RU2576383C2 - Arkadyev-marks generator - Google Patents
Arkadyev-marks generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2576383C2 RU2576383C2 RU2014125584/07A RU2014125584A RU2576383C2 RU 2576383 C2 RU2576383 C2 RU 2576383C2 RU 2014125584/07 A RU2014125584/07 A RU 2014125584/07A RU 2014125584 A RU2014125584 A RU 2014125584A RU 2576383 C2 RU2576383 C2 RU 2576383C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- transformer
- flanges
- plate
- section
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в ускорителях заряженных частиц или других импульсных сильноточных устройствах.The invention relates to high-voltage pulse technology and can be used in charged particle accelerators or other pulsed high-current devices.
Известен генератор Аркадьева-Маркса, используемый в компактном ускорителе электронов (Н.В. Белкин и др. «Малогабаритный наносекундный ускоритель электронов на 600 кВ», ПТЭ, 1977, №5, с.36-38). Зарядка каскадов генератора осуществляется импульсным трансформатором на замкнутом магнитопроводе. Трансформатор, конденсаторы, разрядники и другие элементы каскадов генератора расположены в едином герметичном корпусе в среде трансформаторного масла и закреплены на плоской вертикальной стойке из листового оргстекла. Оси конденсаторов параллельны между собой и перпендикулярны стойке, оси разрядников расположены под углом 45° к плоскостям осей конденсаторов в каскадах, плоскость осей разрядников параллельна плоскости стойки.The well-known Arkadyev-Marx generator used in a compact electron accelerator (N. V. Belkin et al. "Small-sized nanosecond electron accelerator at 600 kV", PTE, 1977, No. 5, p. 36-38). The generator cascades are charged by a pulse transformer in a closed magnetic circuit. The transformer, capacitors, arresters and other elements of the generator stages are located in a single sealed enclosure in the environment of transformer oil and are mounted on a flat vertical rack made of sheet Plexiglas. The axes of the capacitors are parallel to each other and perpendicular to the rack, the axis of the arresters are located at an angle of 45 ° to the planes of the axes of the capacitors in cascades, the plane of the axes of the arresters is parallel to the plane of the rack.
Недостатком этого генератора является сравнительно низкая плотность компоновки указанных элементов, приводящая к снижению масс-габаритных показателей устройства.The disadvantage of this generator is the relatively low density of the arrangement of these elements, leading to a decrease in the mass-dimensional characteristics of the device.
Наиболее близким к заявляемому является компактный генератор импульсных напряжений Аркадьева-Маркса (Патент RU №2091980, МПК 6 H03K 3/00, H05K 7/02, H05G 1/24. «Генератор импульсов напряжения». Эльяш С.Л., Москвин Н.И., Королев В.Н., Калиновская Н.И., опубликовано 27.09.1997), в каждом каскаде которого конденсаторы собраны в пакет, ось разрядника параллельна оси пакета конденсаторов, оси всех пакетов конденсаторов расположены в одной плоскости, а в другой плоскости, параллельной первой, находятся оси разрядников, все элементы генератора расположены в металлическом герметичном корпусе. Разрядники выполнены двухэлектродными, зарядка каскадов генератора осуществляется импульсным трансформатором. Использование указанной компоновки позволило при сохранении выходных параметров примерно в полтора раза уменьшить массу и объем генератора.Closest to the claimed is a compact pulse voltage generator Arkadyev-Marx (Patent RU No. 2091980, IPC 6
При этом он обладает следующими недостатками:However, it has the following disadvantages:
- при разборке генератора и сливе трансформаторного масла в слоистый диэлектрик трансформатора попадает воздух; его удаление после сборки генератора требует длительной вакуумной откачки и может стать причиной снижения надежности работы трансформатора;- when disassembling the generator and draining the transformer oil, air enters the layered dielectric of the transformer; its removal after assembly of the generator requires a long vacuum pumping and may cause a decrease in the reliability of the transformer;
- импульсное питание к трансформатору подводится через высоковольтный разъем, установленный на обечайке цельного корпуса генератора, что в процессе сборки сильно затрудняет пайку вывода первичной обмотки трансформатора к разъему;- pulsed power to the transformer is supplied through a high-voltage connector mounted on the shell of a solid generator housing, which during assembly greatly complicates the soldering of the output of the transformer primary winding to the connector;
- использование неуправляемых разрядников приводит к снижению стабильности выходных напряжений генератора.- the use of uncontrolled arresters reduces the stability of the output voltage of the generator.
