Двойная формирующая линия Советский патент 1982 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, а именно к двойной формирующей линии (ДФЛ), генерирующей на нагрузке импульс высокого напряжения при срабатывании в ДФЛ коммутатора, и применяется для питания сильноточных электронных пушек, для питания стримерных камер, а также для управления синхронным включением большого числа разрядников.

Известна двойная формирующая линия, содержащая три электрода,один из которых заземлен непосредственно, второй - через активный или пассивный элемент (обычно катушку индуктивности) , а третий, промежуточный между указанныш электродами, присоединен к высоковольтному зажиму источника питания, причем между торцовым краем промежуточного электрода и одним и,3 двух других указанных электродов размещен разрядник, а противоположно ему включена между указанными первым и вторым электродами нагрузка 1.

Недостатком такой линии является генерирование на нагрузке импульса напряжения колокообразной формл с затянутыми фронтом и срезом и с низкой амплитудой, что связано с ограничением роста тока через искровой канал одиночного разряда временным развитием его резистивной и индуктивной фаз и падением напряжения на импедансе разрядника. Кроме того, участок между торцами электродов линий, где размещен разрядник, представляет собой дисковую (радиальную)

10 или иную линию с переменным волновым сопротивлением,что дополнительно ограничивает скорость роста тока через разрядник и уменьшает амплитуду импульса на нагрузке.

15

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является линия, содержащая три электрода, первый из которых заземлен непо-. средственно,второй - через заряд20ный элемент, а третий, промежуточный между указанными, присоединен к высоковольтному зажиму источника питания, причем между торцами указанных первого и третьего электро25дов включены параллельно коммутирующие разрядники, а противоположно им присоединена нагрузка 2.

