RU2107988C1

RU2107988C1 - High-voltage switch

Info

Publication number: RU2107988C1
Application number: RU94025944A
Authority: RU
Inventors: И.В. Грехов; С.В. Коротков
Original assignee: Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 1998-03-27
Also published as: RU94025944A

Abstract

FIELD: heavy-current semiconductor electronics; laser and acceleration engineering. SUBSTANCE: high-voltage switch has trigger unit, first capacitor, first unit of reversible dinistors, first diode, nonlinear saturable-core element in the form of choke coil, step-up transformer whose first winding is connected in parallel with trigger unit and its starting lead connected to positive lead of the latter, its second winding first lead is connected through first capacitor to cathode of first diode and anode of the latter is connected to first lead of choke; newly introduced are second capacitor, resistor, inductive element, second diode, second unit of reversible dinistors, demagnetizing coil of choke, and demagnetizing coil of step-up transformer that has saturable core; second lead of step-up transformer secondary winding is connected to anode of first unit of reversible dinistors whose cathode is connected to first lead of second capacitor and to cathode of second unit of reversible dinistors whose anode is connected to one of choke leads; cathode of second diode is connected to anode of first diode and to second lead of second cathode and anode, to first lead of transformer secondary winding which is its starting lead; connected in parallel with first capacitor are series-connected demagnetizing winding of choke, resistor, inductive element, and demagnetizing winding of step-up transformer. EFFECT: improved reliability of switch due to stabilizing magnetic state of choke and step-up transformer and reducing pulse amplitude of current flowing in trigger unit components. 2 dwg

Description

Изобретение относится к сильноточной полупроводниковой электронике и может быть использовано в лазерной и ускорительной технике. The invention relates to high-current semiconductor electronics and can be used in laser and accelerator technology.

Известен высоковольтный переключатель [1], содержащий последовательно включенные блок реверсивно включаемых динисторов (РВД), диод и дроссель с насыщающимся сердечником, а также блок запуска, состоящий из последовательно соединенных блока тиристоров, индуктивного элемента и конденсатора. Блок запуска подключен параллельно блоку РВД, причем анод блока тиристоров соединен с анодом блока РВД, а положительный вывод конденсатора - с катодом блока РВД. Недостатком рассмотренного переключателя является большое напряжение на блоке тиристоров, превышающее напряжение блока РВД на величину напряжения заряда конденсатора. Known high-voltage switch [1], containing a series-connected block of reversibly switched dynistors (RVD), a diode and a choke with a saturable core, as well as a starting block, consisting of a series-connected block of thyristors, an inductive element and a capacitor. The trigger unit is connected in parallel with the HPH block, with the anode of the thyristor block connected to the anode of the HPH block, and the positive output of the capacitor connected to the cathode of the HPH block. The disadvantage of the considered switch is the high voltage on the thyristor block, which exceeds the voltage of the HPH block by the value of the capacitor charge voltage.

