Генератор высоковольтных импульсов Советский патент 1983 года по МПК H03K3/53 

() ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ

1

Изобретение относится к электро- технике и может быть использовано для испытания изоляционных конструкций, жидких и твердых диэлектриков импульсами высокого напряжения с длительностью фронта, находящейся в наносекундном диапазоне.

Известны генераторы высоковольтных импульсов, выполненные по схеме Аркадьева-Маркса.

Известен, например, генератор высоковольтных импульсов, в котором для уменьшения длительности фронта генерирующего импульса к среднему электроду твехэлектродного разрядника подключен одним выводом безындуктивный корректирующий конденсатор, второй вывод которого подключен к общей шинеГ1 }

Недостатком данного генератора высоковольтных импульсов является значительное усложнение конструкции и трудность выполнения,, высоковольтного конденсатора, который в условиях Данного генератора можно считать бёзындуктивным.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является генератор высоковольтных импульсов, который содержит источник зарядного напряжения, к которому через зарядное сопротивление подключен ряд ступеней генератора , каждая из которых состоит из последовательно соединенных конденсато10ра и разрядника. В этом генераторе для увеличения его временной стабильности срабатывания конструктивно обеспечена увеличенная электрическая емкость между ступенями генератора и общей шиной f2 J.

Недостатком известного генератора высоковольтных импульсов является сложность конструкции, приводящая к уменьшению ее электрической прочности.

