RU2259008C2 - High-voltage pulse shaping device - Google Patents

High-voltage pulse shaping device Download PDF

Info

Publication number
RU2259008C2
RU2259008C2 RU2002126088/09A RU2002126088A RU2259008C2 RU 2259008 C2 RU2259008 C2 RU 2259008C2 RU 2002126088/09 A RU2002126088/09 A RU 2002126088/09A RU 2002126088 A RU2002126088 A RU 2002126088A RU 2259008 C2 RU2259008 C2 RU 2259008C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrically
electrically exploding
conductor
energy storage
load
Prior art date
Application number
RU2002126088/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002126088A (en
Inventor
А.С. Кравченко (RU)
А.С. Кравченко
Ю.В. Вилков (RU)
Ю.В. Вилков
А.С. Юрыжев (RU)
А.С. Юрыжев
В.Д. Селемир (RU)
В.Д. Селемир
Original Assignee
Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики - РФЯЦ-ВНИИЭФ
Министерство Российской Федерации по атомной энергии - Минатом РФ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики - РФЯЦ-ВНИИЭФ, Министерство Российской Федерации по атомной энергии - Минатом РФ filed Critical Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики - РФЯЦ-ВНИИЭФ
Priority to RU2002126088/09A priority Critical patent/RU2259008C2/en
Publication of RU2002126088A publication Critical patent/RU2002126088A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2259008C2 publication Critical patent/RU2259008C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

FIELD: pulse engineering; generation of heavy-current electron beams with aid of high-power inductive energy storages.
SUBSTANCE: as distinct from prior-art device for shaping high-voltage pulse that has pulsed current supply, inductive energy storage, and release incorporating at least one electrically exploding conductor one of whose ends is connected to pulsed current supply and other one, to inductive energy storage, proposed one is characterized in that electrically exploding conductor is disposed in insulating sheath in a spaced relation. In addition, cross-sectional area bounded by inner surface of sheath and by outer surface of electrically exploding conductor is greater by maximum 20 times than that of electrically exploding conductor. Release can be made in the form of two opposingly wound and coaxially disposed solenoids of equal length. Such design has made it possible to solve problem of matching relatively low-impedance power supply with high-impedance load.
EFFECT: reduced size of device and reduced length of pulse wavefront across load.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к технике генерации сильноточных электронных пучков с помощью высокоэнергетических индуктивных накопителей энергии.The invention relates to a pulsed technique, in particular to a technique for generating high-current electron beams using high-energy inductive energy storage devices.

При использовании индуктивных накопителей энергии в качестве источников питания сильноточных импульсных ускорителей заряженных частиц требуемые амплитуды импульсов напряжения получают при разрыве токового контура индуктивного накопителя с помощью различного рода размыкателей тока, а длительность импульса напряжения, как правило, определяется параметрами индуктивного накопителя и нагрузки.When using inductive energy storage devices as power sources for high-current pulse accelerators of charged particles, the required voltage pulse amplitudes are obtained by breaking the current circuit of the inductive storage device using various current breakers, and the voltage pulse duration is usually determined by the parameters of the inductive storage device and load.

Известно «Устройство для формирования высоковольтных импульсов», см. АС СССР №1443744 от 30.03.1987, МКИ: Н 03 К 3/53, автора А.С.Кравченко, опубликованное в БИПМ №33, II часть, от 27.11.2000 г., содержащее два соленоида в качестве индуктивных накопителей энергии, два размыкателя в виде набора электрически взрывающихся проводников. Размыкатели выполнены в виде полых цилиндров и установлены внутри соленоидов, образуя коаксиальную конструкцию. Электрически взрываемые проводники размещены равномерно по образующим цилиндра с центром на оси устройства.The device for the formation of high-voltage pulses is known, see USSR AS No. 1443744 dated 03/30/1987, MKI: N 03 K 3/53, by A.S. Kravchenko, published in BIPM No. 33, part II, from November 27, 2000 ., containing two solenoids as inductive energy storage devices, two circuit breakers in the form of a set of electrically exploding conductors. The breakers are made in the form of hollow cylinders and are installed inside the solenoids, forming a coaxial design. Electrically exploded conductors are placed evenly along the generatrix of the cylinder centered on the axis of the device.

