FR2823033A1 - Generator of high voltage pulses of MARX type, comprising capacitors fitted concentrically in two rings and a discharge gap with resistances in each tier - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne un générateur haute tension d'impulsions, de type MARX comprenant un grand nombre de condensateurs connectés électriquement en parallèle, des résistances de charge connectées en série et des éclateurs, de telle sorte que la tension d'entrée charge en parallèle les condensateurs et que ceux-ci se déchargent en série via les éclateurs. The present invention relates to a high-voltage pulse generator, of the MARX type comprising a large number of capacitors electrically connected in parallel, load resistors connected in series and spark gaps, so that the input voltage charges in parallel the capacitors and that they discharge in series via the spark gaps.
La figure 1 représente le schéma électrique d'un générateur de type MARX. Figure 1 shows the electrical diagram of a MARX type generator.
Sur cette figure C désigne des condensateurs, R des résistances de charge et E des éclateurs. In this figure C designates capacitors, R the load resistors and E the spark gaps.
Les condensateurs C, chargés en parallèle à la tension d'entrée V1 sont mis en série à l'aide d'éclateurs E. The capacitors C, charged in parallel with the input voltage V1 are connected in series using spark gaps E.
Si n est le nombre d'étages ou le nombre de condensateurs C, l'amplitude de l'impulsion de la tension V2 appliquée à la charge L est égale à :
Si on désigne par C la capacité d'un condensateur (ou d'un étage), la capacité équivalente de l'ensemble du générateur de MARX est égale à C/n. L'énergie stockée est égale à :
Après l'impulsion de déclenchement, les condensateurs C sont déchargés en série via les éclateurs E.
If we denote by C the capacity of a capacitor (or of a stage), the equivalent capacity of the whole MARX generator is equal to C / n. The stored energy is equal to:
After the triggering pulse, the capacitors C are discharged in series via the spark gaps E.
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L'impulsion de déclenchement est appliquée sur une électrode auxiliaire uniquement présente sur le premier éclateur. Les tensions aux bornes de chaque condensateur C sont mises en série, donc s'additionnent. The trigger pulse is applied to an auxiliary electrode only present on the first spark gap. The voltages at the terminals of each capacitor C are put in series, therefore add up.
La demanderesse a réalisé un générateur du type précité constitué par un empilement de galettes en forme de disque, l'ensemble constituant un bloc compact. The Applicant has produced a generator of the aforementioned type consisting of a stack of disc-shaped pancakes, the assembly constituting a compact block.
Le but de la présente invention est d'augmenter les performances d'un générateur de MARX du type précité. The object of the present invention is to increase the performance of a MARX generator of the aforementioned type.
L'invention vise ainsi un générateur haute tension d'impulsions, de type MARX comprenant un grand nombre de condensateurs connectés électriquement en parallèle, des résistances de charge connectées en série et des éclateurs, de telle sorte que la tension d'entrée charge en parallèle les condensateurs et que ceux-ci se déchargent en série via les éclateurs, le générateur étant constitué par un bloc compact cylindrique comprenant des galettes superposées, chaque galette comportant plusieurs condensateurs connectés électriquement avec des résistances de charge et avec un éclateur, l'ensemble étant noyé dans une résine isolante d'enrobage. The invention thus relates to a high voltage pulse generator, of the MARX type comprising a large number of capacitors connected electrically in parallel, load resistors connected in series and spark gaps, so that the input voltage charges in parallel. the capacitors and that these discharge in series via the spark gaps, the generator being constituted by a compact cylindrical block comprising superposed wafers, each wafer comprising several capacitors electrically connected with load resistors and with a spark gap, the assembly being embedded in an insulating coating resin.
Suivant l'invention, ce générateur est caractérisé en ce que chaque galette comprend au moins une série de condensateurs juxtaposés de façon à former une couronne, chaque condensateur formant un secteur de ladite couronne, les condensateurs étant reliés de chaque coté à une plaque conductrice de forme circulaire disposée coaxialement à ladite couronne. According to the invention, this generator is characterized in that each wafer comprises at least one series of capacitors juxtaposed so as to form a crown, each capacitor forming a sector of said crown, the capacitors being connected on each side to a conductive plate of circular shape arranged coaxially to said crown.
