RU2674884C1 - Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nUзарядн на согласованной нагрузке - Google Patents

Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nUзарядн на согласованной нагрузке Download PDF

Info

Publication number
RU2674884C1
RU2674884C1 RU2017137353A RU2017137353A RU2674884C1 RU 2674884 C1 RU2674884 C1 RU 2674884C1 RU 2017137353 A RU2017137353 A RU 2017137353A RU 2017137353 A RU2017137353 A RU 2017137353A RU 2674884 C1 RU2674884 C1 RU 2674884C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
lines
load
generator
nanosecond pulses
Prior art date
Application number
RU2017137353A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Кабламбаев Бейсенгазы Асхатович
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 Кабламбаев Бейсенгазы Асхатович filed Critical Кабламбаев Бейсенгазы Асхатович
Priority to RU2017137353A priority Critical patent/RU2674884C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2674884C1 publication Critical patent/RU2674884C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/01—Details
    • H03K3/012—Modifications of generator to improve response time or to decrease power consumption
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H5/00—Direct voltage accelerators; Accelerators using single pulses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования мощных высоковольтных наносекундных импульсов в различных электрофизических устройствах. Технический результат изобретения заключается в увеличении быстродействия и уменьшении весогабаритных характеристик генератора высоковольтных наносекундных импульсов. Технический результат достигается за счет генератора высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nUзарядн на согласованной нагрузке, содержащего последовательно соединенные на выходе 2n формирующих линий с распределенными параметрами, нагрузку и коммутатор, при этом работа генератора организована в волновом режиме, для чего конец высоковольтного электрода нечетной линии соединен последовательно с началом высоковольтного электрода следующей четной линий, начало низковольтного электрода четной линии последовательно с концом низковольтного электрода следующей нечетной линии, начала высоковольтных электродов нечетных линий и зарядное напряжение подключены к общему коммутатору, а согласованная нагрузка Rнагр=2np подключена между низковольтными электродами первой и последней линий. 2 ил.