При формировании импульсов напряжения мегавольтного диапазона такое устройство обладает большими габаритами из-за требуемой большой длины прямолинейных электрически взрывающихся проводников.When forming voltage pulses of the megavolt range, such a device has large dimensions due to the required large length of rectilinear electrically exploding conductors.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство для формирования импульса напряжения для питания ускорителей электронов [см. статью «Усиление мощности емкостного накопителя энергии прерывателем тока на электрически взрываемых проволочках» авторов Ю.А.Котова. А.В.Лучинского в книге «Физика и техника мощных импульсных систем» под редакцией академика Е.П.Велихова. Энергоатомиздат, 1987 с.207-208].The closest in technical essence to the claimed object is a device for generating a voltage pulse for powering electron accelerators [see article “Strengthening the capacity of a capacitive energy storage device by a current chopper on electrically exploded wires” by Yu.A. Kotov. A.V. Luchinsky in the book "Physics and Technology of Powerful Pulse Systems" edited by Academician E.P. Velikhov. Energoatomizdat, 1987 p.207-208].

Устройство для формирования высоковольтного импульса включает импульсный источник тока, индуктивный накопитель энергии, размыкатель тока в виде электрически взрывающихся медных проводников, один конец которого соединен с индуктивным накопителем энергии, а другой - с источником тока, и нагрузку в виде сильноточного диода, подключающуюся с помощью высоковольтного разрядника параллельно размыкателю. Индуктивный накопитель выполнен в виде цилиндрического соленоида на высоковольтном изоляторе с внутренней полостью по оси соленоида. Размыкатель представляет собой набор параллельных электрически взрывающихся проводников (ЭВП), намотанных на диэлектрический стержень в виде многозаходного соленоида, и располагается коаксиально с соленоидом индуктивного накопителя энергии в полости высоковольтного изолятора. Из-за высокой напряженности электрического поля на спиральном размыкателе внутренняя полость высоковольтного изолятора заполнялась азотом под давлением 0,5 МПа или трансформаторным маслом, таким образом, она должна была соответствовать всем требованиям, предъявленным к сосудам высокого статического давления. Обеспечение электрической прочности узла разрыва за счет высокого давления газа, окружающего электрически взрывающиеся спиральные проводники, приводит к усложнению конструкции размыкателя, а использование трансформаторного масла связано, как известно, с уменьшением активного сопротивления размыкателя тока при одинаковой тепловой энергии, вводимой в ЭВП [см. Р.Рейтель. Дж.Блэкборн. Гидродинамическое объяснение аномального сопротивления взрывающихся проводников. В книге «Электрический взрыв проводников», перевод с английского под редакцией А.А.Рухадзе и И.С.Шпигеля. Издательство «МИР», Москва. 1965 г., а также Ю.А.Котов. А.В.Лучинский. Усиление мощности емкостного накопителя энергии прерывателем тока на электрически взрывающихся проводниках, в книге «Физика и техника мощных импульсных систем» под ред. Е.П.Велихова. Энергоатомиздат, 1987 г., с.192]. Уменьшение активного сопротивления размыкателя приводит к уменьшению величины импульса напряжения на нем и, соответственно, на нагрузке и уменьшению КПД устройства, а также к увеличению длительности фронта импульса напряжения на нагрузке.A device for generating a high-voltage pulse includes a pulsed current source, an inductive energy storage device, a current breaker in the form of electrically exploding copper conductors, one end of which is connected to an inductive energy storage device, and the other end is connected to a current source, and a load in the form of a high-current diode connected using a high-voltage arrester parallel to the disconnector. The inductive storage is made in the form of a cylindrical solenoid on a high-voltage insulator with an internal cavity along the axis of the solenoid. The disconnector is a set of parallel electrically exploding conductors (EEC) wound around a dielectric rod in the form of a multi-way solenoid, and is located coaxially with the solenoid of the inductive energy storage in the cavity of the high-voltage insulator. Due to the high electric field strength on the spiral disconnector, the internal cavity of the high-voltage insulator was filled with nitrogen under a pressure of 0.5 MPa or transformer oil, so it had to meet all the requirements for high static pressure vessels. Ensuring the electric strength of the rupture unit due to the high pressure of the gas surrounding the electrically exploding spiral conductors complicates the design of the circuit breaker, and the use of transformer oil is associated, as is known, with a decrease in the resistance of the current circuit breaker at the same thermal energy introduced into the EEC [see R. Reitel. J. Blackbourne. Hydrodynamic explanation of the anomalous resistance of exploding conductors. In the book "Electric Explosion of Conductors", a translation from English edited by A. A. Rukhadze and I. S. Shpigel. MIR Publishing House, Moscow. 1965, as well as Yu.A. Kotov. A.V. Luchinsky. Power amplification of capacitive energy storage by a current chopper on electrically exploding conductors, in the book “Physics and Technology of Powerful Pulse Systems”, ed. E.P. Velikhova. Energoatomizdat, 1987, p. 192]. The decrease in the active resistance of the circuit breaker leads to a decrease in the magnitude of the voltage pulse on it and, accordingly, on the load and a decrease in the efficiency of the device, as well as to an increase in the duration of the front of the voltage pulse on the load.