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Pour un gain de place, les condensateurs sont placés sans habillage extérieur. La résine d'enrobage des galettes/couronnes assure l'isolement électrique de l'ensemble. To save space, the capacitors are placed without external cladding. The resin coating the wafers / crowns provides electrical isolation of the assembly.
Cette disposition permet d'augmenter le nombre de condensateurs par galette et ainsi d'augmenter l'énergie stockée dans le générateur par unité de volume. This arrangement makes it possible to increase the number of capacitors per wafer and thus to increase the energy stored in the generator per unit of volume.
Selon une réalisation particulière de l'invention, ladite couronne comporte deux parties diamétralement opposées, inoccupées par un condensateur, formant chacune un logement pour une résistance de charge, connectée électriquement à ladite plaque circulaire. According to a particular embodiment of the invention, said ring comprises two diametrically opposite parts, unoccupied by a capacitor, each forming a housing for a load resistor, electrically connected to said circular plate.
Cette disposition permet de loger les résistances sans que celles-ci n'affectent sensiblement le volume disponible pour les condensateurs. This arrangement makes it possible to house the resistors without these appreciably affecting the volume available for the capacitors.
De préférence, la plaque circulaire conductrice porte sur sa périphérie intérieure une lame conductrice faisant saillie dans un évidemment circulaire central de la galette, les extrémités de ces lames portant chacune une sphère conductrice formant un éclateur avec sphère adjacente. Preferably, the circular conductive plate carries on its inner periphery a conductive strip projecting in a central circular recess of the wafer, the ends of these strips each carrying a conductive sphere forming a spark gap with adjacent sphere.
Les éclateurs occupent ainsi l'évidement central de chaque galette, sans affecter la place disponible pour les condensateurs. The spark gaps thus occupy the central recess of each wafer, without affecting the space available for the capacitors.
De préférence, la série de condensateurs disposés en couronne est entourée au moins par une seconde série de condensateurs formant une seconde couronne, les Preferably, the series of capacitors arranged in a ring is surrounded at least by a second series of capacitors forming a second ring, the
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condensateurs de cette seconde série étant reliés électriquement par une plaque conductrice circulaire concentrique à celle qui relie les condensateurs de la première série.
capacitors of this second series being electrically connected by a circular conductive plate concentric to that which connects the capacitors of the first series.
Cette disposition permet d'augmenter encore davantage l'énergie totale stockée dans le générateur. This arrangement makes it possible to further increase the total energy stored in the generator.
La taille, la forme et donc le nombre de condensateurs sont fonction des contraintes technologiques de réalisation industrielle des condensateurs céramiques. La forme, le nombre de condensateurs évolueront en fonction des progrès technologiques. The size, shape and therefore the number of capacitors are a function of the technological constraints of industrial production of ceramic capacitors. The shape, the number of capacitors will evolve according to technological progress.
Chaque condensateur comprend une ou plusieurs plaques en céramique dont les faces opposées sont en contact avec les plots conducteurs en contact avec une plaque conductrice. Each capacitor comprises one or more ceramic plates, the opposite faces of which are in contact with the conductive pads in contact with a conductive plate.
D'autres particularités et avantages de l'invention, apparaîtront encore dans la description ci-après. Other features and advantages of the invention will appear in the description below.
Aux dessins, annexés donnés à titre d'exemple non limitatifs : - la figure 1 est une vue schématique du générateur de MARX selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe axiale schématique du générateur ; - la figure 3 est une vue en plan d'une galette du générateur ; - la figure 4 est une vue en coupe suivant un plan radial de la galette ; - la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 concernant un autre mode de réalisation des condensateurs. In the accompanying drawings given by way of non-limiting example: - Figure 1 is a schematic view of the MARX generator according to the invention; - Figure 2 is a schematic axial sectional view of the generator; - Figure 3 is a plan view of a wafer of the generator; - Figure 4 is a sectional view along a radial plane of the wafer; - Figure 5 is a view similar to Figure 4 relating to another embodiment of the capacitors.
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En référence aux figures 2, 3, 4 et 5, le générateur haute tension d'impulsions, de type MARX comprend un grand nombre de condensateurs C connectés électriquement en parallèle, des résistances de charge R connectées en série et des éclateurs E, de telle sorte que la tension d'entrée charge en parallèle les condensateurs C et que ceux-ci se déchargent en série via les éclateurs E. With reference to FIGS. 2, 3, 4 and 5, the high-voltage pulse generator, of the MARX type comprises a large number of capacitors C electrically connected in parallel, load resistors R connected in series and spark gaps E, such so that the input voltage charges the capacitors C in parallel and that they discharge in series via the spark gaps E.
