Генератор высоковольтных импульсов Советский патент 1982 года по МПК H03K3/53 

(54) ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ

1

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано для испытания изоляции высоковольтного оборудования как импульсами напряжения апериодической формы, так и импульсами напряжения, содержащими апериодическую и колебательную составляющие, а также для питания, например, газовых лазеров, ускорителей заряженных частиц прямоугольными импульсами напряжения с повышенной стабильностью верщины импульса.

Известен генератор высоковольтных импульсов, содержащий ряд последовательно соединенных емкостных накопителей энергии, подключенных через зарядные элементы к источнику питания и защунтированных через один перезарядной цепочкой, включающей индуктивность и неуправляемый коммутатор, коммутаторы соединены последовательно через вспомогательные конденсаторы 1 .

Недостатком данного генератора является невозможность обеспечения формирования апериодических импульсов напряжения, а также регулирования соотношения амплитуд колебательной и апериодической составляющих импульсов напряжения.

Известен другой высоковольтный генератор, содержащий либо ряд последовательно соединенных искусственных формирующих линий, либо ряд последовательно соединенных конденсаторов, зарядные цепи, обеспечивающие зарядку конденсаторов или линий попарно встречно и индуктивные цепи, подключенные параллельно к одному из

10 каждых двух конденсаторов или линий и состоящие из индуктивности и полупроводникового коммутатора 2.

Недостаток данного генератора - невозможность формирования апериодических импульсов напряжения в схеме с денсаторами и наличие значительных колебаний на верщине прямоугольного импульса в схеме с искусственными формирующими линиями.

Наиболее близким к предлагаемому по

20 технической сущности является генератор высоковольтных импульсов, содержащий ряд последовательно соединенных емкостных накопителей энергии, подключенных через зарядные элементы к источнику питания и защунтированных через один перезарядной цепочкой, включающий катушку индуктивности и управляемый коммутатор с устройством запуска, блок управления, подключенный через последовательно соединенные элементы связи к устройствам запуска 3.

Недостатками данного генератора являются неполное использование его функциональных возможностей, а именно невозможность формирования колебательных импульсов напряжения и регулирования соотношения амплитуд колебательной и апериодической составляюших без перестройки электрической схемы генератора, а также недостаточная стабильность вершины прямоугольных импульсов в схеме генератора с последовательным соединением искусственных формирующих линий.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генератора без перестройки электрической схемы за счет обеспечения формирования колебательных импульсов напряжения и регулирования соотношения амплитуд колебательной и апериодической составляюших импульсов напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторе высоковольтных импульсов, содержащем ряд последовательно соединенных емкостных накопителей энергии, подключенных через зарядные элементы к источнику питания и зашунтированных через один перезарядной цепочкой, включаюшем катушку индуктивности и управляемый коммутатор с устройством запуска, блок управления, подключенный через последовательно соединенные элементы связи к устройствам запуска, устройства запуска коммутаторов посредством элементов связи образуют по крайней мере две цепи управления, при этом одна цепь соединена с блоком управления непосредственно, а другая через блок задержки.

Блок задержки обеспечивает задержку запускающего импульса с блока управления на устройства запуска коммутаторов одной цепи относительно другой. Благодаря задержке начала переходного процесса в части перезарядных контуров обеспечивается сдвиг во времени складываемых импульсов напряжения. Изменением времени задержки можно регулировать соотношение амплитуд колебательной и апериодической составляюших импульса напряжения. При времени задержки, равном половине периода собственных колебаний перезарядных контуров, на нагрузке формируется апериодический импульс напряжения.. В схеме генератора с последовательным соединением искусственных формирующих линий при обеспечении задержки начала переходного процесса в части линий на время, равное половине периода собственных колебаний звена линий, колебания на вершине прямоугольных импульсов, формируемых соседними линиями, оказываются в противофазе и компенсируются. Тем самым повышается стабильность вершины прямоугольного импульса.

На фиг. I и 2 приведены принципиальные электрические схемы генератора с последовательным соединением емкостных накопителей с трехэлектродными и многозазорными разрядниками соответственно; на фиг. 3 - схема генератора с последовательным соединением искусственных линий; на фиг. 4 и 5 - кривые напряжения, формируемые генератором по схемам фиг. 1, 2 и 3 соответственно.

Генератор (фиг. 1), работающий на нагрузку 1, содержит источник 2 питания, зарядные резисторы 3 - 1-3 8, последовательно соединенные конденсаторы 4 1-4 8 (емкостные накопители энергии), зашунтированные через один перезарядными цепочками, состоящими из катушек ин0 дуктивностей 5 1-5 4 и управляемых трехэлектродных коммутаторов 6 1-6 4, управляющие электроды которых через устройства запуска 7 (выполненные на резисторах) соединены с одним из основных электродов коммутаторов 6, 1-6

4 и посредством конденсаторов связи 8 1-8 4 образуют две цепи, одна из которых подсоединена к коммутаторам четных ступеней 6 2, 6 4, а другая к коммутаторам нечетных ступеней 6 1,. Обе цепи

0 соединены с блоком 9 управления, причем одна непосредственно, а другая - через блок 10 задержки.