При создании данного изобретения решалась задача согласования относительно низкоимпедансного источника тока с высокоимпедансной нагрузкой, сокращения габаритов устройства и сокращения длительности фронта импульса на нагрузке. Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для формирования высоковольтного импульса напряжения, включающем: импульсный источник тока, индуктивный накопитель энергии, размыкатель тока, последний состоит по меньшей мере из одного электрически взрывающегося проводника в диэлектрической оболочке с зазором, один конец которого соединен с импульсным источником тока, а другой - с индуктивным накопителем энергии. Электрически взрывающиеся проводники в размыкателе имеют спиральную конструкцию и каждый помещается в диэлектрическую оболочку, например полиэтиленовую, таким образом, что площадь сечения, ограниченная внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью электрически взрываемого проводника, не более чем в 20 раз больше площади сечения электрически взрывающегося проводника, а размыкатель выполнен в виде двух с противоположной намоткой коаксиально расположенных соленоидов равной длины.When creating this invention, the problem of matching a relatively low-impedance current source with a high-impedance load was solved, reducing the dimensions of the device and reducing the duration of the pulse front at the load. The specified technical result is achieved in that in a device for generating a high voltage voltage pulse, including: a pulsed current source, inductive energy storage device, a current breaker, the latter consists of at least one electrically exploding conductor in a dielectric sheath with a gap, one end of which is connected to a pulse a current source, and the other with an inductive energy storage. The electrically exploding conductors in the disconnector have a spiral design and each is placed in a dielectric sheath, for example polyethylene, so that the cross-sectional area limited by the inner surface of the sheath and the outer surface of the electrically exploded conductor is not more than 20 times the cross-sectional area of the electrically exploding conductor, and the circuit breaker is made in the form of two coaxially located solenoids of equal length with opposite windings.

При протекании тока в размыкателе, выполненном из электрически взрывающихся проводников, резкое увеличение активного сопротивления размыкателя начинается во время газодинамического разлета проводников. К этому моменту времени газокинетическое давление на границе области смеси фаз достигает сотен мегапаскаль, а при наличии диэлектрической оболочки величина давления внутри нее может достигать нескольких мегапаскаль.When current flows in a circuit breaker made of electrically exploding conductors, a sharp increase in the active resistance of the circuit breaker begins during the gas-dynamic expansion of the conductors. At this point in time, the gas-kinetic pressure at the boundary of the phase mixture region reaches hundreds of megapascals, and in the presence of a dielectric sheath, the pressure inside it can reach several megapascals.

При наличии зазора между электрически взрывающимся проводником и диэлектрической оболочкой скорость волны испарения с поверхности проводника остается такой же, как и без диэлектрической оболочки за счет того, что плотности электрически взрывающегося проводника и продуктов испарения отличаются более чем в 10 раз. В то же время высокое давление, возникающее в диэлектрической оболочке, препятствует развитию шунтирующего разряда по продуктам электрического взрыва проводника и таким образом увеличивает активное сопротивление размыкателя.In the presence of a gap between the electrically exploding conductor and the dielectric sheath, the speed of the evaporation wave from the surface of the conductor remains the same as without the dielectric sheath due to the fact that the densities of the electrically exploding conductor and the evaporation products differ by more than 10 times. At the same time, the high pressure arising in the dielectric sheath prevents the development of a shunt discharge over the products of the electric explosion of the conductor and thus increases the resistance of the circuit breaker.