За прототип принят высоковольтный переключатель [2]. Переключатель содержит блок запуска, конденсатор, блок реверсивно включаемых динисторов, диод, нелинейный элемент с насыщающимся сердечником, выполненный в виде дросселя, и повышающий трансформатор. Блок запуска включен параллельно первой обмотке повышающего трансформатора и соединен положительным выводом с ее началом. Первый вывод второй обмотки повышающего трансформатора через конденсатор соединен с катодом диода и с анодом блока РВД. Анод диода подключен к первому выводу дросселя. Катод РВД соединен с выходной клеммой переключателя и с в вторым выводом второй обмотки повышающего трансформатора, являющимся ее началом. Второй вывод дросселя соединен с входной клеммой переключателя. Блок запуска содержит последовательно соединенные блок тиристоров, индуктивный элемент и дополнительный конденсатор, параллельно которому подключена зарядная цепь. В этом переключателе напряжение на блоке тиристоров существенно уменьшается благодаря использованию повышающего трансформатора. Недостатком прототипа является то, что при использовании в блоке РВД мощных динисторов с большой площадью полупроводниковой структуры, чрезмерно велика становится амплитуда импульсов тока в блоке запуска, которая, как известно, пропорциональна площади используемых РВД. При этом ухудшается режим работы тиристорного блока в блоке запуска, что приводит к понижению его надежности. Кроме того, в устройстве- прототипе не предусмотрена стабилизация магнитного состояния дросселя и повышающего трансформатора. При этом амплитуда и длительность импульсов тока управления блоком РВД могут оказаться недопустимо малыми, что приведет к ненадежной работе переключателя. For the prototype adopted high-voltage switch [2]. The switch comprises a start block, a capacitor, a block of reversibly switched on dynistors, a diode, a non-linear element with a saturable core, made in the form of a choke, and a step-up transformer. The start block is connected parallel to the first winding of the step-up transformer and is connected by a positive terminal to its beginning. The first output of the second winding of the step-up transformer through a capacitor is connected to the cathode of the diode and to the anode of the HPP block. The anode of the diode is connected to the first output of the inductor. The RVD cathode is connected to the output terminal of the switch and to the second terminal of the second winding of the step-up transformer, which is its beginning. The second output of the inductor is connected to the input terminal of the switch. The trigger unit contains a series-connected thyristor unit, an inductive element and an additional capacitor, in parallel with which a charging circuit is connected. In this switch, the voltage on the thyristor unit is significantly reduced due to the use of a step-up transformer. The disadvantage of the prototype is that when using powerful dinistors in the RVD unit with a large area of the semiconductor structure, the amplitude of the current pulses in the start-up unit becomes excessively large, which, as you know, is proportional to the area of the used RVD. In this case, the operating mode of the thyristor unit in the start-up unit deteriorates, which leads to a decrease in its reliability. In addition, the prototype device does not provide for the stabilization of the magnetic state of the inductor and step-up transformer. In this case, the amplitude and duration of the current pulses of the control unit RVD may be unacceptably small, which will lead to unreliable operation of the switch.

Задачей предлагаемого изобретения является создание высоковольтного переключателя, обладающего повышенной надежностью за счет стабилизации магнитного состояния дросселя и повышающего трансформатора и уменьшения амплитуды импульсов тока, проходящего через элементы блока запуска. The objective of the invention is the creation of a high-voltage switch with increased reliability by stabilizing the magnetic state of the inductor and step-up transformer and reducing the amplitude of the current pulses passing through the elements of the launch unit.

Указанная задача решается в высоковольтном переключателе, содержащем блок запуска, первый конденсатор, первый блок реверсивно включаемых динисторов, первый диод, нелинейный элемент с насыщающимся сердечником, выполненный в виде дросселя, повышающий трансформатор, причем параллельно его первой обмотке включен блок запуска и соединен положительным выводом с ее началом, а первый вывод второй обмотки повышающего трансформатора через первый конденсатор соединен с катодом первого диода, анод которого подключен к первому выводу дросселя. This problem is solved in a high-voltage switch containing a start block, a first capacitor, a first block of reversibly switched dinistors, a first diode, a non-linear element with a saturable core, made in the form of a choke, raising the transformer, and in parallel with its first winding, the start block is connected and connected to the positive terminal with its beginning, and the first terminal of the second winding of the step-up transformer through the first capacitor is connected to the cathode of the first diode, the anode of which is connected to the first terminal of the inductor.

Новым в заявляемом высоковольтном переключателе является то, что в него введены второй диод, второй блок реверсивно включаемых динисторов, второй конденсатор, резистор, индуктивный элемент, обмотка размагничивания дросселя и обмотка размагничивания повышающего трансформатора, выполненного с насыщающимся сердечником, причем второй вывод вторичной обмотки этого трансформатора соединен с анодом первого блока реверсивно включаемых динисторов, катод которого подключен к первому выводу второго конденсатора и к катоду второго блока реверсивно включаемых динисторов, анод которого соединен с одним из выводов дросселя, катод второго диода подключен к аноду первого диода и к второму выводу второго конденсатора, а анод - к первому выводу вторичной обмотки повышающего трансформатора, являющемуся ее началом, при этом параллельно первому конденсатору включены последовательно соединенные обмотка размагничивающего дросселя, резистор, индуктивный элемент и обмотка размагничивания повышающего трансформатора. What is new in the claimed high-voltage switch is that a second diode, a second block of reversibly switched dinistors, a second capacitor, a resistor, an inductive element, a demagnetizing coil of a throttle and a demagnetizing winding of a step-up transformer made with a saturable core are introduced into it, the second terminal of the secondary winding of this transformer connected to the anode of the first block of reversibly switched dinistors, the cathode of which is connected to the first terminal of the second capacitor and to the cathode of the second block of the reverser of diodes that are switched on, the anode of which is connected to one of the terminals of the inductor, the cathode of the second diode is connected to the anode of the first diode and to the second terminal of the second capacitor, and the anode to the first terminal of the secondary winding of the step-up transformer, which is its beginning, while parallel to the first capacitor are connected in series connected demagnetizing inductor winding, resistor, inductive element and demagnetizing winding of step-up transformer.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, на которых представлены электрические схемы высоковольтного переключателя. The invention is illustrated in FIG. 1 and 2, which show the electrical circuits of the high voltage switch.

