RU2091980C1 - Voltage pulse generator - Google Patents
Voltage pulse generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2091980C1 RU2091980C1 RU95106704A RU95106704A RU2091980C1 RU 2091980 C1 RU2091980 C1 RU 2091980C1 RU 95106704 A RU95106704 A RU 95106704A RU 95106704 A RU95106704 A RU 95106704A RU 2091980 C1 RU2091980 C1 RU 2091980C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- axes
- capacitors
- axis
- generator
- plane
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- X-Ray Techniques (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
Description
Генераторы импульсов напряжения используются в импульсной высоковольтной технике, например, в составе импульсных рентгеновских аппаратов и малогабаритных ускорителей прямого действия. Voltage pulse generators are used in pulsed high-voltage technology, for example, as part of pulsed X-ray machines and small-sized direct-acting accelerators.
С помощью заявляемого генератора решается задача создания малогабаритного ускорителя, который может применяться как источник импульсов электронного и рентгеновского излучения в физических исследованиях, дефектроскопии и медицине. Using the inventive generator, the task of creating a small accelerator that can be used as a source of pulses of electronic and x-ray radiation in physical research, defectoscopy and medicine is solved.
Техническим результатом предложения является снижение габаритов и массы ускорителя, в составе которого работает заявляемый генератор импульсов напряжения. Снижение габаритов и массы импульсного рентгеновского аппарата или ускорителя является актуальной задачей, так как это повышает их транспортабельность, удешевляет, расширяет возможности их применения. Например, это важно для дефектоскопов, применяемых в полевых условиях. The technical result of the proposal is to reduce the size and mass of the accelerator, which includes the inventive voltage pulse generator. Reducing the size and mass of a pulsed X-ray apparatus or accelerator is an urgent task, as this increases their transportability, reduces the cost, expands the possibilities of their application. For example, this is important for flaw detectors used in the field.
Известна конструкция малогабаритного генератора импульсов высокого напряжения: Месяц Г.А. Насибов А.С. Кремнев В.В. Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения, М. Энергия, 1970, с. 41, рис. 2-4. Генератор выполнен по каскадной схеме Маркса. Каскад состоит из высоковольтных конденсаторов и разрядника, расположенных по одной оси, которая является осью других каскадов и всего генератора. Зарядка осуществляется через зарядные сопротивления. Выходное напряжение генератора подается на рентгеновскую трубку. Особенностью компоновки генератора является последовательное расположение вдоль одной оси конденсаторов и разрядника одного каскада, а также последовательное вдоль той же оси размещение каскадов, что приводит к большой длине генератора и его корпуса. The known design of a small-sized pulse generator of high voltage: Mesyats G.A. Nasibov A.S. Kremnev V.V. The formation of nanosecond pulses of high voltage, M. Energia, 1970, p. 41, fig. 2-4. The generator is made according to the cascade scheme of Marx. The cascade consists of high-voltage capacitors and a spark gap, located on one axis, which is the axis of the other stages and the entire generator. Charging is done through charging resistances. The output voltage of the generator is supplied to the x-ray tube. A feature of the generator layout is the sequential arrangement of capacitors and a spark gap of one cascade along one axis, as well as the arrangement of cascades along the same axis, which leads to a large length of the generator and its casing.