Увеличение активного сопротивления размыкателя приводит также к уменьшению времени нарастания тока в нагрузке при неизменной величине индуктивности размыкателя и нагрузки. При отсутствии зазора между электрически взрывающимся проводником и диэлектрической оболочкой скорость волны испарения проводника с поверхности уменьшается с увеличением плотности среды, и, соответственно, падает скорость нарастания активного сопротивления размыкателя и его конечная величина, а поглощенная им энергия возрастает. Если площадь сечения, ограниченная внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью электрически взрываемого проводника, более чем в 20 раз больше площади сечения ЭВП, то, при исследуемых временах ввода тепловой энергии, наличие диэлектрической оболочки не сказывается на характере электрического взрыва проводника.An increase in the active resistance of the circuit breaker also leads to a decrease in the rise time of the current in the load with a constant value of the inductance of the circuit breaker and the load. In the absence of a gap between the electrically exploding conductor and the dielectric sheath, the speed of the wave of evaporation of the conductor from the surface decreases with increasing density of the medium, and, accordingly, the rate of rise of the resistance of the circuit breaker and its final value decreases, and the energy absorbed by it increases. If the cross-sectional area bounded by the inner surface of the sheath and the outer surface of the electrically exploded conductor is more than 20 times larger than the cross-sectional area of the EEC, then, with the studied thermal energy input times, the presence of the dielectric sheath does not affect the nature of the electric explosion of the conductor.

Указанная совокупность признаков позволяет существенно уменьшить габариты размыкателя за счет спиральной конструкции электрически взрываемого проводника, а требуемая электрическая прочность достигается за счет высокого давления, развиваемого в процессе электрического взрыва проводника в диэлектрической оболочке, а не с помощью сосуда статического высокого давления, как в прототипе. Отказ от сосуда статического высокого давления и спиральная конструкция электрически взрывающегося проводника существенно упрощают конструкцию размыкателя, уменьшают его габариты и повышают его коммутационные характеристики, т.е. повышают развиваемую на нагрузке мощность за счет увеличения импульса напряжения, уменьшают фронт импульса напряжения на нагрузке.The specified set of features can significantly reduce the dimensions of the circuit breaker due to the spiral design of the electrically exploded conductor, and the required electric strength is achieved due to the high pressure developed during the electrical explosion of the conductor in the dielectric sheath, and not using a static high-pressure vessel, as in the prototype. The rejection of the static high-pressure vessel and the spiral design of the electrically exploding conductor greatly simplify the design of the circuit breaker, reduce its dimensions and increase its switching characteristics, i.e. increase the power developed on the load by increasing the voltage pulse, reduce the front of the voltage pulse on the load.

На фиг.1 приведена заявляемая схема устройства для формирования высоковольтного импульса напряжения. На фиг.2 приведен один из вариантов изготовления малоиндуктивного размыкателя. На фиг.3 изображено поперечное сечение электрически взрывающегося проводника в диэлектрической оболочке с зазором.Figure 1 shows the inventive diagram of a device for generating a high voltage voltage pulse. Figure 2 shows one of the manufacturing options of the low inductance circuit breaker. Figure 3 shows a cross section of an electrically exploding conductor in a dielectric sheath with a gap.

Устройство для формирования высоковольтного импульса напряжения включает импульсный источник тока 1, индуктивный накопитель энергии 2 и размыкатель 3, состоящий по меньшей мере из одного электрически взрывающегося проводника 4, один конец которого соединен с импульсным источником тока 7, а другой - с индуктивным накопителем энергии 2. Электрически взрывающийся проводник 4 расположен в диэлектрической оболочке 5 с зазором 6. Площадь сечения, ограниченная внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью ЭВП, не более чем в 20 раз больше площади сечения ЭВП.A device for generating a high-voltage voltage pulse includes a pulsed current source 1, an inductive energy storage device 2 and a disconnector 3, consisting of at least one electrically exploding conductor 4, one end of which is connected to a pulsed current source 7, and the other end to an inductive energy storage device 2. An electrically exploding conductor 4 is located in the dielectric sheath 5 with a gap 6. The cross-sectional area bounded by the inner surface of the sheath and the outer surface of the EEC is no more than 20 times pain ie cross-sectional area of PCI.