Высоковольтный переключатель содержит первый блок РВД 1, нелинейный элемент 2 с насыщающимся сердечником, выполненный в виде дросселя, второй конденсатор 3, повышающий трансформатор 4 с насыщающимся сердечником, второй блок 5 РВД, блок запуска 6, резистор 7, входную клемму 8, выходную клемму 9, обмотку 10 размагничивания дросселя, индуктивный элемент 11, второй диод 12, первый диод 13, первый конденсатор 14, обмотку размагничивания 15 повышающего трансформатора, индуктивный элемент 16 блока запуска, тиристор 17 блока запуска, диод 18 блока запуска, конденсатор 19 блока запуска, зарядное устройство 20 блока запуска. The high-voltage switch contains the first RVD block 1, a non-linear element with a saturable core, made in the form of a choke, a second capacitor 3, a step-up transformer 4 with a saturable core, a second RVD block 5, a start block 6, a resistor 7, an input terminal 8, an output terminal 9 , the inductor demagnetization winding 10, the inductive element 11, the second diode 12, the first diode 13, the first capacitor 14, the demagnetization coil 15 of the step-up transformer, the inductance element 16 of the trigger unit, the thyristor 17 of the trigger unit, the diode 18 of the trigger unit, conde Sator start block 19, the charger unit 20 run.

Обмотка размагничивания 10 дросселя 2, резистор 7, индуктивный элемент 11, обмотка размагничивания 15 повышающего трансформатора 4 соединены последовательно и подключены параллельно первому конденсатору 14. Конденсатор 14 включен между катодом первого диода 13 и первым выходом второй обмотки повышающего трансформатора 4, являющимся его началом. Анод первого диода 13 подключен к катоду второго диода 12 и к первому выводу дросселя 2, второй вывод дросселя 2 соединен с входной клеммой 8. Анод второго диода 12 подключен к первому выводу второй обмотки трансформатора 4. Анод первого блока РВД 1 соединен с вторым выводом второй обмотки трансформатора 4. Катод первого блока РВД 1 подключен к первому выводу второго конденсатора 3, к катоду второго блока РВД 5 и к выходной клемме 9. Второй вывод второго конденсатора 3 соединен с анодом первого диода 13. Анод второго блока РВД 5 в схеме на фиг. 1 подключен к второму выводу дросселя 2, а в схеме на фиг. 2 - к первому выводу дросселя 2. Блок запуска включен параллельно первой обмотке повышающего трансформатора 4. Положительный вывод зарядного устройства 20 соединен с началом первой обмотки повышающего трансформатора 4, с первым выводом конденсатора 19 и с катодом диода 18. Отрицательный вывод зарядного устройства 20 соединен с вторым выводом конденсатора 19 и с катодом тиристора 17. Индуктивный элемент 16 включен между анодом тиристора 17 и концом первой обмотки повышающего трансформатора 4. The demagnetization winding 10 of the inductor 2, the resistor 7, the inductive element 11, the demagnetization winding 15 of the step-up transformer 4 are connected in series and connected in parallel with the first capacitor 14. The capacitor 14 is connected between the cathode of the first diode 13 and the first output of the second winding of the step-up transformer 4, which is its beginning. The anode of the first diode 13 is connected to the cathode of the second diode 12 and to the first output of the inductor 2, the second output of the inductor 2 is connected to the input terminal 8. The anode of the second diode 12 is connected to the first output of the second winding of the transformer 4. The anode of the first RVD block 1 is connected to the second output of the second transformer windings 4. The cathode of the first RVD block 1 is connected to the first terminal of the second capacitor 3, to the cathode of the second RVD block 5 and to the output terminal 9. The second terminal of the second capacitor 3 is connected to the anode of the first diode 13. The anode of the second RVD block 5 in the circuit of FIG. . 1 is connected to the second terminal of inductor 2, and in the circuit of FIG. 2 - to the first output of the inductor 2. The start block is connected parallel to the first winding of the step-up transformer 4. The positive terminal of the charging device 20 is connected to the beginning of the first winding of the step-up transformer 4, with the first terminal of the capacitor 19 and the cathode of the diode 18. The negative terminal of the charger 20 is connected to the second output of the capacitor 19 and with the cathode of the thyristor 17. An inductive element 16 is connected between the anode of the thyristor 17 and the end of the first winding of the step-up transformer 4.