Прототипом заявляемого является генератор импульсов высокого напряжения, описанный в статье Белкина Н.В. Кульгавчука В.В. Павловской Н.Г. Тараканова М. Ю. Цукермана В.А. Эльяш С.Л. Малогабаритный наносекундный ускоритель электронов на 600 кВ, ПТЭ, N 5, 1977, с. 36.38, рис. 1. Описанный в статье генератор импульсов напряжения содержит несколько каскадов с двумя конденсаторами и разрядником высокого давления в каждом каскаде. Элементы каскадов генератора крепятся в плоской вертикальной стойке из оргстекла друг над другом, оси конденсаторов параллельны между собой и перпендикулярны стойке, а оси разрядников расположены под углом -45o к плоскостям осей конденсаторов в каскадах, и плоскость осей разрядников параллельна стойке. Зарядка генератора осуществляется от импульсного трансформатора через зарядные индуктивности. Нагрузкой является ускорительная трубка источник электронного излучения. Импульсный трансформатор, генератор импульсов высокого напряжения, ускорительная трубка помещены в общий герметичный металлический корпус, заполненный трансформаторным маслом, это высоковольтный блок ускорителя.The prototype of the claimed is a high-voltage pulse generator described in the article Belkin N.V. Kulgavchuk V.V. Pavlovskoy N.G. Tarakanova M. Yu. Tsukerman V.A. Elyash S.L. Small-sized nanosecond electron accelerator at 600 kV, PTE,
Недостатками прототипа являются недостаточно малые габариты и масса высоковольтного блока. Это вызвано такой компоновкой элементов генератора импульсов высокого напряжения, при которой емкость в каскаде разделена на две части, разнесенные в пространстве, а разрядники расположены под углом -45o к плоскостям осей конденсаторов в каскадах, сто не дает сблизить эти плоскости соседних каскадов. В результате длина высоковольтного блока по прототипу и его поперечные размеры оказываются больше, чем в заявляемом генераторе, а масса заливаемого в корпус высоковольтного блока масла примерно в полтора раза больше.The disadvantages of the prototype are not small enough and the mass of the high-voltage unit. This is caused by such a layout of the elements of the high-voltage pulse generator, in which the capacitance in the cascade is divided into two parts, spaced apart in space, and the arresters are located at an angle of -45 o to the planes of the axes of the capacitors in the cascades, a hundred prevents these planes from adjacent cascades to come together. As a result, the length of the high-voltage block according to the prototype and its transverse dimensions are greater than in the inventive generator, and the mass of oil poured into the housing of the high-voltage block is approximately one and a half times larger.
Указанные недостатки устраняются тем, что по сравнению с прототипом, содержащим несколько каскадов с конденсаторами и разрядником, новым является то, что в каждом каскаде конденсаторы собраны в пакет, ось разрядника параллельна оси пакета конденсаторов. Оси всех пакетов конденсаторов расположены в одной плоскости, а оси всех разрядников в другой плоскости, параллельной плоскости осей пакетов, причем расстояния от оси любого пакета конденсаторов до осей соседних разрядников, электрически соединенных с ним, равны. These disadvantages are eliminated by the fact that, compared with the prototype, which contains several stages with capacitors and a spark gap, the new thing is that in each stage the capacitors are assembled in a packet, the axis of the spark gap is parallel to the axis of the capacitor bank. The axes of all packages of capacitors are located in one plane, and the axes of all arresters in another plane parallel to the plane of the axes of the packages, and the distances from the axis of any package of capacitors to the axes of adjacent arresters electrically connected to it are equal.
В заявляемом генераторе импульсов напряжения емкость в каскаде представляет собой плотно собранный из нескольких последовательно соединенных конденсаторов пакет, а разрядник этого каскада располагается параллельно ему и максимально близко к нему, причем расстояние выбирается из соображений электропрочности диэлектрической среды. Таким образом собирается очень компактный каскад. Соседние каскады, расположенные в параллельных плоскостях, максимально сближены, насколько позволяет электропрочность среды, это позволяет уменьшить длину генератора до минимума. In the inventive voltage pulse generator, the capacitance in the cascade is a packet tightly assembled from several series-connected capacitors, and the spark gap of this cascade is parallel to it and as close to it as possible, and the distance is chosen for reasons of dielectric medium dielectric strength. Thus, a very compact cascade is assembled. The adjacent cascades located in parallel planes are as close as possible, as far as the electric strength of the medium allows, this allows to reduce the generator length to a minimum.
Плоскость осей пакетов конденсаторов и параллельная ей плоскость осей разрядников расположены на минимально возможном расстоянии друг от друга. Это достигается при заданных расстояниях между элементами внутри каскада и между каскадами таким расположением пакетов конденсаторов и разрядников, что все токопроводящие шины, соединяющие соседние элементы генератора, имеют равную длину. Это позволяет уменьшить поперечные размеры заявляемого генератора. Таким образом, диаметр и длина корпуса высоковольтного блока, основу которого составляет генератор импульсов напряжения, уменьшаются по сравнению с прототипом, и, как следствие, уменьшается масса жидкого диэлектрика, заливаемого в корпус высоковольтного блока. The plane of the axes of the packages of capacitors and the parallel plane of the axes of the arresters are located at the minimum possible distance from each other. This is achieved at specified distances between the elements inside the cascade and between the cascades in such an arrangement of packages of capacitors and dischargers that all conductive buses connecting adjacent elements of the generator have an equal length. This allows you to reduce the transverse dimensions of the inventive generator. Thus, the diameter and length of the casing of the high-voltage block, which is based on the voltage pulse generator, are reduced compared with the prototype, and, as a result, the mass of the liquid dielectric poured into the casing of the high-voltage block is reduced.