Размыкатель выполнен в виде двух соленоидов 7 и 8 с противоположной намоткой. Кроме того, соленоиды 7 и 8 расположены на диэлектрическом каркасе 9, расположенном внутри и коаксиально с каркасом 10 индуктивного накопителя энергии 2.The disconnector is made in the form of two solenoids 7 and 8 with opposite winding. In addition, the solenoids 7 and 8 are located on the dielectric frame 9 located inside and coaxially with the frame 10 of the inductive energy storage 2.

Нагрузка 11 в виде жидкостного резистора подключается параллельно размыкателю 3 с помощью высоковольтного разрядника 12.The load 11 in the form of a liquid resistor is connected in parallel to the disconnector 3 using a high voltage arrester 12.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Источник тока 1 создает в индуктивном накопителе 2 с величиной индуктивности L импульс тока с амплитудой I. Сечение и длина электрически взрывающихся проводников в размыкателе 3 подбираются такими, чтобы, при создании в индуктивном накопителе импульса тока с амплитудой I, активное сопротивление размыкателя было много меньше импеданса индуктивного накопителя, а величина тепловой энергии на активном сопротивлении размыкателя, к моменту достижения тока своего максимума, равнялась примерно величине энергии сублимации электрически взрываемого проводника размыкателя. При нагреве проводников 4 в размыкателе 3 и их частичном испарении на границе смеси фаз создается давление порядка сотен мегапаскаль, а в зазоре диэлектрической оболочки 5 - давление порядка нескольких мегапаскаль, которое препятствует развитию шунтирующего разряда по продуктам электрического взрыва проводников, вследствие чего величина активного сопротивления размыкателя будет существенно больше, чем при отсутствии диэлектрической оболочки с газовым зазором или в случае диэлектрической среды без газового зазора [см. Ю.А.Котов, А.В.Лучинский. Усиление мощности емкостного накопителя энергии прерывателем тока на электрически взрывающихся проволочках. В книге «Физика и техника мощных импульсных систем». Под ред. Е.П.Велихова, Энергоатомиздат. 1987 г., с.192].The current source 1 generates a current pulse with an amplitude I in an inductive storage device 2 with an inductance value L. The cross section and length of the electrically exploding conductors in the switch 3 are selected such that, when a current pulse with an amplitude I is created in the inductive storage device, the active resistance of the switch is much less than the impedance inductive storage, and the amount of thermal energy at the active resistance of the circuit breaker, by the time the current reaches its maximum, was approximately equal to the amount of sublimation energy that we electrically explode th conductor breaker. When the conductors 4 are heated in the disconnector 3 and partially evaporated at the boundary of the mixture of phases, a pressure of the order of hundreds of megapascals is created, and a pressure of the order of several megapascals is created in the gap of the dielectric shell 5, which prevents the development of a shunt discharge by the products of the electric explosion of conductors, as a result of which the resistance of the disconnector will be significantly larger than in the absence of a dielectric sheath with a gas gap or in the case of a dielectric medium without a gas gap [see Yu.A. Kotov, A.V. Luchinsky. Power amplification of capacitive energy storage by a current chopper on electrically exploding wires. In the book "Physics and Technology of Powerful Pulse Systems". Ed. E.P. Velikhova, Energoatomizdat. 1987, p. 192].