В схемах на фиг. 1 и 2 второй блок РВД 5 состоит из мощных динисторов с большой рабочей площадью и предназначен для коммутации импульсов основного тока, формируемых внешней цепью, подключаемой между входной 8 и выходной 9 клеммами переключателя. Ток управления блока РВД 5 формируется с помощью второго конденсатора 3 и первого блока РВД 1. Ток управления блока РВД 1 формируется с помощью блока запуска, трансформатора 4 и второго диода 12. Так как амплитуда тока управления блока РВД 5 много меньше амплитуды основного тока, то в блоке РВД 1 используются маломощные динисторы с малой рабочей площадью. При этом амплитуда тока управления блока РВД 1 невелика, что обуславливает малую амплитуду тока через элементы блока запуска 6. Дроссель 2 исключает влияние внешней цепи на процесс формирования токов управления блоков РВД 1 и РВД 5. Цепь размагничивания, состоящая из последовательно соединенных резистора 7, индуктивного элемента 11, обмотки размагничивания 15, первого конденсатора 14 и обмотки размагничивания 10 обеспечивает обратное перемагничивание сердечников дросселя 2 и трансформатора 4, стабилизируя их магнитное состояние. In the circuits of FIG. 1 and 2, the second RVD unit 5 consists of powerful dinistors with a large working area and is intended for switching main current pulses formed by an external circuit connected between input 8 and output 9 of the switch terminals. The control current of the RVD block 5 is generated using the second capacitor 3 and the first RVD block 1. The control current of the RVD block 1 is formed using the start block, a transformer 4, and the second diode 12. Since the amplitude of the control current of the RVD block 5 is much smaller than the amplitude of the main current, in the RVD block 1, low-power dinistors with a small working area are used. At the same time, the amplitude of the control current of the RVD unit 1 is small, which leads to a small amplitude of the current through the elements of the start-up unit 6. The inductor 2 eliminates the influence of an external circuit on the formation of control currents of the units of the RVD 1 and the RVD 5. The demagnetization circuit, consisting of a series-connected resistor 7, an inductive element 11, the demagnetization winding 15, the first capacitor 14 and the demagnetization winding 10 provides reverse magnetization reversal of the cores of the inductor 2 and transformer 4, stabilizing their magnetic state.

Схема на фиг. 1 работает следующим образом. The circuit of FIG. 1 works as follows.