На фиг. 1 изображен заявляемый генератор импульсов напряжения; на фиг. 2 один каскад заявляемого генератора импульсов напряжения. In FIG. 1 shows the inventive voltage pulse generator; in FIG. 2 one cascade of the inventive voltage pulse generator.
Генератор импульсов напряжения содержит несколько каскадов 1 с конденсаторами 2 и разрядником 3 в каждом каскаде. В каждом каскаде 1 конденсаторы 2 собраны в пакет 4, ось разрядника 3 параллельна оси пакета 4 конденсаторов 2. Оси всех пакетов 4 конденсаторов 3 расположены в одной плоскости 5, а оси всех разрядников 3 в другой плоскости 6, параллельной плоскости 5 осей пакетов 4. Расстояния от оси любого пакета 4 конденсаторов 2 до осей соседних разрядников 3, электрически соединенных с ним, равны. Пакеты 4 конденсаторов 2 соединены с разрядниками 3 токопроводящими шинами 7 равной длины. The voltage pulse generator contains
Кроме того, генератор содержит зарядные индуктивности 8, импульсный трансформатор 9 и нагрузку (например, рентгеновскую трубку) 10. Все элементы генератора импульсов напряжения, импульсный трансформатор 9 и нагрузка 10 располагаются в корпусе 11, заполненном жидким диэлектриком. In addition, the generator contains
Заявляемый генератор используется в составе малогабаритного импульсного ускорителя источника рентгеновского или электронного излучения. Конденсаторы К-15-10 (3300 пФ, 31,5 кВ), собранные в плотные пакеты из 5 штук, и разрядник Р-49 образуют очень компактный каскад. Зарядные индуктивности выполнены в виде двух столбов, расположенных вдоль стоек из оргстекла, к которым крепятся каскады. Расстояние между каскадами, т.е. расстояние между осями разрядников в соседних каскадах, 60 мм. Таким образом, длина десятикаскадного генератора около 600 мм, а высота корпуса высоковольтного блока, куда входят, кроме генератора импульсов, импульсный трансформатор, рентгеновская трубка и компенсатор (устройство для компенсации изменения объема масла при повышении или понижении температуры окружающей среды), составляет около 900 мм. Диаметр корпуса высоковольтного блока 200 мм. The inventive generator is used as part of a small-sized pulsed accelerator of an x-ray or electron source. K-15-10 capacitors (3300 pF, 31.5 kV), assembled in dense packages of 5 pieces, and the R-49 arrester form a very compact cascade. Charging inductances are made in the form of two columns located along the plexiglass racks, to which cascades are attached. The distance between the cascades, i.e. the distance between the axes of the arresters in adjacent cascades, 60 mm Thus, the length of the ten-stage generator is about 600 mm, and the height of the housing of the high-voltage block, which includes, in addition to the pulse generator, a pulse transformer, an X-ray tube and a compensator (a device for compensating for changes in the volume of oil with increasing or decreasing ambient temperature), is about 900 mm . The diameter of the housing of the high voltage unit is 200 mm.
Масса трансформаторного масла, заливаемого в корпус высоковольтного блока, 17,5 кг. The mass of transformer oil, poured into the housing of the high-voltage block, 17.5 kg.
Основные параметры малогабаритного ускорителя, в состав которого входит заявляемый генератор импульсов напряжения: амплитуда импульса выходного напряжения, подаваемого на ускорительную (рентгеновскую или электронную) трубку, 1 МВ, длительность импульса электронного или рентгеновского излучения на полувысоте 10 нс. The main parameters of a small accelerator, which includes the inventive voltage pulse generator: the amplitude of the output voltage pulse supplied to the accelerating (x-ray or electron) tube, 1 MV, the pulse duration of the electron or x-ray radiation at half maximum 10 ns.