Все перечисленные факторы приводят к снижению надежности генератора и стабильности его выходных напряжений.All these factors lead to a decrease in the reliability of the generator and the stability of its output voltages.
Задачей данного изобретения является создание компактного генератора Аркадьева-Маркса со стабильными характеристиками и повышенной надежностью работы.The objective of the invention is to provide a compact Arkadyev-Marx generator with stable characteristics and increased reliability.
Техническим результатом является повышение качества сборки и надежности работы компактного генератора Аркадьева-Маркса при сохранении масс-габаритных характеристик. Дополнительным техническим результатом является повышение стабильности выходных напряжений.The technical result is to increase the quality of the assembly and the reliability of the compact Arkadyev-Marx generator while maintaining the mass-dimensional characteristics. An additional technical result is to increase the stability of the output voltage.
Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным компактным генератором Аркадьева-Маркса, содержащим несколько каскадов с конденсаторами и разрядником в каждом каскаде, а также импульсный зарядный трансформатор, все элементы генератора расположены в металлическом герметичном корпусе, новым является то, что разрядник первого каскада выполнен управляемым и снабжен системой запуска, корпус генератора разделен на две секции с фланцами, в одной секции расположен импульсный зарядный трансформатор и система запуска, каскады генератора установлены в другой секции и закреплены на металлической пластине, причем пластина зажата между смежными фланцами секций корпуса до смыкания торцевых прилегающих поверхностей пластины и фланцев и имеет отверстия, в которых с радиальным зазором относительно краев отверстий установлены диэлектрические держатели высоковольтных выводов импульсного трансформатора и системы запуска.The specified technical result is achieved in that, in comparison with the well-known compact Arkadyev-Marx generator, which contains several stages with capacitors and a spark gap in each stage, as well as a pulse charging transformer, all the generator elements are located in a metal sealed case, the new one is that the gap of the first the cascade is made controllable and equipped with a start-up system, the generator housing is divided into two sections with flanges, a pulse charging transformer and a system for jaws, generator stages are mounted in another section and mounted on a metal plate, the plate being sandwiched between adjacent flanges of the housing sections until the end faces of the plate and flanges are closed and has holes in which dielectric holders of the high-voltage outputs of the pulse transformer are installed with a radial clearance relative to the edges of the holes launch systems.
Выполнение разрядника первого каскада управляемым и использование системы запуска позволяет компенсировать дрейф его напряжения самопробоя в процессе эксплуатации и стабилизировать его напряжение срабатывания. Поэтому применение управляемого разрядника с системой запуска способствует повышению надежности работы и стабильности выходных напряжений генератора.The execution of the arrester of the first stage is controllable and the use of a starting system allows you to compensate for the drift of its self-breakdown voltage during operation and to stabilize its operating voltage. Therefore, the use of a controlled spark gap with a starting system helps to increase the reliability and stability of the generator output voltages.
Выполнение корпуса генератора двухсекционным позволяет:The execution of the generator housing two-section allows you to:
- осуществлять раздельную сборку секций; при этом пайка вывода первичной обмотки зарядного трансформатора к высоковольтному разъему, установленному на корпусе секции трансформатора, легко осуществляется через открытое торцевое отверстие секции; это позволяет строго контролировать пространственное расположение высоковольтных выводов обмоток трансформатора, что способствует повышению его электропрочности и, соответственно, надежности генератора;- carry out separate assembly of sections; in this case, the soldering of the output of the primary winding of the charging transformer to the high-voltage connector mounted on the transformer section housing is easily carried out through the open end hole of the section; this allows you to strictly control the spatial location of the high-voltage leads of the transformer windings, which helps to increase its electrical strength and, accordingly, the reliability of the generator;
- располагать трансформатор в отдельной автономной секции и этим предотвратить попадание воздуха в диэлектрик высоковольтной обмотки трансформатора при разборке каскадной части генератора. После сборки генератора требуется только кратковременная вакуумная откачка, занимающая времени в несколько раз меньше, чем полное удаление воздуха из слоистого диэлектрика.- place the transformer in a separate autonomous section and thereby prevent air from entering the dielectric of the high-voltage winding of the transformer when disassembling the cascade part of the generator. After the generator is assembled, only short-term vacuum pumping is required, which takes several times less time than complete removal of air from the layered dielectric.