В варианте генератора (фиг. 2) с многозазорными коммутаторами устройства запуска 7 1-7 4 последние подключены па раллельно коммутаторам б 1-6 4, управляюшие электроды которых соединены с выходом устройств запуска, которые также посредством конденсаторов связи 8 1-8 4 образуют две цепи управления. В гене0 раторе (фиг. 3) для формирования прямоугольных импульсов конденсаторы 4 1-4 4 выполнены в виде искусственных формирующих линий.

Генератор работает следующим образом.

J После зарядки от источника 2 питания конденсаторов 4 1-4 8 через зарядные резисторы 3 1-3 8 с блока 9 управления выдается два запускающих импульса, один на управляющие электроды одной цепочки,

.. например, нечетных коммутаторов 6 1,6 3, второй с задержкой в блоке 10 задержки на управляющие электроды другой цепочки, например, четных коммутаторов б 2, 6 4. Коммутаторы 6 1, пробиваются. Начинается переходный процесс

5 в перезарядных контурах четных ступеней. Через интервал времени, заданный блоком 10 задержки, пробиваются коммутаторы 6 2, 6 4. Начинается переходный процесс в перезарядных контурах четных ступеней. Обеспечением сдвига начала переходного процесса в перезарядных контурах четных ступеней относительно контуров нечетных ступеней на нагрузке генерируется импульс напряжения необходимой, заранее заданной формы. Так при времени задержки, равном нулю, на нагрузке генерируется колебательный импульс напряжения (фиг. 4 а, кривая 2). Кривые 1 (фиг. 4 а, 6, в) формируются одной ступенью генератора. При времени задержки, равном половине периода Т/2 собственных колебаний перезарядного контура, на нагрузке генерируется импульс напряжения апериодической формы (фиг. 4,6). При обеспечении времени задержки между нулем и Т/2 на нагрузке генерируется импульс напряжения, содержащий апериодическую и колебательную составляющие, причем соотнощение их амплитуд определяется временем задержки. В схеме генератора (фиг. 2) с многозазорными коммутаторами одновременно с зарядкой емкостных накопителей 4 1-4 8 заряжаются устройства 7 1-7 4 запуска. При приложении с блока 9 управления управляющего импульса устройства 7 1-7 4 запуска срабатывают, обеспечивая тем самым пробой многозазорных коммутаторов 6 4. В остальном работа генератора аналогична рассмотренному выще. Схема генератора с устройством запуска обладает тем достоинством, что в нем расщирен диапазон надежной работы разрядников по напряжению без изменения межэлектродных промежутков. Работа генератора (фиг. 3) с искусственными линиями аналогична описанным. При обеспечении времени задержки, равном половине периода собственных колебаний зве на линий, на нагрузке генерируется прямоугольный импульс напряжения с повыщенной стабильностью верщины (фиг. 5, кривая 2), что обеспечивается компенсацией складываемых в противофазе колебаний на верщине импульса. Таким образом, введением в схему генератора, выполненного с последовательным соединением емкостных накопителей энергии, задержки начала переходного процесса в части перезарядных контуров обеспечивается получение на нагрузке импульсов напряжения различной формы без изменения схемы генератора, что значительно расширяет возможности его применения. Кроме того, применение задержки в схеме генератора с последовательным соединением искусственных линий значительно повыщает стабильность вершины прямоугольного импульса. Формула изобретения Генератор высоковольтных импульсов, содержащий ряд последовательно соединенных емкостных накопителей энергии, подключенных через зарядные элементы к источнику питания и защунтированных через один перезарядной цепочкой, включающий катущку индуктивности и управляемый коммутатор с устройством запуска, блок управления, подключенный через последовательно соединенные элементы связи, к устройствам запуска, отличающийся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей генератора без перестройки электрической схемы, устройства запуска коммутаторов посредством элементов связи образуют по крайней мере две цепи управления, при этом одна цепь соединена с блоком управления непосредственно, а другая через блок задержки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании № 1083139, кл. Н 3 Р, опублик. 1967. 2.Патент Великобритании № 1208411, кл. П 3 Т, опублик. 1970. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2707527, кл. П 03 К 3/53,

иг.1

13

7-1

3S

a

3-1

ff-i

D

QDJ-aL,

Co .

-f- 0-r- Ci

фиг.З

t Ui.f