Le générateur est constitué (voir figure 2) par un bloc compact cylindrique comprenant des galettes superposées 1, 2, 3... The generator is constituted (see FIG. 2) by a compact cylindrical block comprising superposed wafers 1, 2, 3 ...
Chaque galette comporte (voir figure 3) plusieurs condensateurs C connectés électriquement avec des résistances de charge R et avec un éclateur E. L'ensemble est noyé dans une résine isolante d'enrobage 4. Each wafer comprises (see FIG. 3) several capacitors C electrically connected with charge resistors R and with a spark gap E. The assembly is embedded in an insulating coating resin 4.
Conformément à l'invention, chaque galette telle que 1 comprend au moins une série de condensateurs C juxtaposés de façon à former une couronne 5. According to the invention, each wafer such as 1 comprises at least one series of capacitors C juxtaposed so as to form a ring 5.
Chaque condensateur C forme un secteur de cette couronne 5. Each capacitor C forms a sector of this crown 5.
Les dimensions actuelles du secteur sont liées à des contraintes technologiques de réalisation industrielle des condensateurs céramiques. The current dimensions of the sector are linked to technological constraints of industrial production of ceramic capacitors.
Les condensateurs C sont reliés de chaque coté à une plaque conductrice 6 de forme circulaire disposée coaxialement à ladite couronne 5. The capacitors C are connected on each side to a conductive plate 6 of circular shape arranged coaxially with said ring 5.
Comme montré par la figure 3, la couronne 5 comporte deux parties diamétralement opposées 7, inoccupées par un As shown in Figure 3, the crown 5 has two diametrically opposite parts 7, unoccupied by a
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condensateur, formant chacune un logement pour une résistance de charge R connectée électriquement à la plaque circulaire 6. capacitor, each forming a housing for a load resistor R electrically connected to the circular plate 6.
Par ailleurs, la plaque circulaire 6 porte sur sa périphérie intérieure une lame conductrice 8 faisant saillie dans un évidement circulaire central 9 de la galette. Les extrémités de ces lames 8 porte chacune une sphère conductrice 10 formant un éclateur E avec la sphère adjacente. Furthermore, the circular plate 6 carries on its inner periphery a conductive strip 8 projecting into a central circular recess 9 of the wafer. The ends of these blades 8 each carry a conductive sphere 10 forming a spark gap E with the adjacent sphere.
De plus, les lames 8 sont raccordées à la plaque circulaire 6, dans la zone 7 inoccupée par un condensateur. In addition, the blades 8 are connected to the circular plate 6, in the area 7 unoccupied by a capacitor.
D'autre part, les deux sphères 10 de l'éclateur E sont situées dans deux plans axialement décalés, la sphère de gauche étant située au-dessus de la sphère de droite. On the other hand, the two spheres 10 of the spark gap E are located in two axially offset planes, the left sphere being located above the right sphere.
Les galettes superposées 1,2, 3... sont reliées les unes aux autres par deux tiges métalliques 11 diamétralement opposées traversant les plaques conductrices 6 dans la zone 7 inoccupée par un condensateur. The superimposed wafers 1,2, 3 ... are connected to each other by two metal rods 11 diametrically opposed passing through the conductive plates 6 in the area 7 unoccupied by a capacitor.
Dans la réalisation de la figure 3, la série de condensateurs C disposés suivant la couronne 5 est entourée au moins par une seconde série de condensateurs C1 formant une seconde couronne 12. Les condensateurs de cette seconde série sont reliés électriquement par une plaque conductrice circulaire concentrique à celle qui relie les condensateurs C de la première série. Ils permettent d'augmenter considérablement l'énergie stockée par étage élémentaire. In the embodiment of Figure 3, the series of capacitors C arranged along the ring 5 is surrounded at least by a second series of capacitors C1 forming a second ring 12. The capacitors of this second series are electrically connected by a concentric circular conductive plate to that which connects the capacitors C of the first series. They make it possible to considerably increase the energy stored per elementary stage.
