют так, чтобы перевести их в состояние, при котором они перестают проводить электрический ток и сохраняют электропрочность при приложении полного выходного напряжения генератора. Это может быть достигнуто «либо дальнейшим понижением давления, либо повышением вплоть до давления выше атмосферного. Затем с помощью пусковых конденсаторов 13, подключенных к пусковому устройству (не показано) подается импульс на управляющие электроды 4, после чего все разрядники 3 переходят в токопроводящее состояние, и накопительные конденсаторы i переключаются из схемы параллельного заряда в схему последовательного разряда за очень короткий промежуток времени (). При этом па выходе напряжение повышается пропорционгшьно количеству последовательно соединенных секций 2 ГИНа. Это напряжение подается, например, высоковольтным выводом 7 на нагрузку. В качестве нагрузки может быть использован ускоритель электронов прямого действия.

Предлагаемое техническое решение существенно повышает надежность ГИНа за счет равномерного распределения напряжения, обеспечиваемого вьтолнением зарядных резисторов в виде цилиндрических изоляционных проставок с установленными в них пилинд.рическими металлическими электродами, количество которых равно количеству 5 конденсаторов в ступени ГИНа. Выход из строя одного из конденсаторов любого из ступеней ГШа в известном устройстве может привести к выходу . из строя всех конденсаторов его. 0

Формула изобретения

Генератор импульсов высокого напряжения по авт.св. №544108, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности генератора за счет равномерного распределения напряжения, зарядные резисторы.вьшол0 йены в виде двух цепей цилиндрических изоляционных проставок, причем в первой цепи цилиндрические изоляционные праставки соединены между собой симметричными относительно оси

5 металлическими электродами в количестве, равном количеству ступеней генератора в каждой цилиндрической изоляционной проставке первой цепи размещены соосно цилиндрические меQ таллические электроды с одинаковой вдоль оси площадью просвета в количестве, равном количеству конденсаторов в ступени генератора, изолированные друг от друга, и соединенные с одним из вьтодов каждого конденсатора и разрядника ступени генератора, а другие вьюоды конденс.аторов и электрода всех разрядников ступеней объединены общими шинами, соеданенными с- металлическими электродами цилиндрических изоляционных проставок второй цепи, причем управляющие электроды разрядников подключены к пусковым конденсаторам через малоиндуктивные резисторы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

-.7 -.: : i-V .