При включении тиристора 17 блока запуска 6 происходит разряд конденсатора 19, предварительно заряженного до небольшого напряжения от зарядного устройства 20. Ток разряда замыкается через индуктивный элемент 16 и первую обмотку повышающего трансформатора 4. При этом на второй обмотке трансформатора 4 возникает короткий импульс напряжения, амплитуда которого превышает величину напряжения на втором конденсаторе 3, равную величине входного напряжения переключателя. В результате происходит подзаряд конденсатора 3 через второй диод 12, вторую обмотку трансформатора 4 и первый блок РВД 1, имеющий в обратном направлении пренебрежимо малое электрическое сопротивление. Ток подзаряда конденсатора 3 является током управления блока РВД 1-Iy1 и обуславливает накопление в структурах реверсивно включаемых динисторов этого блока включающего заряда, необходимого для последующего однородного по площади переключения с малыми коммутационными потерями энергии. В момент насыщения сердечника трансформатора 4 к блоку РВД 1 прикладывается прямое напряжение, он без задержки переключается и коммутирует быстро нарастающий импульс тока перезаряда конденсатора 3, проходящий через вторую обмотку трансформатора 4, первый диод 13 и первый конденсатор 14. В процессе перезаряда конденсатора 3 дроссель 2, имеющий в исходном состоянии значительную индуктивность, блокирует входное напряжение переключателя. При этом входной ток пренебрежимо мал и практически не оказывает влияния на процесс перезаряда конденсатора 3. When the thyristor 17 of the start-up unit 6 is turned on, the capacitor 19 is discharged, pre-charged to a small voltage from the charger 20. The discharge current is closed through the inductive element 16 and the first winding of the step-up transformer 4. A short voltage pulse appears on the second winding of the transformer 4, the amplitude of which exceeds the voltage value at the second capacitor 3, equal to the value of the input voltage of the switch. As a result, the capacitor 3 is recharged through the second diode 12, the second winding of the transformer 4 and the first RVD block 1, which has a negligible electrical resistance in the opposite direction. The charge current of the capacitor 3 is the control current of the HPH block 1-Iy1 and causes the accumulation of the inclusion charge in the structures of the reversibly switched dynistors of this block, which is necessary for subsequent switching over the area with a uniform switching with low switching energy losses. At the time of saturation of the core of the transformer 4, a direct voltage is applied to the RVD block 1, it switches without delay and commutes a rapidly increasing pulse of the current of the recharge of the capacitor 3 passing through the second winding of the transformer 4, the first diode 13 and the first capacitor 14. In the process of recharging the capacitor 3, the inductor 2 having a significant inductance in the initial state, blocks the input voltage of the switch. In this case, the input current is negligible and practically does not affect the process of recharging the capacitor 3.

Так как емкость конденсатора 14 достаточно велика, то величина напряжения, возникающего на нем, при перезаряде конденсатора 3 мала и конденсатор 14 не оказывает существенного влияния на процесс формирования тока перезаряда конденсатора 3. Спустя некоторое время после изменения полярности напряжения на конденсаторе 3, происходит насыщение сердечника дросселя 2. При этом индуктивность дросселя 2 резко уменьшается и конденсатор 3 начинает повторно перезаряжаться через дроссель 2, второй блок РВД 5 и внешнюю цепь, подключенную между входной 8 и выходной 9 клеммами переключателя. Ток перезаряда конденсатора 3, замыкающийся через блок РВД 5, является током управления этого блока - Iy2 и обуславливает накопление в структурах реверсивно включаемых динисторов включающего заряда, необходимого для их однородного переключения. В момент окончания тока Iy2 к блоку РВД 5 прикладывается прямое напряжение, он без задержки переключается и коммутирует мощный импульс входного тока, формируемый внешней цепью. После окончания процесса коммутации происходит разряд конденсатора 14 через резистор 7, индуктивный элемент 11 и обмотки размагничивания 10 и 15. При этом осуществляется обратное перемагничивание сердечников дросселя 2 и трансформатора 4, стабилизирующее их магнитное состояние при следующем акте коммутации. Индуктивный элемент 11 блокирует напряжение, возникающее на обмотках размагничивания 10 и 15 в процессе коммутации входного тока. Резистор 7 обеспечивает рассеивание энергии, запасаемой в дополнительном конденсаторе 14. Диод 18 блока запуска 6 исключает перезаряд конденсатора 19 и устраняет возможность перенапряжений на индуктивном элементе 16 и тиристоре 17 в момент обратного восстановления тиристора 17. Since the capacitance of the capacitor 14 is quite large, the voltage that appears on it when the capacitor 3 is recharged is small and the capacitor 14 does not significantly affect the formation of the recharge current of the capacitor 3. After some time after changing the polarity of the voltage on the capacitor 3, the core saturates throttle 2. In this case, the inductance of throttle 2 decreases sharply and the capacitor 3 begins to recharge through throttle 2, the second HPP block 5 and an external circuit connected between input 8 and output 9 switch terminals. The recharge current of the capacitor 3, which closes through the RVD block 5, is the control current of this block - Iy2 and causes the accumulation in the structures of the reversibly switched dynistors of the inclusion charge necessary for their uniform switching. At the moment of termination of the current Iy2, a direct voltage is applied to the RVD unit 5, it switches without delay and commutes a powerful pulse of the input current generated by the external circuit. After the end of the switching process, the capacitor 14 is discharged through the resistor 7, the inductive element 11 and the demagnetization windings 10 and 15. In this case, the magnetization cores of the inductor 2 and transformer 4 are reverse magnetized, stabilizing their magnetic state during the next switching event. The inductive element 11 blocks the voltage that occurs on the demagnetization windings 10 and 15 during the switching of the input current. The resistor 7 provides the dissipation of energy stored in the additional capacitor 14. The diode 18 of the start-up block 6 eliminates the overcharging of the capacitor 19 and eliminates the possibility of overvoltage on the inductive element 16 and the thyristor 17 at the time of the reverse recovery of the thyristor 17.