При испарении проводников 4 в размыкателе 3 активное сопротивление последнего резко возрастает, соответственно резко увеличивается величина импульса напряжения на размыкателе и, при достижении заданной величины, происходит пробой разрядника обострителя 12 и магнитная энергия, запасенная к этому моменту времени в индуктивном накопителе и равная W=LI2/2, передается в нагрузку 11 с величиной активного сопротивления Rн. Если величина активного сопротивления размыкателя, равная R, много больше величины активного сопротивления нагрузки Rн, а величина индуктивности размыкателя и нагрузки много меньше величины индуктивности накопителя энергии L, то практически вся магнитная энергия из индуктивного накопителя может быть передана в нагрузку. Максимальная величина мощности в нагрузке реализуется при условии, что величина активного сопротивления нагрузки примерно равна величине активного сопротивления размыкателя.When the conductors 4 are evaporated in the disconnector 3, the active resistance of the latter increases sharply, respectively, the voltage pulse on the disconnector increases sharply and, when the specified value is reached, the breaker of the sharpener 12 breaks down and the magnetic energy stored at that time in the inductive storage and equal to W = LI 2/2 , is transferred to the load 11 with an active resistance value of R n . If the value of the active resistance of the disconnector equal to R is much greater than the value of the active resistance of the load R n , and the value of the inductance of the disconnector and the load is much less than the inductance of the energy storage L, then almost all magnetic energy from the inductive storage can be transferred to the load. The maximum value of power in the load is realized provided that the value of the active resistance of the load is approximately equal to the value of the active resistance of the disconnector.

В качестве примера рассмотрим источник питания на основе емкостного накопителя энергии для формирования мощного высоковольтного импульса напряжения с амплитудой свыше 1 MB на жидкостном резисторе с величиной активного сопротивления 169 Ом. В качестве источника тока использовался генератор Аркадьева-Маркса с величиной электрической емкости в ударе С=10,8 мкФ, заряжаемый до напряжения 210 кВ. Индуктивный накопитель энергии изготавливался из высоковольтного провода КВИ-500 и представлял собой цилиндрический соленоид диаметром 500 мм, величина индуктивности соленоида равнялась 78 мкГн. Размыкатель изготавливался из медной проволочки диаметром 0,63 мм и длиной 4 м, помещенной в полиэтиленовую оболочку с внутренним диаметром 2,6 мм и наружным диаметром 17 мм. Таким образом, площадь отверстия оболочки равняется 5,3 мм2, а площадь поперечного сечения медной проволочки равняется 0,3 мм2, т.е. площадь сечения, ограниченная внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью электрически взрывающегося проводника, примерно в 16 раз больше площади сечения электрически взрывающегося проводника.As an example, consider a power source based on a capacitive energy storage device for generating a high-voltage voltage pulse with an amplitude of more than 1 MB on a liquid resistor with an active resistance of 169 Ohms. An Arkadyev-Marx generator with an electric capacitance in shock of C = 10.8 μF, charged to a voltage of 210 kV, was used as a current source. The inductive energy storage device was made from a KVI-500 high-voltage wire and was a cylindrical solenoid with a diameter of 500 mm; the inductance value of the solenoid was 78 μH. The disconnector was made of a copper wire with a diameter of 0.63 mm and a length of 4 m, placed in a polyethylene sheath with an inner diameter of 2.6 mm and an outer diameter of 17 mm. Thus, the sheath opening area is 5.3 mm 2 , and the cross-sectional area of the copper wire is 0.3 mm 2 , i.e. the cross-sectional area bounded by the inner surface of the sheath and the outer surface of the electrically exploding conductor is about 16 times larger than the cross-sectional area of the electrically exploding conductor.

Конструктивно размыкатель представляет собой цилиндрический соленоид диаметром 250 мм и длиной 500 мм, расположенный коаксиально с индуктивным накопителем в виде соленоида. Величина индуктивности узла разрыва равняется 4 мкГн, величина активного сопротивления в холодном состоянии - 0,25 Ом. Величина индуктивности разрядного контура, образованного источником тока, индуктивным накопителем энергии и размыкателем составляет 105 мкГн. Параллельно размыкателю с помощью обостряющего разрядника с уровнем срабатывания 400 кВ подсоединяется нагрузка в виде жидкостного резистора длиной 200 мм и диаметром 100 мм с величиной активного сопротивления 169 Ом.Structurally, the circuit breaker is a cylindrical solenoid with a diameter of 250 mm and a length of 500 mm, located coaxially with an inductive storage in the form of a solenoid. The value of the inductance of the rupture unit is 4 μH; the value of the active resistance in the cold state is 0.25 Ohms. The inductance of the discharge circuit formed by the current source, inductive energy storage device and disconnector is 105 μH. Parallel to the disconnector, a sharpening arrester with a trip level of 400 kV is connected to a load in the form of a liquid resistor 200 mm long and 100 mm in diameter with an active resistance of 169 Ohms.