Расположение системы запуска разрядника первого каскада в секции с зарядным трансформатором позволяет сэкономить пространство внутри генератора и тем самым сохранить масс-габаритные характеристики, присущие генератору по прототипу.The location of the start system of the spark gap of the first stage in the section with a charging transformer allows you to save space inside the generator and thereby save the mass-dimensional characteristics inherent in the prototype generator.
Закрепление каскадов генератора на металлической пластине при снятом корпусе секции позволяет осуществить качественную сборку генератора, поскольку при этом обеспечен легкий доступ ко всем узлам и деталям генератора, что значительно упрощает технологические операции пайки, закрепления резьбовых соединений и др. Качественная сборка, проведенная в удобных условиях, способствует повышению надежности работы любого устройства.Fixing the generator cascades on a metal plate with the section housing removed allows for high-quality assembly of the generator, since it provides easy access to all nodes and parts of the generator, which greatly simplifies the process of soldering, fixing threaded joints, etc. High-quality assembly carried out in convenient conditions helps to improve the reliability of any device.
После закрепления каскадов генератора на пластине, получившаяся сборка устанавливается на секции с импульсным трансформатором таким образом, чтобы в отверстия пластины в объем второй секции прошли высоковольтные выводы от трансформатора и схемы запуска. Здесь они подключаются к соответствующим элементам генератора, после чего на вторую секцию надевается корпус, и пластина зажимается между смежными фланцами обеих секций до смыкания прилегающих поверхностей. При этом обеспечивается и герметизация корпуса и качественный контакт пластины с обеими секциями. Последнее очень важно для предотвращения искрений при протекании больших импульсных токов через указанную сборку.After fixing the generator cascades on the plate, the resulting assembly is installed on the section with a pulse transformer so that high-voltage leads from the transformer and the start circuit pass into the holes of the plate into the volume of the second section. Here they are connected to the corresponding elements of the generator, after which the body is put on the second section, and the plate is clamped between the adjacent flanges of both sections until the adjacent surfaces are closed. At the same time, sealing of the case and high-quality contact of the plate with both sections are ensured. The latter is very important to prevent sparking when large pulsed currents flow through the specified assembly.
Для повышения электропрочности конструкции требуется выдерживать максимальные зазоры между высоковольтными выводами трансформатора и схемы запуска и краями отверстий заземленной пластины. Это обеспечивается точной установкой выводов относительно отверстий. Как правило, жесткость проводов, используемых для выводов, недостаточно велика, и случайная деформация провода может привести к уменьшению изолирующих зазоров. Поэтому необходимо применять жесткие диэлектрические держатели, которые позволяют выдержать точную установку высоковольтных выводов.To increase the structural strength of the structure, it is required to maintain maximum gaps between the high-voltage terminals of the transformer and the starting circuit and the edges of the holes of the grounded plate. This is ensured by precise positioning of the leads relative to the holes. As a rule, the stiffness of the wires used for the leads is not large enough, and accidental deformation of the wire can lead to a decrease in insulating gaps. Therefore, it is necessary to use rigid dielectric holders that can withstand the exact installation of high voltage leads.
Таким образом, в данном изобретении использование перечисленных отличительных признаков приводит к повышению стабильности выходных напряжений и надежности работы генератора Аркадьева-Маркса при условии компактного расположения его элементов.Thus, in this invention, the use of the above distinguishing features leads to increased stability of the output voltages and the reliability of the Arkadyev-Marx generator, provided that its elements are compactly located.