Description

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования мощных высоковольтных наносекундных импульсов в различных электрофизических устройствах. Например, генератор может быть изготовлен в зависимости от параметров выходного импульса и свойств используемых комплектующих элементов (при напряжении на согласованной нагрузке 250÷400 кВ и мощности несколько гигаватт) с габаритными размерами (длина⋅ширина⋅высота) от единиц до 50 дм3.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.
Известен генератор высоковольтных, наносекундных импульсов с умножением напряжения, содержащий n последовательно соединенных на выходе спаренных формирующих линий, начала потенциальных электродов которых, подключены через резисторы и дроссели к общему управляемому коммутатору, и неуправляемые коммутаторы, включенные между потенциальными электродами на выходе формирующих линий (авторское свидетельство №444310, опубликовано 25.09.1974). По назначению генератор по авторскому свидетельству №444310 близок к заявляемому генератору и может рассматриваться как прототип.
Работает генератор следующим образом. После заряда линий 1-8 (см. рис. 1) через резисторы 17-20 и 26 высоким напряжением Ео запускается управляемый коммутатор 16. Начинается колебательный разряд линий 2, 4, 6, 8 через дроссели 21, 22, 23 и 24. Через время, соответствующее половине периода колебаний контура, образованного индуктивностью дросселей и эквивалентной емкостью линий 2, 4, 6, 8, произойдет переполюсовка напряжения и линии зарядятся до потенциала равного -Еo. Таким образом, между электродами неуправляемых коммутаторов 9, 10, 11 и 12, находившихся до запуска под нулевой разностью потенциалов, появляется удвоенное зарядное напряжение 2Ео. Пробой коммутаторов происходит несколько раньше полной переполюсовки. После пробоя одного из коммутаторов 9, 10, 11, 12 на остальных появляется многократное перенапряжение, в результате чего происходит мгновенный пробой всех коммутаторов. После пробоя всех коммутаторов на нагрузочном резисторе 25 формируется прямоугольный, импульс напряжения с амплитудой U=nEo, где n - количество двухступенчатых линий.
Генератор имеет следующие недостатки применительно к целому ряду задач (например, при синхронизации с быстропротекающими процессами или другими устройствами, при создании мобильных генераторов и др.):
а) Большое мертвое время генератора. При пробое коммутатора 16 происходит перезарядка четных линий. Чтобы эти линии с распределенными параметрами после полупериода LC-колебаний были заряжены равномерно по всей длине, необходимо чтобы полупериод LC-колебаний был много больше (обычно на порядок) времени пробега электромагнитной волны по линии, для чего в схему и включены дроссели 21-24 с соответствующей величиной L. А для того чтобы нечетные линии не разряжались за время перезарядки четных линий необходимо в свою очередь чтобы RC (где С-емкость линии, a R-номинал резисторов 17-20) было много больше полупериода LC-колебаний. Таким образом, «мертвое» время генератора, по крайней мере, на два порядка больше длительности выходного импульса.
б) Большие размеры генератора. Все из-за той же колебательной перезарядки линий в каждой паре формирующих линий включены (рассчитанные на полное зарядное напряжение) резисторы, развязывающие дроссели и неуправляемые коммутаторов, которые усложняют конструкцию и увеличивают весогабаритные характеристики генератора.
в) Возможный разброс срабатывания неуправляемых коммутаторов. При генерации импульсов длительностью десятки наносекунд разброс срабатывания коммутаторов 9-12 имеет статистический характер и, несмотря на утверждение авторов о «мгновенном пробое всех коммутаторов», может составить несколько десятков наносекунд, что может удлинить фронт и уменьшить амплитуду выходного импульса генератора.
Цель изобретения - увеличение быстродействия и уменьшение весогабаритных характеристик генератора.
Данная цель достигается за счет перевода генератора в волновой режим работы вместо колебательной перезарядки линий в каждой паре формирующих линий.
Предложенный нами генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения основан на дальнейшем развитии идеи использования отражения на неоднородности волны, распространяющейся по линии с импедансом ρ, заложенной в классической схеме двойной формирующей линии (ДФЛ). На рисунке 2 представлена схема предлагаемого генератора. Для увеличения выходного напряжения на согласованной нагрузке в n раз используются 2n одинарных, в частном примере коаксиальных, линий с волновым сопротивлением ρ и длиной
Figure 00000001
, заполненные диэлектриком с высоким значением коэффициента диэлектрической проницаемости (ε»1). Конец высоковольтного электрода нечетной и начало высоковольтного электрода следующей четной линий соединены последовательно, а начало низковольтного электрода четной линии последовательно с концом низковольтного электрода следующей нечетной линии. Начала нечетных линий и зарядное напряжение U0 подключены к общему коммутатору К, а согласованная нагрузка Rнагр=2nρ подключена между внешними электродами линии 1 и 2n. Работает генератор следующим образом. После зарядки всех линий через резистор Rзар до напряжения U0, в момент времени t0 замыкается коммутатор K. При этом по нечетным линиям распространяются волны снятия напряжения. В момент времени
Figure 00000002
распространяющаяся в нечетной линии электромагнитная волна, «переполяренная» при отражении от короткозамкнутого коммутатора (zk=0) по правилу
Figure 00000003
на неоднородности
Figure 00000004
порождает напряжение
Figure 00000005
Падение напряжения на Rнагр=2nρ равно
Figure 00000006
С этого же момента времени начинается разрядка четных линий, в каждой из которых волна, движущаяся в обратном направлении, на неоднородности
Figure 00000007
порождает напряжение
Figure 00000008
Соответственно, на нагрузке Rнагр=2nρ появляется напряжение
Figure 00000009
Таким образом, в результате сложения всех волн, суммарное падение напряжения на согласованной нагрузке Rнагр=2nρ равно
Figure 00000010
где знак «минус» у второго слагаемого появился за счет встречного направления движения волн. Нетрудно показать, что за время равное
Figure 00000011
вся энергия, запасенная в линиях
Figure 00000012
выделяется на согласованной нагрузке
Figure 00000013
где
Figure 00000014
- емкость коаксиального конденсатора, а
Figure 00000015
- волновое сопротивление коаксиальной линии. После включения коммутатора К высоковольтный импульс формируется на нагрузке через время пробега
Figure 00000016
электромагнитной волны по линии.
Заявляемое изобретение позволяет решить следующие задачи, стоящие в данной области техники: упрощение конструкции, соответственно, повышение технологичности изготовления, увеличение быстродействия и уменьшение габаритов генератора.