В схеме на фиг. 2 в отличие от схемы фиг. 1 анод второго блока РВД 5 подключен не к второму, а к первому выводу дросселя 2. В результате ток управления через блок РВД 5 начинается фактически сразу после изменения полярности напряжения на конденсаторе 3. При этом блок РВД 5, имеющий в обратном направлении пренебрежимо малое электрическое сопротивление, шунтирует конденсатор 3 и через него замыкается ток второй обмотки трансформатора 4, являющийся током управления Iy2. Момент окончания тока Iy2 совпадает с моментом насыщения сердечника дросселя 2. При этом индуктивность дросселя 2 резко уменьшается, к блоку РВД 5 прикладывается прямое напряжение, он без задержки переключается и коммутирует мощный импульс входного тока, формируемый внешней цепью. Рассмотренные отличительные особенности схемы на фиг. 2 позволяют обеспечить требуемый ток управления блока РВД 5 при меньшем, чем на схеме на фиг. 1 токе перезаряда конденсатора 3, так как в процессе перезаряда этого конденсатора дроссель 2 блокирует внешнее напряжение переключателя. При этом влияние внешней цепи пренебрежимо мало и через блок РВД 5 проходит практически весь ток перезаряда конденсатора 3, а не часть его, как в схеме на фиг. 1. Однако в схеме на фиг. 2 через дроссель 2 проходит полный ток переключателя, существенно превышающий ток перезаряда конденсатора 3, проходящий через дроссель 2 в схеме на фиг. 1, что делает схемы на фиг. 1 и 2 в целом равнозначными. In the circuit of FIG. 2 in contrast to the circuit of FIG. 1 the anode of the second RVD block 5 is connected not to the second, but to the first output of the inductor 2. As a result, the control current through the RVD block 5 begins almost immediately after the polarity of the voltage across the capacitor 3 changes. In this case, the RVD block 5, which has a negligible electric voltage in the opposite direction resistance, shunts the capacitor 3 and through it the current of the second winding of the transformer 4 is closed, which is the control current Iy2. The moment of termination of the current Iy2 coincides with the time of saturation of the core of the inductor 2. In this case, the inductance of the inductor 2 decreases sharply, a direct voltage is applied to the RVD block 5, it switches without delay and commutes a powerful pulse of the input current generated by the external circuit. The distinguishing features of the circuit in FIG. 2 make it possible to provide the required control current of the HPH unit 5 at a lower current than in the diagram in FIG. 1 current of the recharge of the capacitor 3, since during the recharging of this capacitor, the inductor 2 blocks the external voltage of the switch. Moreover, the influence of the external circuit is negligible and almost the entire recharge current of the capacitor 3 passes through the RVD block 5, and not part of it, as in the circuit in FIG. 1. However, in the circuit of FIG. 2 through the inductor 2 passes the total current of the switch, significantly exceeding the overcharge current of the capacitor 3, passing through the inductor 2 in the circuit of FIG. 1, which makes the circuit of FIG. 1 and 2 are generally equivalent.