Данная линия генерирует на нагрузке импульс напряжения трапецеи30дальной с увеличенной амплитудой, однако фронт и срез импульса затянуты и имеют большие длительнос ти из-за сложности создания высоких электрических полей в искровых промежутках коммутирующих разрядников при статической или квазистатическо зарядке линий, а также из-за высоких величин индуктивностей злектродов каждого или параллельно вклю енных разрядников. Цель изобретения - уменьшение дл тельности фронта и среза импульса напряжения на нагрузке. Указанная цель достигается тем, что в двойной формирующей линии, содержащей три электрода один из ко торых соединен с общей шиной непосредственно, второй - через разрядный элемент, третий, промежуточный, присоединен к высоковольтному полюс источника питания, коммутирующие разрядники, размещенные между проме жуточными и одним из двух других указанных электродов, и нагрузку, включенную противоположно .коммутирующим разрядникам между первым и вторым электродами, второй и/или третий электроды разделены на участ ки, последовательно размещенные между коммутирующими разрядниками и нагрузкой, а между смежными участ ками включены разрядники-обострители, и участки соединены между собой через дополнительные зарядные элементы. Кроме того, разрядники-обострите ли выполнены с уменьшающимися искро выми зазорами по направлению от .коммутирующих разрядников к нагрузке. При таком выполнении линии длительности фронта и среза импульса напряжения на нагрузке уменьшаются, а импульс имеет более прямоугольную форму, так как после одновременного срабатываний коммутирующих разрядников между промежуточным и одним из двух других электродов возбуждается волйа тока разрядки распределенной емкости, по достижении которой разрядника-обострителя волна отражается обратно, как от разомкну того конца волновода с изменением полярности потенциала электрода и у разрядника-обострителя, создавая высокое импульсное электрическое поле,в разрядном заэоре между элект родами разрядника-обострителя и .большое перенапряжение этого зазора В результате инициируется в зазоре разрядника-обострителя многоканальный пробой., который обостряет фронт и.соответственно, срез импульса напряжения, распространяющегося за разрядником-рбострителем по направлёнию к нагрузке. Пробой зазоров в следующих разрядниках-обострйтел ях способствует дополнительному укорочению фронта и среза импульса по мере приближения волны к нагрузке. Целесообразно зазоры в разрядниках-обострителях выполнять с уменьшающимися длинами по направлению к нагрузке, что позволяет сократить длительности фронта и среза импульса напряжения на нагрузке при меньшем числе участков. На чертеже показана двойная формирующая линия с коаксиальными электродами. Двойная формирующая линия содержит три протяжных коаксиальных электрода 1, 2 и 3, которые образуют распределенный накопитель электрической энергии: электрод 1 непосредственно соединен с общей шиной, электрод 2 - через зарядные элементы, электрод 3 является промежуточным. Электрод 2 соединен с электродом 1 через элемент 4. Электроды 2 и 3 разделены на последовательно расположенные соосные участки, например на три участка каждый, Между смежными участками электрода 3 включены разрядники-обострители 5 и б, а между участками электрода 2 разрядники-обострители 7 и 8. Два участка электрода 3 соединены между собой через.зарядные элементы 9 и 10, подключенные к высоковольтному полюсу 11 источника питания. Кроме того, два смежных участка соединены через добавочный зарядный элемент 12, Участки электрода 2 соединены меаду собой черезэлементы 13 и 14, Коммутирующие разрядники 15 размещены между электродами 2 и 3, обычно в качестве разрядников используются газонаполненные тригатроны. Противоположно коммутирующим разрядникам 15 расположена нагрузка 16, например электр;онная пушка, присоединенная к электродам 1 и 2, Линия работает следующим образом. Через высоковольтный полюс 11 . заряжаются от источника питания электрические емкости между электродами I, 3 и 2, 3, Цепь тока зарядки емкости между электродами 1 и 3 образована высоковольтным полюсом 11, зарядными элементами 9 и 10 и соединенными с этими зарядными элементами двумя участками электрода 3, а также третьим участком-через зарядный элемент 12 и электродом 1,Цепь тока зарядки емкости между злектродами 2 и 3 образована высоковольтным полюсом 11, зарядными элементами 9, 10 и 12, тремя участками электрода 3, а также тремя участками электрода 2, элементами 4, 13 и 14. Если зарядка производится импуль ным током, то в качестве всех элет ментов-целесообразно применение кат шек индуктивностей,при статической зарядке возможно применение резисто ров. При малом токе зарядки или при выборе величин сопротивлений зарядн элементов 12, 13 и 14 много меньше величин сопротивлений зарядных элементов 9 и 10. не возникает или возникает практически несущественная разность потенциалов между электродами каждого разрядника-обострителя 5 -,8. Поэтому Длина зазора межд их электродами может быть установле на в несколько миллиметров или в десятые доли миллиметров. В свою очередь, величины сопротивлений зарядных элементов 12, 13 и 14 должны быть больше в 10-100 раз величины волнового сопротивления р системы из электродов 1, 3 и 2, 3. Обычно в линиях 10.Ом, т.е. величины сопротивлений зарядных элементов 12 13 и 14 должны .быть примерно равны 100 - 1000 Ом. При статическом напряжении источника для зарядки, дос тигаемом и 200 кВ, типичные значе ний тока зарядки не превышают т.е. общее активное сопротивление зарядной цепи должно составлять R и/Э Ом. Отсюд .величины сопротивленийзарядки элементов 9 ,и 10, могут быть примерно 10 Ом и превышать величины сопротивлений зарядных элементов. 12, 13 и 14 более чем в 10 - 10 ра По достижении рабочей разности потенциалов и между электродами 1,2 и 3,2 инициируются одновременно коммутирующих разрядников 15 .пробои Через их токовые каналы начинает разряжаться емкость между электродами 2 и 3 и возбуждается волна раз рядки, распространупощаяся от коммутирующих разрядников 15 к нагрузке 16 со скоростью V С/УТ,(1) где с - скорость света в пустоте; t - величина диэлектрической постоянной изолирующей сред между электродами 1,2 и 3. По достижении разрядника-обостри теля 5 волна отражается обратно, как от разомкнутого конца волновода с измерением полярности потенциала конца первого по направлению от ком мутирукяцих разрядников 15- участка электрода 3. В результате между электродами разрядника-обострителя 5 возникает импульсная разность потенциалов, максимальная величина которой может составлять 2 «U, и воз буждается многоканальный пробой из-за многократного перенапряжения зазора. При высоких электрических полях, больших, чем в промежутках коммутирующих разрядников 15, пробой в разряднике-обострителе развивается значительно быстрее, чем в коммутирующих разрядниках 15, так как длительность временного развития искрового канала связана с напряженностью электрического поля в зазоре зависимостью t А 1/Е, где t - время развития искрового канала; А - коэффициент; Е - напряженность электрического поля в зазоре разрядникаобострителя. Поэтому за разрядником-обострителем 5 распространяющаяся между участками электродов 2 и 3 к разрядникуобострителю 7 волна напряжения будет иметь длительность фронта короче, чем длительность фронта на участке между коммутирующими разрядниками . 15, разрядником-обострителем 7. По достижении волной .следующего разрядника-обострителя процесс повторяется. Пройдя все обостряющие разрядники, волна имеет укороченную во много раз, например в 50 раз, длительность фронта. ДЛИНЫ искровых зазоров в разрядниках-обострителях целесообразно уменьшать по направлению от коммутирующих разрядников 15 к нагрузке 1б, что дополнительно сокращает длительности фронта и среза при меньшем общем количестве разрядников-обострителей в ДФЛ, так-как из-за возрастания напряженности Е в зазорах развитие разрядных каналов в них Завершается быстрее. В других вариантах выполнения линий число обостряющих.разрядников должн.о быть не менее одного во втором или третьем электродах.Электроды линии могут иметь иную форму, в.частности быть выполненными плоскими и протяженными. В линии при импульсной ее зарядке уменьшается дополнительно с1мплитуда так называемого предимпульса на нагрузке, так как-дополнительные сопротивления гасят амплитуду этого предимпульса. Например, в электронной пушке предимпульс может создать плазму между электродами пушки перед подачей на пушку основного импульса напряжения, а плазма способна нарушить устойчивую работу пушки. Формула изобретения 1. Двойная формирующая линия, содержащая три электрода, один из которых соединен с общей шиной непосредственно, второй - через разрядный элемент, третий, промежуточный, присоединен к высоковольтному полюсу источника питания, коммутирующие разрядники, размещенные между промежуточными и олянм из двух других укапгпшых электродов, и нагрузку, включенную противоположно коммутирующим разрядникам между первым и вторым электродами, отличающаяся тем, что, с цепью уменьшения длительностей фронта и среза импульса напряжения на нагрузке, второй и/или третий электроды разделены на участки, последовательно разме1Ц 1ные между коммутирую1ци(.1и разрядниками и нагрузкой, а между смежными участками включены разрядники-обострители, и участки соединены между собой через дополнительные зарядные элементы

2. Линия по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что разрядники-обосрители выполнены с уменыиающи1-1ися искровыми зазорами по направлению ОТ коммутирующих разрядников к нагрузке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов. М., Советское радио , 1974, с. 217, рис. 49, 128.

2.Глейзер И.З. и др. Сильноточный электронный ускоритель ТОНУС ПТЭ, 1974, № 3, с. 17.

5 7 - ff 8