Claims (1)

  1. Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nUзарядн на согласованной нагрузке, содержащий последовательно соединенные на выходе 2n формирующих линий с распределенными параметрами, нагрузку и коммутатор, отличающийся тем, что с целью увеличения быстродействия и уменьшения весогабаритных характеристик работа генератора организована в волновом режиме, для чего конец высоковольтного электрода нечетной линии соединен последовательно с началом высоковольтного электрода следующей четной линий, начало низковольтного электрода четной линии - последовательно с концом низковольтного электрода следующей нечетной линии, начала высоковольтных электродов нечетных линий и зарядное напряжение подключены к общему коммутатору, а согласованная нагрузка Rнагр=2np подключена между низковольтными электродами первой и последней линий.
RU2017137353A 2017-10-24 2017-10-24 Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nUзарядн на согласованной нагрузке RU2674884C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137353A RU2674884C1 (ru) 2017-10-24 2017-10-24 Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nUзарядн на согласованной нагрузке

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137353A RU2674884C1 (ru) 2017-10-24 2017-10-24 Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nUзарядн на согласованной нагрузке

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2674884C1 true RU2674884C1 (ru) 2018-12-13

Family

ID=64753556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017137353A RU2674884C1 (ru) 2017-10-24 2017-10-24 Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nUзарядн на согласованной нагрузке

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2674884C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2305379C1 (ru) * 2006-02-27 2007-08-27 Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт ядерной физики" Генератор высоковольтных линейно нарастающих импульсов микросекундной длительности
RU105786U1 (ru) * 2011-02-22 2011-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения Генератор импульсов тока с оптическим управлением
RU2510963C1 (ru) * 2012-12-26 2014-04-10 Олег Георгиевич Егоров Генератор импульсов на индуктивном накопителе энергии с трансформаторной связью
RU2580787C1 (ru) * 2015-02-11 2016-04-10 Михаил Владимирович Ефанов Генератор мощных наносекундных импульсов (варианты)
WO2016077156A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-19 Microsoft Technology Licensing, Llc Multi-search and multi-task in search

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2305379C1 (ru) * 2006-02-27 2007-08-27 Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт ядерной физики" Генератор высоковольтных линейно нарастающих импульсов микросекундной длительности
RU105786U1 (ru) * 2011-02-22 2011-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения Генератор импульсов тока с оптическим управлением
RU2510963C1 (ru) * 2012-12-26 2014-04-10 Олег Георгиевич Егоров Генератор импульсов на индуктивном накопителе энергии с трансформаторной связью
WO2016077156A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-19 Microsoft Technology Licensing, Llc Multi-search and multi-task in search
RU2580787C1 (ru) * 2015-02-11 2016-04-10 Михаил Владимирович Ефанов Генератор мощных наносекундных импульсов (варианты)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2589240C1 (ru) Генератор импульсов
CN102136831B (zh) 一种高电压重频脉冲产生器
US10332705B2 (en) Zero-current pulse with constant current gradient for interrupting a direct current
CN103746595A (zh) 一种高功率长脉冲功率源
US8598813B2 (en) High voltage RF opto-electric multiplier for charge particle accelerations
Yan et al. Miniature solid-state switched spiral generator for the cost effective, programmable triggering of large scale pulsed power accelerators
Elliott et al. Implementation of a single supply pre-biasing circuit for piezoelectric energy harvesters
RU2674884C1 (ru) Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nUзарядн на согласованной нагрузке
Canacsinh et al. Voltage droop compensation based on resonant circuit for generalized high voltage solid-state Marx modulator
Elliott et al. Power density improvement of a piezoelectric energy harvester through use of a micropower switch-mode interface
RU2382488C1 (ru) Устройство для формирования субнаносекундных импульсов
Rajulapati et al. Nanosecond biphasic pulse generators for biomedical applications
Kekez A 480 joule, 650 kV,< 3 ns risetime, 500 ns pulse width compact pulse generator
CN103780119A (zh) 一种高功率长脉冲功率源
Pemen et al. Synchronous pulse systems
RU2560716C1 (ru) Система импульсно-периодической зарядки
RU2682305C1 (ru) Генератор высоковольтных импульсов
RU2785411C1 (ru) Генератор прямоугольных импульсов напряжения
JP2000152666A (ja) 方形波電圧発生装置
US2555172A (en) Modulator circuits
CN203708134U (zh) 一种高功率长脉冲功率源
RU2461120C1 (ru) Генератор серии импульсов тока
RU2313900C1 (ru) Генератор наносекундных импульсов
Ge et al. Design of a 500 kV pulse generator with the rise time of nanosecond level
Twati A novel distributed parameter model of a Blumlein-line laser circuit including the effect of time varying spark-gap inductance and resistance