Таким образом, благодаря введению в схему высоковольтного переключателя второго конденсатора, второго диода, второго блока РВД и выполнению повышающего трансформатора в виде трансформатора насыщения существенно уменьшается амплитуда тока, формируемого блоком запуска, так как запускаемый им блок РВД состоит из маломощных динисторов с малой рабочей площадью и малым током управления. Кроме того, благодаря введению в схему высоковольтного переключателя резистора, индуктивного элемента, обмотки размагничивания дросселя и обмотки размагничивания повышающего трансформатора, стабилизируется магнитное состояние дросселя и повышающего трансформатора за счет обратного перемагничивания их сердечников после окончания процесса коммутации. Уменьшение амплитуды тока, проходящего через элементы блока запуска, и стабилизация магнитного состояния дросселя и повышающего трансформатора обуславливают повышение надежности высоковольтного переключателя. Thus, due to the introduction of a second capacitor, a second diode, a second RVD block into the high-voltage switch circuit and a step-up transformer in the form of a saturation transformer, the amplitude of the current generated by the start-up unit is significantly reduced, since the RVD unit launched by it consists of low-power dinistors with a small working area and low current control. In addition, due to the introduction of a resistor, an inductive element, a demagnetizing winding of the inductor and a demagnetizing winding of a step-up transformer into the circuit, the magnetic state of the inductor and step-up transformer is stabilized due to the reverse magnetization of their cores after the end of the switching process. The decrease in the amplitude of the current passing through the elements of the start-up unit, and the stabilization of the magnetic state of the inductor and the step-up transformer, increase the reliability of the high-voltage switch.

По предлагаемым схемам на фиг. 1 и 2 были собраны высоковольтные переключатели с рабочим напряжением 10 кВ, отличающиеся только параметрами конденсаторов 3 и 14: в переключателе на схеме фиг. 1 величины емкостей конденсаторов 3 и 14 составляли соответственно 0,2 и 20 мкФ, а в схеме на фиг. 2 - 0,04 и 4 мкФ. В блоках 1 и 5 использовались реверсивно включаемые динисторы с рабочим напряжением 2 кВ. Маломощный блок РВД 1 состоял из пяти последовательно включенных приборов с рабочей площадью 4 см², а мощный блок РВД 5 - из пяти последовательно включенных приборов с рабочей площадью 20 см². Сердечники дросселя 2 и трансформатора 4 были изготовлены из кольцевых ленточных магнитопроводов размером 90х40х20 мм. Дроссель 2 состоял из четырех магнитопроводов и имел четыре витка. Трансформатор 4 состоял из одного магнитопровода и имел коэффициент трансформации 15 (один виток в первой обмотке и 15 во второй). В качестве материала магнитопроводов использовался пермаллой 50 НП толщиной 20 мкм. Обмотки размагничивания 10 и 15 имели по одному витку, сопротивление резистора 7 - 30 0м, индуктивность элементов 11 и 16 - 100 и 0,5 мкГн соответственно, емкость конденсатора 19 - 5 мкФ, тип диодов 12, 13 и 18 - ДЛ 132-50-12, тип резистора 17-ТБ 151-50-12. Зарядное устройство 20 содержало повышающий сетевой трансформатор, диодный выпрямитель и токоограничивающий резистор и имело выходное напряжение 1 кВ. В процессе испытаний было осуществлено свыше 10⁴ коммутаций импульсов тока в 50 кА длительностью 100 мкс при входном напряжении 10 кВ. Амплитуда тока управления блока РВД 5 составляла около 1000 А при длительности 1 мкс, а амплитуда тока управления блока РВД 1 - 65 А для схемы на фиг. 1 и 50 А для схемы на фиг. 2 при длительности около 2,5 мкс. Малая амплитуда тока управления блока РВД 1 обуславливает малую амплитуду тока, проходящего через элементы блока запуска 6. Для схемы на фиг. 1 она составляла порядка 975 А, а для схемы на фиг. 2 - порядка 750 А, что существенно меньше, чем в устройстве-прототипе, где амплитуда тока через элементы блока запуска возросла бы во столько же раз, во сколько амплитуда тока управления блока РВД 5 превышает амплитуду тока управления блока РВД 1, то есть в 15 раз для схемы на фиг. 1 и в 20 раз для схемы на фиг. 2.According to the proposed schemes in FIG. 1 and 2, high-voltage switches with an operating voltage of 10 kV were assembled, differing only in the parameters of capacitors 3 and 14: in the switch in the circuit of FIG. 1, the capacitance values of capacitors 3 and 14 were 0.2 and 20 μF, respectively, and in the circuit of FIG. 2 - 0.04 and 4 μF. In blocks 1 and 5, reversibly switched dinistors with an operating voltage of 2 kV were used. The low-power RVD unit 1 consisted of five series-connected devices with a working area of 4 cm ² , and the powerful RVD unit 5 consisted of five series-connected devices with a working area of 20 cm ² . The cores of the inductor 2 and transformer 4 were made of ring tape magnetic circuits measuring 90x40x20 mm. Throttle 2 consisted of four magnetic cores and had four turns. Transformer 4 consisted of one magnetic circuit and had a transformation ratio of 15 (one turn in the first winding and 15 in the second). Permalloy 50 NP with a thickness of 20 μm was used as the material of the magnetic cores. The demagnetization windings 10 and 15 had one turn, the resistance of the resistor was 7-30 0 m, the inductance of the elements 11 and 16 was 100 and 0.5 μH, respectively, the capacitance was 19-5 μF, the type of diodes 12, 13 and 18 was DL 132-50 -12, type of resistor 17-TB 151-50-12. The charger 20 contained a step-up mains transformer, a diode rectifier and a current-limiting resistor, and had an output voltage of 1 kV. In the process of testing, over 10 ⁴ commutations of current pulses of 50 kA were performed for a duration of 100 μs at an input voltage of 10 kV. The amplitude of the control current of the RVD block 5 was about 1000 A with a duration of 1 μs, and the amplitude of the control current of the block of the RVD 1 was 65 A for the circuit in FIG. 1 and 50 A for the circuit of FIG. 2 with a duration of about 2.5 μs. The small amplitude of the control current of the HPH unit 1 causes the small amplitude of the current passing through the elements of the start-up unit 6. For the circuit in FIG. 1, it was of the order of 975 A, and for the circuit in FIG. 2 - of the order of 750 A, which is significantly less than in the prototype device, where the amplitude of the current through the elements of the start-up block would increase by the same amount as the amplitude of the control current of the high pressure hitch unit 5 exceeds the amplitude of the control current of the high pressure hitch unit 1, i.e. 15 times for the circuit of FIG. 1 and 20 times for the circuit of FIG. 2.