Comme indiqué sur les figures 4 et 5, chaque condensateur C, C1 comprend une ou plusieurs plaques en céramique 13 dont As indicated in FIGS. 4 and 5, each capacitor C, C1 comprises one or more ceramic plates 13 of which
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les faces opposées sont en contact avec des plots conducteurs 14 en contact avec une plaque conductrice 6. the opposite faces are in contact with conductive pads 14 in contact with a conductive plate 6.
Dans le cas de la figure 4, chaque condensateur comprend deux plaques 13 en céramique, tandis que dans le cas de la figure 5, chaque condensateur comprend trois plaques 13 en céramique. In the case of FIG. 4, each capacitor comprises two ceramic plates 13, while in the case of FIG. 5, each capacitor comprises three ceramic plates 13.
Dans ce dernier cas, la galette 1A a une épaisseur plus importante que la galette 1 de la figure 4. In the latter case, the wafer 1A has a greater thickness than the wafer 1 in FIG. 4.
La résine d'enrobage 4 peut être de la résine époxy. The coating resin 4 can be epoxy resin.
Les galettes superposées 1,2, 3 sont contenues à l'intérieur d'une enveloppe extérieure cylindrique 15, comme montré sur la figure 2. The superimposed wafers 1, 2, 3 are contained inside a cylindrical outer envelope 15, as shown in FIG. 2.
Cette enveloppe extérieure 15 peut également contenir à sa partie inférieure un convertisseur continu-continu 16 et des batteries 17 pour rendre le générateur de MARX autonome. This outer casing 15 can also contain at its lower part a DC-DC converter 16 and batteries 17 to make the MARX generator autonomous.
Les principaux avantages du générateur de MARX que l'on vient de décrire sont les suivants : Très forte augmentation de l'énergie stockée, par étage élémentaire, du générateur haute tension impulsionnel de type MARX. The main advantages of the MARX generator that we have just described are as follows: Very large increase in the stored energy, per elementary stage, of the high-voltage pulse generator of the MARX type.
Les dimensions des galettes centrales sont compatibles avec les précédentes générations de générateur MARX conçus par la demanderesse. Le principe peut naturellement être étendu à d'autres formes, dimensions et encombrement. The dimensions of the central wafers are compatible with the previous generations of MARX generator designed by the applicant. The principle can naturally be extended to other shapes, dimensions and dimensions.
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Pour la radiographie éclair très haute énergie sur chantier : un tel générateur, dans sa version autonome, permet d'envisager des applications à très haute énergie pulsée tout en maintenant l'absence de connections électriques dangereuses avec des sources haute-tension (celle-ci est intégrée), d'où une amélioration du confort et de la sécurité d'utilisation. On peut envisager une commande déportée pour le déclenchement synchronisé ou non d'un ou plusieurs générateurs de ce concept. For very high energy flash radiography on site: such a generator, in its autonomous version, makes it possible to envisage applications with very high pulsed energy while maintaining the absence of dangerous electrical connections with high-voltage sources (this one is integrated), hence an improvement in comfort and safety of use. It is possible to envisage a remote command for the synchronized or unsynchronized triggering of one or more generators of this concept.
Cette nouvelle conception permet de réaliser des générateurs à plus faible temps de montée (self parasite très faible) particulièrement utiles pour piloter un tube hyperfréquence pour réaliser un rayonnement micro-onde ou piloter directement une antenne, via la ligne de mie en forme de l'impulsion, pour réaliser un rayonnement ultra large bande. This new design makes it possible to produce generators with a shorter rise time (very low self interference) which is particularly useful for driving a microwave tube to produce microwave radiation or directly driving an antenna, via the crumb line in the shape of the pulse, to achieve ultra wide band radiation.
Dans ce dernier cas, un surcroît d'énergie sera obtenu via les couronnes périphériques. In the latter case, additional energy will be obtained via the peripheral rings.
Cette technologie ouvre de nouvelles perspectives pour la réalisation de générateurs haute-tension pulsée pour des développeurs de lasers puissants comme pour des applications médicales voire la dépollution de fumées, pulvérisation de matériaux durs tels que béton, céramiques, dépollution et traitement d'eau.This technology opens new perspectives for the realization of high-voltage pulsed generators for developers of powerful lasers as for medical applications or even the depollution of smoke, spraying of hard materials such as concrete, ceramics, depollution and water treatment.
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