20 Кроме того, наряду с увеличением электрической емкости на общую шину растет емкость между дополнительными элементами различных ступеней генера399тора, т. е. емкость между ступенями. Это снижает эффект увеличения времен ной стабильности срйбатывания генера тора. К тому же увеличенные электрические емкости между ступенями генератора высоковольтных импульсов и об щей шиной снижают выходное напряже)ние генератора, а процесс заряда этихемкостей может привести к увеличению длительности фронта генерируемого им пульса. Целью изобретения является увеличение диапазона рабочих напряжений и временной стабильности срабатывания генератора высоковольтных импульсов, а также уменьшение длительности фронта импульса, формируемого генератором путем увеличения величины и скорости нарастания во времени импульса перенапряжения на разрядниках генератора и уменьшения эквивалентной индуктивности генератора. Поставленная цель достигнута в . генераторе высоковольтных импульсов, выполненном по схеме Аркадьева-Маркса, содержащем источник зарядного напряжения, к которому через зарядные сопротивления параллельно подключены ступени генератора, каждая из которых состоит из последователь.но соединенных конденсатора, и разрядника, и нагрузку, подключенную одним концом к общей шине, а другим - к выходу последней ступени генератора, в него вве дены передающие линии, одним из проводников которых является общая шина а другиепроводники состоят из отрезков линий, соединяющих.конденсатор каждой предыдущей ступени с электродом разрядника каждой последующей сту пени, а также конденсатор последней ступени с одним из концов нагрузки генера тора. Таким образом, включение между соседними ступенями генератора высоковольтных импульсов передающих линий приводят к возникновению на концах передающих линий в процессе работы генератора волн отражения, которые обеспечивают быстрое и значительное по амплитуде перенапряжение на разрядниках генератора. В результате раз рядники срабатывают в широком диапазоне рабочих напряжений с малым разбросом времени запаздывания. Замена в генеоаторе соединительных шин передающими линиями, не вносящими .искажений в форму импульса, приводят кумень шению эквивалентной индуктивности ге4нератора, и соответственно, к уменьшению длительности фронта генерируемого импульса. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема генератора высоковольтных импульсов. Генератор высоковольтных импульсов выполнен следующим образом. Конденсаторы 1 соединены последовательно с разрядниками 2, один из которых, преимущественно на первой ступени, может быть управляемым. Конденсатор 1 с присоединенным к нему разрядником 2 образуют ступень гёнератора высоковольтных импульсов. Ступени отсчитываются в направлении приближения к нагрузке генератора 3. Конденсаторы 1 заряжают через зарядные сопротивления k от источника 5 постоянного напряжения. Между соседними ступенями генератора высоковольтных импульсов включены передающие линии 6; Одним из проводников этих передающих линий является общая шина 7ДРУие проводники состоят из отрезков 8, соединяющих конденсатор предыдущей ступени, например, конденсатор 1 с электродом 3 разрядника последующей ступени. Если все конденсаторы 1 одинаковы, то волновое сопротивление передающей линии определяют из выражения где I - номер ступени генератора высоковольтных импульсов; волновое сопротивление передающей линии непосредственно последующей i-ой ступени; сопротивление нагрузки генератора;полное количество ступеней в генераторе. Длину передающей линии определяют из условия, что двойное время пробега электрического сигнала по передающей линии не меньше промежутка времени от момента поступления основания фронта напряжения на прилежащей к этой линии разрядник до момента его пробоя. Генератор высоковольтных импульсов работает следующим образом. Первым срабатывает разрядник 2 первой ступени. Конденсатор 1 первой ступени, предварительно заряженный от источника 5 постоянного напряжения через зарядные сопротивления k, начинает разряжаться на первый отрезок передающей линии b, подсоединенный к первой ступени. В результате по отрезку перТедающей линии побежит волна напряжения, которая, достигнув второй ступени, отразится, заряжая отрезок первой передающей линии до двойногонапряжения аряда электрической емкости. В целом на разряднике второй сту пени напряжение может достигнуть трой ного зарядного. В связи с этим диапазон напряжений срабатывания рассматриваемого генератора может достигнуть двух третей от напряжения самопроизвольного срабатывания. Минимальное время нарастания этого напряжения определяется постоянной времени заряда конструктивной электрической емкости подсоединенной параллельно электродам разрядника второй ступени (показана пунктиром), через последовательно соединенные волновыесопротивления w и WQ. Разрядник второй ступени пробьется прежде, чем по первой передающей линии придет к нему отраженная от первой ступени волна спада напряжения так как именно от эТого условия выбирается длина передающей линии. После чего конденсатор второй ступени совместно с первым отрезком передающей линии разряжаются на вторую передающую , причем отражение, в первом, отрезке передающей линии от места ее подсоединения ко второй ступени прекратится, если волновые сопротивления передающих линий удовлетворяет уелоВИЮ (г). По второму отрезку передающей линии побежит волна напряжения, и на третьей ступени процесс отражения волны и пробоя разрядника происходит аналогичным Образом. Напряжение на разряднике третьей ступени стремится к пятикратному зарядному, т.е. к. большему. Чём на разряднике первой ступени. Аналогичные процессы происходят и при пробое остальных разрядников. В момент пробоя каждый разрядник отделен от остальных элементов генератора отрезками передающих линий Это позволяет рассматривать процесс пробоя разрядника как независимый и настраивать разрядник каждой ступени как обостритель фронта проходящего через него импульса, уменьшая тем самым длительность фронта импульса, рас пространяющегося в следующей передающей линии. Такая настройка разрядников позволяет сократить длины отрезков передающих линий. Кроме того, быстрый рост напряжения и значительное перенапряжение на каждом из разрядников генератора высоковольтных импульсов уменьшает время задержки и время разброса срабатывания этих разрядников, что увеличивает диапазон рабочих напряжений, т.е. напряжений, при которых работоспособность генератора отвечает предъявленным к нему требованиям, и временную стабильность срабатывания генератора. Применение в качестве разрядников генератора высоковольтных импульсов многоискровых разрядников, а это позволяют сделать условия нарастания напряжения на разряднике, позволит уменьшить индуктивность разрядников, а с ней и длительность фронта генерируемого импульса. К тому же непосредственный переход от разрядников к сравнительно широким шинам отрезков передающих линий определяет более низкое значение Индуктивности генератора, значительная часть которой исключена при замене соединительных шин на отрезки передающих линий, которые не искажают формы импульса. В результате этих мер . уменьшается длительность фронта генерируемого импульса. Таким образом, обязательный, быстрый и значительны.й рост напряжения на разрядниках генератора высоковольтных импульсов увеличивает диапазон рабочих напряжений и временную- стабильность срабатывания этого генератора.Независимость пробоя каждого разрядника позволяет использовать их в режиме обострения фронта генерируемого импульса, а конструктивные особенное- . ти рассматриваемого генератора позволяют уменьшить эквивалентную индуктивность цепи разряда генератора, уменьшая тем самым длительность фронта генерируемого импульса.. Формула изобретения Генератор высоковольтных импульсов, выполненный по схеме Аркадьева-Маркса , содержащий источник зарядного напряжения, к которому через зарядные сопротивления параллельно подключены ступени генератора, каждая из которых, состоит из последовательно соединенных конденсатора и разрядника, и нагрузку , подключенную одним концом к общей шине, а другим - к выходу последней ступени генератора, о т л и чающийся тем, .что, с целью

улучшения выходных характеристик путем увеличения диапазона рабочих напряжений и временной стабильности момента срабатывания генератора, а также уменьшения длительности фронта импульса, формируемого генератором, в него введены передающие линии, одним из проводников которых является общая шина, а другие проводники состоят из отрезков линий, соединяющих конденсатор каждой предыдущей ступени с электродом разрядника каждой последующей

ступени, а также конденсатор последней ступени с одним из концов нагрузки генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 296233. кл. Н 03 К 3/02. 1971.

2.Мощные наносекундные импульсные источники ускоренных электронов. Под ред. Г.А, Месяца, Новосибирск, Нау197.

ка

Hlb rd -f. i b$