Источники информации. Sources of information.

1. Грехов И. В., Коротков С.В. Основные принципы построения мощных импульсных и высокочастотных генераторов на основе реверсивно включаемых динисторов. Электротехника, 1991, N 11, с.27, рис.З. 1. Sins I.V., Korotkov S.V. The basic principles of building powerful pulsed and high-frequency generators based on reversibly switched dinistors. Electrical Engineering, 1991, N 11, p. 27, Fig.Z.

2. Грехов И. В., Коротков С. В. Основные принципы построения мощных импульсных и высокочастотных генераторов на основе реверсивно включаемых динисторов. Электротехника, 1991, N 11, с.28, рис.4 2. Grekhov I.V., Korotkov S.V. Basic principles for constructing powerful pulsed and high-frequency generators based on reversibly switched dinistors. Electrical Engineering, 1991, N 11, p. 28, Fig. 4

Claims

A high-voltage switch containing a start block, a first capacitor, a first block of reversibly switched-on dynistors, a first diode, a non-linear element with a saturable core, made in the form of a choke, raising a transformer, and a start block is connected in parallel with its first winding and connected to a positive terminal with its beginning, and the first output of the second winding of the step-up transformer through the first capacitor is connected to the cathode of the first diode, the anode of which is connected to the first output of the inductor, characterized in that in the switch A second capacitor, a resistor, an inductive element, a second diode, a second block of reversibly switched on dinistors, a demagnetizing winding of a throttle and a demagnetizing winding of a step-up transformer made with a saturable core and a second terminal of a secondary winding of which is connected to the anode of the first block of reversibly switched-on dinistors, the cathode of which are added connected to the first terminal of the second capacitor and to the cathode of the second block of reversibly switched dinistors, the anode of which is connected to one of the output in the inductor, the cathode of the second diode is connected to the anode of the first diode and the second output of the second capacitor, and the anode to the first output of the secondary winding of the step-up transformer, which is its beginning, while in parallel with the first capacitor are connected in series to the demagnetizing coil of the inductor, resistor, inductive element and demagnetizing winding step-up transformer.