При разряде генератора Аркадьева-Маркса на индуктивный накопитель энергии и последовательно соединенный с ним размыкатель ток в разрядном контуре нарастает примерно по законуWhen the Arkadyev-Marx generator is discharged to an inductive energy storage device and a circuit breaker connected in series with it, the current in the discharge circuit rises approximately according to the law

I=67·103 sin 3·104t.I = 67 · 10 3 sin 3 · 10 4 t.

При величине тока, равной примерно 35 кА. происходит резкий рост активного сопротивления размыкателя, напряжение на размыкателе резко увеличивается и при достижении величины 400 кВ происходит срабатывание разрядника и подключение нагрузки параллельно размыкателю. Время нарастания импульса тока в нагрузке от 0 до 6 кА происходит примерно за 0,3 мкс. Максимальная величина импульса тока в нагрузке составляет 7 кА, длительность импульса тока на полувысоте 2 мкс. При отсутствии диэлектрической оболочки на электрически взрывающейся проволочке время нарастания импульса тока в нагрузке от 0 до 1 MB примерно тоже. т.е. 0,3 мкс, однако максимальная величина импульса напряжения ниже примерно на 10%, а длительность импульса тока на полувысоте примерно в 2 раза меньше и равняется примерно 1 мкс. При использовании полиэтиленовой оболочки без зазора амплитуда импульса тока в нагрузке уменьшается примерно на 20%, а длительность фронта импульса тока увеличивается до 0,5 мкс. Таким образом, заявляемое устройство позволяет формировать мощные импульсы тока с максимальной величиной напряжения более 1 MB. при этом время нарастания импульса напряжения на активном сопротивлении нагрузки величиной 169 Ом менее 0,3 мкс. При использовании в размыкателе системы параллельных тонких электрически взрывающихся проволочек время нарастания импульса тока от 0 до максимума может быть уменьшено до 0,1 мкс.With a current value of approximately 35 kA. there is a sharp increase in the active resistance of the circuit breaker, the voltage at the circuit breaker increases sharply and when the value of 400 kV is reached, the arrester trips and loads are connected in parallel to the circuit breaker. The rise time of the current pulse in the load from 0 to 6 kA occurs in about 0.3 μs. The maximum value of the current pulse in the load is 7 kA, the duration of the current pulse at half maximum 2 μs. In the absence of a dielectric sheath on an electrically exploding wire, the rise time of the current pulse in the load from 0 to 1 MB is approximately the same. those. 0.3 μs, however, the maximum value of the voltage pulse is lower by about 10%, and the duration of the current pulse at half maximum is about 2 times less and equal to about 1 μs. When using a polyethylene sheath without a gap, the amplitude of the current pulse in the load decreases by about 20%, and the duration of the front of the current pulse increases to 0.5 μs. Thus, the claimed device allows you to generate powerful current pulses with a maximum voltage value of more than 1 MB. while the rise time of the voltage pulse at the active resistance of the load of 169 Ohms is less than 0.3 μs. When using parallel thin thin electrically exploding wires in the circuit breaker, the rise time of the current pulse from 0 to maximum can be reduced to 0.1 μs.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое устройство имеет существенно меньшие, примерно на 20%, габаритные размеры и позволяет формировать в нагрузке импульсы тока с длительностью фронта импульса в 1,5 раза меньшей, чем в прототипе.Thus, compared with the prototype of the claimed device has a significantly smaller, about 20%, overall dimensions and allows you to generate current pulses in the load with a pulse front duration of 1.5 times less than in the prototype.