Доза излучения на окне рентгеновской трубки 3 Гр/имп. доза электронного излучения на окне электронной трубки 2•104 Гр/имп.The dose of radiation on the window of the
Устройство работает следующим образом. Зарядка генератора импульсов напряжения осуществляется от импульсного трансформатора через зарядные индуктивности. Емкость всех n каскадов заряжаются до напряжения U. В момент пуска аппарата происходит последовательное срабатывание разрядников за счет перенапряжения на их электродах, и все конденсаторы оказываются включенными последовательно. К нагрузке генератора (рентгеновской или электронной трубке) прикладывается суммарное выходное напряжение Uвых.=n•U. Происходит сильноточный пробой трубки, что сопровождается выходом электронного или рентгеновского излучения.The device operates as follows. The voltage pulse generator is charged from a pulse transformer via charging inductances. The capacity of all n stages is charged to a voltage of U. At the time of starting up the device, the arrears are sequentially activated due to overvoltage at their electrodes, and all capacitors turn on in series. The total output voltage U o is applied to the load of the generator (X-ray or electron tube) . = n • U. A high-current breakdown of the tube occurs, which is accompanied by the release of electronic or x-ray radiation.
Сравним по техническому результату, то есть по габаритам и массе, два генератора. Первый описанный выше как пример конкретного выполнения заявляемого генератора импульсов напряжения, а второй условный генератор, выполненный из тех же элементов, что и первый, но скомпонованный так, как прототип. Compare the technical result, that is, the dimensions and weight, two generators. The first described above as an example of a specific implementation of the inventive voltage pulse generator, and the second conditional generator made of the same elements as the first, but arranged in the same way as the prototype.
В заявляемом генераторе емкость каждого каскада представляет собой плотно собранный (стянутый между стойками) пакет из пяти конденсаторов, а разрядник этого каскада расположен максимально близко к нему, ось пакета и ось разрядника параллельны. Плоскость осей пакетов конденсаторов и плоскость осей разрядников расположены максимально близко и параллельны, при этом все токоведущие шины, соединяющие пакеты и разрядники, имеют равную длину. Это позволяет уменьшить диаметр корпуса высоковольтного блока до 200 мм. Диаметр высоковольтного блока по прототипу нельзя сделать меньшим, чем 220 мм, из-за того, что емкость в каскаде разделена на две части, занесенные в пространстве. Взаимное расположение каскадов в заявляемом генераторе, а именно друг над другом на расстоянии 60 мм, таково, что позволяет уменьшить его длину до 600 мм. В прототипе из-за взаимного расположения в каскаде конденсаторов и разрядника нельзя сблизить каскады более, чем до 90 мм между ними. Тогда длина генератора по прототипу 900 мм. Длина корпуса высоковольтного блока с заявляемым генератором 900 мм, а с прототипом 1250 мм. Масса заливаемого в корпус масла: для заявляемого генератора 17,5 кг, а для прототипа 27,5 кг, что в полтора раза больше. In the inventive generator, the capacity of each cascade is a tightly assembled (tightened between the racks) package of five capacitors, and the arrester of this cascade is located as close to it as possible, the axis of the package and the axis of the arrester are parallel. The plane of the axes of the packages of capacitors and the plane of the axes of the arresters are located as close as possible and parallel, while all current-carrying buses connecting the packages and arresters are of equal length. This allows you to reduce the diameter of the housing of the high-voltage unit to 200 mm. The diameter of the high-voltage block according to the prototype cannot be made smaller than 220 mm, due to the fact that the capacitance in the cascade is divided into two parts entered in space. The mutual arrangement of the cascades in the inventive generator, namely one above the other at a distance of 60 mm, is such that it can be reduced to 600 mm. In the prototype, due to the relative position of the capacitors and the arrester in the cascade, it is not possible to bring together the cascades of more than 90 mm between them. Then the length of the prototype generator is 900 mm. The length of the housing of the high-voltage unit with the claimed generator is 900 mm, and with the prototype 1250 mm. The mass of oil poured into the housing: for the inventive generator 17.5 kg, and for the prototype 27.5 kg, which is one and a half times more.