На фиг. 1 и фиг. 2 показаны разрез и фрагмент разреза заявляемого генератора с видом со стороны конденсаторов, где:In FIG. 1 and FIG. 2 shows a section and a fragment of a section of the inventive generator with a view from the side of the capacitors, where:
1 - секция зарядного трансформатора и системы запуска;1 - section of the charging transformer and starting system;
2 - секция каскадного генератора;2 - section of the cascade generator;
3, 4 - смежные фланцы секций;3, 4 - adjacent section flanges;
5 - металлическая пластина;5 - a metal plate;
6 - импульсный зарядный трансформатор;6 - pulse charging transformer;
7 - вывод первичной обмотки трансформатора;7 - output of the primary winding of the transformer;
8 - высоковольтный разъем;8 - high voltage connector;
9 - высоковольтные выводы от трансформатора и системы запуска;9 - high-voltage leads from a transformer and a starting system;
10 - диэлектрические держатели;10 - dielectric holders;
11 - элементы системы запуска разрядника первого каскада;11 - elements of the start-up system of the spark gap of the first stage;
12 - управляемый разрядник первого каскада;12 - controlled arrester of the first stage;
13 - конденсаторы каскадов генератора;13 - capacitors of the cascades of the generator;
14 - зарядные катушки индуктивности;14 - charging inductance coils;
15 - изоляторные опорные стойки;15 - insulator support racks;
16 - отверстия в пластине 5;16 - holes in the
17 - основание секции трансформатора.17 - the base section of the transformer.
Компактный генератор Аркадьева-Маркса имеет две секции, герметично соединенные друг с другом. В секции 1 расположен импульсный трансформатор 6, обеспечивающий зарядку конденсаторов генератора, и элементы 11 системы запуска разрядника первого каскада. В секции 2 расположены каскады генератора Аркадьева-Маркса, имеющие расположение элементов согласно генератору по прототипу. Все элементы каскадов (разрядники, в т.ч. управляемый разрядник 12 первого каскада, конденсаторы 13, зарядные катушки индуктивности 14) закреплены на металлической пластине 5 при помощи изоляторных стоек 15. В процессе сборки в первую очередь осуществляется монтаж секции 1 при снятом корпусе секции. На основании 17 секции закрепляется импульсный трансформатор 6 и элементы 11 системы запуска. Высоковольтные выводы 9 закрепляются в диэлектрических держателях 10. Затем надевается корпус секции 1, и вывод 7 первичной обмотки трансформатора подпаивается к разъему 8 через открытый фланец 4. После этого на секции 1 устанавливается пластина 5 таким образом, чтобы диэлектрические держатели проходили по центру отверстий 16 в пластине. На пластине закрепляются элементы каскадного генератора, и высоковольтные выводы 9 подпаиваются к зарядной катушке индуктивности 14 и управляющему электроду разрядника 12. Затем на секцию 2 надевается корпус, и фланцы 3, 4 стягиваются болтами, герметично зажимая при этом пластину 5 до смыкания прилегающих поверхностей. Далее в секции 2 устанавливается нагрузка и крышка (на рисунке не показаны). Особенности устройства заявляемого генератора позволяют на любом этапе сборки осуществлять комфортное проведение всех технологических операций (пайка, резьбовое соединение деталей и т.д.) и контроль их качества благодаря открытости конструкции и отсутствию труднодоступных узлов и элементов.The compact Arkadyev-Marx generator has two sections hermetically connected to each other. In
Устройство работает следующим образом. При подаче высоковольтного импульса на разъем 8 происходит зарядка конденсаторов 13 от импульсного трансформатора 6. В момент максимальной зарядки конденсаторов 13 в системе запуска формируется поджигающий импульс, который подается на управляющий электрод разрядника 12, что приводит к его пробою и затем срабатыванию всех остальных разрядников. При этом на нагрузке формируется высоковольтный импульс, амплитуда которого может в n раз превышать амплитуду напряжения, подаваемого на разъем 8, где n - количество каскадов генератора.The device operates as follows. When a high-voltage pulse is supplied to
С использованием заявляемых признаков был изготовлен и испытан экспериментальный десятикаскадный генератор Аркадьева-Маркса на выходное напряжение 1.1 MB для ускорителя электронов. Заявляемое устройство надежно и без пропусков обеспечивало формирование импульсов напряжения на трубке до 1.1 MB со среднеквадратичным разбросом не более 1%, что в несколько раз меньше, чем в устройстве по прототипу, а многократные сборки и разборки генератора, проводимые при испытаниях с целью изменения его выходных параметров, осуществлялись со значительно меньшими трудозатратами и большей надежностью электрических сильноточных соединений.Using the claimed features, an experimental ten-stage Arkadyev-Marx generator was manufactured and tested for an output voltage of 1.1 MB for an electron accelerator. The inventive device reliably and without gaps ensured the formation of voltage pulses on the tube up to 1.1 MB with a rms spread of not more than 1%, which is several times smaller than in the device according to the prototype, and multiple assembly and disassembly of the generator carried out during tests to change its output parameters were carried out with significantly less labor and greater reliability of high-current electrical connections.