Генератор высоковольтных импульсов на индуктивных накопителях энергии Советский патент 1982 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к источникам высоковольтны)с электрических импульсов на индуктивных накопителях энергии, а именно к генераторам высоковольтных импульсов, применяемых для питания импульсных лазеров,сильноточных ускорителей и т.д.

Известен генератор высоковольтных импульсов на индуктивных накопителях энергии, выполненный по схеме удвоения напряжения и включающий в себя источник питания, две цепи, состоящие из соленоида и размыкателя, подключенные параллельно к источнику питания, разрядник-обострит.ель и нагрузку 1.

Известный генератор имеет высокий КПД передачи энергии в нагрузку, однако не допускает связи нагрузки с корпусом источника, что создает трудности при измерениях характерно- тик установки, требует разработки новых разкыкателей тока с повышенным коэффициентом К увеличения напряжения (К й 100)при освоеции диапазона напряжений U « 10 - lO В с питанием от -источника с напряжением V 100 кВ, так как выходное напряжение генератора может быть представлено в виде

и 2KV,

где и - выходное напряжение генератора;

К - коэффициент умножения напряжения разкыкателя; V - напряжение источника питания.

10

Наиболее близким к предлагаемому является генератор высоковольтных импульсов на индуктивных накопителях энергии, содержащий источник тока, по крайней, мере два индуктив15ных накопителя, выполненных в виде одновиткового соленоида и размыкателя, соединенных последовательно, причем разь«катель является частью одновиткового соленоида, и нагрузоч20ную цепь с рйзрядником-обостритепем и нагрузкой, включенными последовательно 2 .

Недостатком данного генератора 25 является малый КПД передачи энергии в нагрузку, причем значение его уменьшается пропорционально числу каскадов. Для одного каскада составляет «25%, двух «12%, трех С 6% и 30 т.д. Цель изобретения - увеличение КПД передачи энергии в нагрузку и выходного напряжения генератора. Поставленная цель достигается тем, что в генераторе высоковольтных импульсов индуктивных накопит лях энергии, содержащем источник тока, по крайней мере два индуктив ных накопителя, выполненных в виде одновиткового соленоида и разгллкателя, соединенных последовательно, причем размыкатель является частью одновиткового соленоида, нагрузочн цепь с разрядником-обострителем и нагрузкой, включенными последовател но, и токоприводящую шину, индуктивные накопители размещены вдоль прямолинейной токопроводящей 111ины друг за другом и ориентированы отно сительно нее так, что веКторы магни ных потоков каждого из.индуктивных накопителей параллельны, направлены в одну сторону и перпендикулярны к продольной оси шины, при этом токопроводящая шина соединена с началом всех индуктивных накопителей и подключена к одному из полюсов источника, к другому полюсу которого подключены концы всех индуктивных накопителей,, и нагрузочная цепь подключена к концам токопроводящей шины и выполнена охватывающей магнитные потоки всех соленоидов. Принципиальная конструктивная и электрическая схема генератора высоковольтных импульсов на индуктивных накопителях энергии показана на чертеже. Генератор высоковольтных импульсов на индуктивных накопителях энер гии состоит из источника 1 тока, один из полюсов которого подсоедине к началам индуктивных накопителей 2 выполненных в виде одновитковых соленоидов, и размыкателей 3, представляющих последовательную цепь, посредством токопроводящей шины 4, концы всех индуктивных накопителей подключены ко второму полюсу источника, нагрузочной цепи, состоящей и разрядника-обострителя 5 и нагрузки 6, соединенных последовательно. Конструктивно размыкатель может быть выполнен в виде взрывающихся проволочек или фольги, в виде плазменного канала, деформируемого заря дом ВВ и др. Устройство работает следующим образом. При включении источника 1 тока по параллельным цепям индуктивных накопителей 2 проходят токи Э-i г создавая магнитные потоки ф.,t. где Ь - индуктивность индуктивного накопителя. В результате этого в каждом из индуктивных накопителей 2 запасается энергия W, .равная . В момент максимума магнитного потока одновременно срабатывают размыкатели 3, вызывая быстрое изменение магнитных потоков Ф , а так как цепь нагрузки 6 охватывает одновременно все магнитные потоки с идентичной ориентацией в пространстве, то к нагрузке б через разрядник-обостритель 5 будет приложено напряжение U, равное где п - число индуктивных накопителей 2 ; К - коэффициент увеличения напряжения соответствующим размыкателем; V - напряжение источника. Возрастающее напряжение U замыкает разрядник-обостритель 5 и перебрасывает часть энергии в нагрузку 6. Количество энергии W, переданное в нагрузку 6, в случае ее индуктивного характера определяется законом сохранения магнитного потока и равнан- -с;гг о. где W. - первоначально накопленная энергия; Ьу, - индуктивность нагрузки. При равенстве индуктивностей генератора и нагрузки (.n) энергия в нагрузке составляет 25% первоначально запасаемой, а 50% выделяется в размыкателях. При работе генератора на резистивную нагрузку КПД его определяется соотношением рпротивления R размыкателей (R , где R - максимальное сопротивлени е одного разьвлкателя и сопротивления R, нагрузки, в оптимальном случае КПД может составлять /У 50%. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет при максимальном КПД создавать генераторы с требуеNbiM выходным напряжением, гфичем для их реализации могут быть использованы имеющиеся в наличии раз1 лкатели и энергоемкие источники со сравнительно низким выходным напряжением. Наиболее успешно устройство может работать с питанием от взрывомагнитных генераторов тока в силу того, что увеличение числа индуктивных накопителей с параллельным питанием приводит к благоприятным условиям работы источника, т.е. индуктивность нагрузки уменьшается с увеличением числа секций, что открывает возможности создания импульсных сильноточных источников с заданной амплитудой напряжения.

Формула изобретения

Генератор высоковольтных импульсов на индуктивных накопителях,энергии, содержаний источник тока, по крайней мере два индуктивных накопителя, выполненных в виде одновиткового соленоида и размыкателя,соединенных последовательно, причем раз1 1катель является частью одновиткового соленоида, нагрузочную цепь с разрядником -обострителем и нагрузкой, включенными последовательно, и токопроводящую шину, отличающийся тем, что,с целью увеличения КПД передачи энергии в нагрузку и выходного напряжения генератора индуктивные накопители размещены вдоль прямолинейной токопроводящей ,шины друг за другом и ориентированы

относительно нее так, что векторы магнитных потоков накопителей параллельны, направлены в одну сторону и перпендикулярны к продольной оси шины, при этом токопроводящая шина соединена с началом всех индуктивных накопителей и с одним из полюсов источника, к другому полюсу которого подключены концы всех индуктивных накопителей, а нагрузочная цепь подключена к концс1М токопроводящей ши0ны и выполнена охватывающей магнитные потоки всех соленоидов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

5 635605, кл. Н ОЗ.К 3/53, 1978.

2.Sargent G. Janes and H.Koritz Rev. Sclent Ittstr, voB. 30, Ц, 1965, p. 1032 (прототип).