таким образом, заявляемый генератор импульсов напряжения дает выигрыш в габаритах и весе высоковольтного блока ускорителя. Thus, the inventive voltage pulse generator gives a gain in dimensions and weight of the high-voltage unit of the accelerator.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95106704A RU2091980C1 (en) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | Voltage pulse generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95106704A RU2091980C1 (en) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | Voltage pulse generator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95106704A RU95106704A (en) | 1996-11-20 |
RU2091980C1 true RU2091980C1 (en) | 1997-09-27 |
Family
ID=20167177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95106704A RU2091980C1 (en) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | Voltage pulse generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2091980C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2576383C2 (en) * | 2014-06-24 | 2016-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Arkadyev-marks generator |
RU2580101C1 (en) * | 2015-01-19 | 2016-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Pulse voltage generator housing |
RU2754358C1 (en) * | 2021-01-15 | 2021-09-01 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Pulse voltage generator |
RU209592U1 (en) * | 2021-07-12 | 2022-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Синтез НПФ" | HERMETIC CASING OF A HIGH-VOLTAGE DEVICE OPERATING IN A LIQUID DIELECTRIC ENVIRONMENT |
-
1995
- 1995-04-21 RU RU95106704A patent/RU2091980C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Месяц Г.А., Насибов А.С., Кремнев В.В. Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения. - М.: Энергия, 1970, с. 41, рис. 2 - 4. 2. Белкин Н.В., Кульгавчук В.В., Павлоский Н.Г., Тараканов М.Ю., Цукерман В.А., Эльяш С.Я. Малогабаритный наносекундный ускоритель электронов на 600 кВ. - ПТЭ, N 5, 1977, с. 36 - 37, рис. 1. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2576383C2 (en) * | 2014-06-24 | 2016-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Arkadyev-marks generator |
RU2580101C1 (en) * | 2015-01-19 | 2016-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Pulse voltage generator housing |
RU2754358C1 (en) * | 2021-01-15 | 2021-09-01 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Pulse voltage generator |
RU209592U1 (en) * | 2021-07-12 | 2022-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Синтез НПФ" | HERMETIC CASING OF A HIGH-VOLTAGE DEVICE OPERATING IN A LIQUID DIELECTRIC ENVIRONMENT |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95106704A (en) | 1996-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lehr et al. | Foundations of pulsed power technology | |
US3845322A (en) | Pulse generator | |
US20120001498A1 (en) | Sequentially switched multiple pulse generator system | |
RU2091980C1 (en) | Voltage pulse generator | |
US5148111A (en) | Electromagnetic pulse simulator | |
Koval’Chuk et al. | Fast primary storage device utilizing a linear pulse transformer | |
Kim et al. | 0.75 MA, 400 ns rise time LTD stage | |
Smith et al. | Pulsed power for EMP simulators | |
Schilling et al. | High voltage generator with fast risetime for EMP simulation | |
Ariztia et al. | Development and test of a 500-kV compact Marx generator operating at 100-Hz PRF | |
Gleizer et al. | Compact high-current pulse generator for laboratory studies of high energy density matter | |
US3783289A (en) | Marx surge pulser having stray capacitance which is high for input stages and low for output stages | |
Shahriari et al. | Impact-ionization switching of high-voltage thyristors connected in parallel | |
Liu | Comparison of gas spark switch trigger methods through resistor and inductor for FLTD | |
MacDougall et al. | Large high energy density pulse discharge capacitor characterization | |
Jiang et al. | Design and construction of a±100 kV gas switch for linear transformer drivers | |
RU2754358C1 (en) | Pulse voltage generator | |
Sterzelmeier et al. | Electromagnetic armor test facility with modular pulsed power conceptual design | |
Kim et al. | Linear transformer driver with a 750-kA current and a 400-ns current risetime | |
Sincerny et al. | Fast discharge energy storage development for improving X-ray simulators | |
SU1637032A1 (en) | Impulsive roentgen apparatus | |
SU873391A1 (en) | High-voltage pulse generator | |
US20060256496A1 (en) | Methods and apparatuses related to pulsed power | |
SU724072A1 (en) | Impulsive strong-current electron accelerator | |
Mitra et al. | Effect of stray capacitance on marx generator output voltage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140422 |