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014125584/07A RU2576383C2 (en) | 2014-06-24 | 2014-06-24 | Arkadyev-marks generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014125584/07A RU2576383C2 (en) | 2014-06-24 | 2014-06-24 | Arkadyev-marks generator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014125584A RU2014125584A (en) | 2015-12-27 |
RU2576383C2 true RU2576383C2 (en) | 2016-03-10 |
Family
ID=55023336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014125584/07A RU2576383C2 (en) | 2014-06-24 | 2014-06-24 | Arkadyev-marks generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2576383C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3435378A (en) * | 1966-03-25 | 1969-03-25 | Communications Patents Ltd | Apparatus for generating modulated waves from pulse-type modulating signal |
US4257087A (en) * | 1979-04-02 | 1981-03-17 | California Institute Of Technology | DC-to-DC switching converter with zero input and output current ripple and integrated magnetics circuits |
RU2063103C1 (en) * | 1993-03-29 | 1996-06-27 | Институт электрофизики Уральского отделения РАН | Generator of high-voltage pulses |
RU2091980C1 (en) * | 1995-04-21 | 1997-09-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Voltage pulse generator |
RU2234804C1 (en) * | 2003-03-31 | 2004-08-20 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И.Ленина" | Pulse modulator (alternatives) |
RU2464692C1 (en) * | 2011-08-19 | 2012-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Voltage converter (versions) |
-
2014
- 2014-06-24 RU RU2014125584/07A patent/RU2576383C2/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3435378A (en) * | 1966-03-25 | 1969-03-25 | Communications Patents Ltd | Apparatus for generating modulated waves from pulse-type modulating signal |
US4257087A (en) * | 1979-04-02 | 1981-03-17 | California Institute Of Technology | DC-to-DC switching converter with zero input and output current ripple and integrated magnetics circuits |
RU2063103C1 (en) * | 1993-03-29 | 1996-06-27 | Институт электрофизики Уральского отделения РАН | Generator of high-voltage pulses |
RU2091980C1 (en) * | 1995-04-21 | 1997-09-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Voltage pulse generator |
RU2234804C1 (en) * | 2003-03-31 | 2004-08-20 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И.Ленина" | Pulse modulator (alternatives) |
RU2464692C1 (en) * | 2011-08-19 | 2012-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Voltage converter (versions) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014125584A (en) | 2015-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103308736B (en) | Small-sized integrated steep pulse generating means | |
EP2747094A1 (en) | Very fast transient overvoltage attenuator | |
US20070159760A1 (en) | Methods and Systems Related to Pulsed Power | |
AU2014360374C1 (en) | Power Supply And Method Of Manufacturing | |
TWI287950B (en) | High-voltage generator and accelerator using same | |
RU2576383C2 (en) | Arkadyev-marks generator | |
US20180048299A1 (en) | High-voltage pulse generator | |
Kovalchuk | Multi gap spark switches | |
CN203481740U (en) | Explosion-proof junction box | |
Lynn et al. | A low impedance 500kV 2.7 kJ Marx generator as testbed for vacuum diodes | |
CN104919565A (en) | Flash light source device | |
US3944887A (en) | Crowbar switch | |
RU75783U1 (en) | HIGH VOLTAGE CAPACITOR WITH BUILT-IN CONTROLLED SWITCH | |
RU169337U1 (en) | HIGH VOLTAGE CAPACITOR WITH CONTROLLED SWITCH | |
US1132297A (en) | Electrical equipment for internal-combustion engines. | |
US20240097408A1 (en) | Marx generator with fluid cooling and gas space for spark gaps | |
RU184724U1 (en) | Low Inductive Capacitor Switch Assembly | |
RU2810296C1 (en) | High voltage pulse source | |
RU2522934C2 (en) | High-voltage pulse transformer | |
RU2754358C1 (en) | Pulse voltage generator | |
RU202843U1 (en) | HIGH VOLTAGE HIGH CURRENT PULSE INDUCTOR | |
RU2699378C1 (en) | Solid-state discharger for switching capacitive accumulators of electric energy | |
SU604066A1 (en) | Arrangement for generating unipolar pulses | |
Anishchenko et al. | Investigation of wires layout in exploding wire array | |
CN113189190A (en) | Radio frequency power supply controller |