Claims (3)

1. Устройство для формирования высоковольтного импульса напряжения, включающее последовательно соединенные импульсный источник тока, индуктивный накопитель энергии, размыкатель тока и нагрузку, через обостряющий разрядник подключенную параллельно размыкателю тока, состоящему по меньшей мере из одного электрически взрывающегося проводника, одним концом соединенного с импульсным источником тока, а другим с индуктивным накопителем энергии, отличающийся тем, что электрически взрывающийся проводник расположен в диэлектрической оболочке с зазором.1. A device for generating a high-voltage voltage pulse, including a serially connected pulsed current source, inductive energy storage device, a current breaker and a load, through an sharpening arrester connected in parallel to a current switch consisting of at least one electrically exploding conductor, one end connected to a pulsed current source and another with an inductive energy storage device, characterized in that the electrically exploding conductor is located in the dielectric sheath ie with a gap. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь сечения, ограниченная внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью электрически взрывающегося проводника, не более чем в 20 раз больше площади сечения электрически взрывающегося проводника.2. The device according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area limited by the inner surface of the shell and the outer surface of the electrically exploding conductor is not more than 20 times the cross-sectional area of the electrically exploding conductor. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что размыкатель тока выполнен в виде двух с противоположной намоткой коаксиально расположенных соленоидов одинаковой длины.3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the current breaker is made in the form of two coaxially located solenoids of the same length with opposite windings.
RU2002126088/09A 2002-10-01 2002-10-01 High-voltage pulse shaping device RU2259008C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002126088/09A RU2259008C2 (en) 2002-10-01 2002-10-01 High-voltage pulse shaping device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002126088/09A RU2259008C2 (en) 2002-10-01 2002-10-01 High-voltage pulse shaping device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002126088A RU2002126088A (en) 2004-05-27
RU2259008C2 true RU2259008C2 (en) 2005-08-20

Family

ID=35846310

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002126088/09A RU2259008C2 (en) 2002-10-01 2002-10-01 High-voltage pulse shaping device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2259008C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2646845C2 (en) * 2016-07-12 2018-03-12 Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Приборов" Device for forming pulse of high-current electron accelerator
RU2746052C1 (en) * 2020-08-10 2021-04-06 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method for forming a current pulse in the load of the inductive electromagnetic energy storage
RU2766434C1 (en) * 2021-05-31 2022-03-15 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method for forming current pulse in inductive load

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Физика и техника мощных импульсных систем. Под ред. Е.П.Велихова, Москва, Энергоатомиздат, 1987, с.207-208. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2646845C2 (en) * 2016-07-12 2018-03-12 Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Приборов" Device for forming pulse of high-current electron accelerator
RU2746052C1 (en) * 2020-08-10 2021-04-06 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method for forming a current pulse in the load of the inductive electromagnetic energy storage
RU2766434C1 (en) * 2021-05-31 2022-03-15 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method for forming current pulse in inductive load

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5412254A (en) High voltage pulse generator
RU2259008C2 (en) High-voltage pulse shaping device
US4189650A (en) Isolated trigger pulse generator
US5444308A (en) Nanosecond transmission line charging apparatus
Luchinskii et al. Multipurpose transformer-type pulse generator
US6281603B1 (en) Pulse line generators
Kanaeva et al. A high-voltage pulse generator for electric-discharge technologies
US3214707A (en) Radio frequency pulse generating apparatus using an exploding wire
US4222004A (en) Inductive transformer-type storage device
US3568116A (en) Process and apparatus for transferring energy to an electrically conductive medium
RU2766434C1 (en) Method for forming current pulse in inductive load
Parker et al. The VEBA relativistic electron accelerator
Novac et al. Magnetic flux-compression driven by exploding single-turn coils
Smith Liquid dielectric pulse line technology
Kohno et al. High-current pulsed power generator ASO-X using inductive voltage adder and inductive energy storage system
Salge et al. Circuit breaking by exploding wires in magnetic energy storage systems
Bykov et al. Submicrosecond linear pulse transformer for 800 kV voltage with modular low-inductance primary power supply
Bleys et al. 200 kA circuit breaker with 10 μsec current transfer time
Demidov et al. Study of fast compact helical MCG
Chen et al. Ultra compact high power primary energy source
Kemp Elements of energy storage capacitor banks
Ryabchikov et al. High-current nanosecond accelerator" Tonus-NT"
Zhang et al. Electric exploding wires triggering of magavolt gas spark gap switch
KIRSHANOVA et al. AS KRAVCHENKO, AS BORISKIN, YU. V. VILKOV, VD SELEMIR, YE. M. DIMANT, AS YURYZHEV, DI ZENKOV, AA TKACHUK
Akimov et al. 200 kV pulse generator for a power supply of the electron gun for the complex VEPP-5 preinjector

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121002