RU2682305C1 - High-voltage pulse generator - Google Patents

High-voltage pulse generator Download PDF

Info

Publication number
RU2682305C1
RU2682305C1 RU2018112534A RU2018112534A RU2682305C1 RU 2682305 C1 RU2682305 C1 RU 2682305C1 RU 2018112534 A RU2018112534 A RU 2018112534A RU 2018112534 A RU2018112534 A RU 2018112534A RU 2682305 C1 RU2682305 C1 RU 2682305C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uncontrolled
discharger
arrester
line
single forming
Prior art date
Application number
RU2018112534A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Глебович Птицын
Павел Вадимович Сучков
Сергей Владимирович Воеводин
Василий Васильевич Горохов
Алексей Александрович Тренькин
Андрей Викторович Лимонов
Александр Борисович Буянов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2018112534A priority Critical patent/RU2682305C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2682305C1 publication Critical patent/RU2682305C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/45Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of non-linear magnetic or dielectric devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to the high-voltage pulse equipment. Technical result is achieved due to the pulse voltage generator, containing the coaxial single forming line, discharging unit, the transmission line and the load, in the proposed generator, the coaxial single forming line and the discharging unit are functionally divided into two independently functioning elements, as the discharging unit, the uncontrolled discharger is used, the uncontrolled discharger is connected to the electrical circuit between the single forming line and the load, at that, the uncontrolled discharger is located in the strip line, which one end is connected to the DC voltage generator through the charging resistance, and at its other end the shorting discharger is located, wherein the uncontrolled discharger axis is oriented along the strip line, the uncontrolled discharger is located at a distance l=τν/2 from the shorting discharger, where τ is the generated electric pulse required duration, ν is the electromagnetic wave propagation speed along the strip line, and the single forming line (SFL) length is l=2l=τν.EFFECT: technical result consists in the discharger switching time control simplification due to the design simplification.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в ускорительной технике, физике плазмы, радиационной физике, в атомной физике, медицине, химии, физике твердого тела, и других импульсных сильноточных устройствах.The invention relates to high-voltage pulse technology and can be used in accelerator technology, plasma physics, radiation physics, in atomic physics, medicine, chemistry, solid state physics, and other pulsed high-current devices.

Известно устройство (Воробьев Г.А., Руденко Н.С. Генератор наноеекундных импульсов напряжения 500 кВ // ПТЭ. 1965. №1 с 109-111.).A device is known (Vorobev G.A., Rudenko N.S. Generator of nanosecond voltage pulses 500 kV // PTE. 1965. No. 1 from 109-111.).

Генератор включает в себя генератор Маркса, подключенный к дополнительной индуктивности, которая в свою очередь электрически связана с малоиндуктивным конденсатором, представляющим собой отрезок коаксиальной длинной формирующей линии, состоящей из двух цилиндрических обкладок с пространством между ними, заполненным глицерином. Внутренняя обкладка конденсатора является также корпусом разрядной камеры, заполненной азотом, в которую помещен коммутирующий разрядник. Матоиндуктивный неуправляемый разрядник с другой стороны подключен к передающей линии, представляющей собой латунную трубку, заполненную трансформаторным маслом. На противоположном конце предающая линия соединена с нагрузкой.The generator includes a Marx generator, connected to an additional inductance, which in turn is electrically connected to a low-inductance capacitor, which is a segment of a coaxial long forming line consisting of two cylindrical plates with a space between them filled with glycerin. The inner lining of the capacitor is also the housing of the discharge chamber, filled with nitrogen, into which the switching arrester is placed. On the other hand, a noninductive uncontrolled arrester is connected to the transmission line, which is a brass tube filled with transformer oil. At the opposite end, the feed line is connected to the load.

Недостатком такого генератора является:The disadvantage of this generator is:

1. Несогласованность волновых сопротивлений малоиндуктивного конденсатора, представляющего собой отрезок коаксиальной длинной линии, и передающей линии, обусловленная различием отношений диаметров внутреннего и внешнего электродов малоиндуктивного конденсатора и предающей линии.1. The inconsistency of the wave impedances of the low-inductance capacitor, which is a segment of a coaxial long line, and the transmission line, due to the difference in the ratio of the diameters of the internal and external electrodes of the low-inductance capacitor and the transfer line.

2. Наличие неуправляемого разрядника, нестабильности во временах его срабатывания. Он не может быть синхронизирован с разрядниками генератора Маркса, поскольку каждый неуправляемый разрядник обладает собственным временем задержки (не всегда стабильным).2. The presence of an uncontrolled arrester, instability in the times of its operation. It cannot be synchronized with the spark gap of the Marx generator, since each uncontrolled spark gap has its own delay time (not always stable).

3. В схеме зарядка компенсирующего конденсатора производится генератором импульсного напряжения (ГИН) - генератором Маркса с емкостью во много раз превышающей емкость самого конденсатора. Поэтому в нагрузку поступает лишь малая часть энергии, запасенной в ГИН.3. In the circuit, the compensation capacitor is charged by a pulse voltage generator (GIN) - a Marx generator with a capacity many times higher than the capacitance of the capacitor itself. Therefore, only a small part of the energy stored in the GIN enters the load.

Наиболее близким к заявленному устройству является генератор высоковольтных импульсов (Ковальчук Б.М., Месяц Г.А., Шпак В.Г. ПТЭ (6) 73 (1976)).Closest to the claimed device is a high-voltage pulse generator (Kovalchuk B.M., Mesyats G.A., Shpak V.G. PTE (6) 73 (1976)).

Он состоит из генератора Маркса, электрически соединенного с коаксиальной одинарном формирующей линией (ОФЛ) с газовой изоляцией высокого давления, связанной в единый общий обком, заполненный газом при определенном давлении, с блоком разрядного узла, объединяющего обостряющий и срезающий разрядники, так называемого слайсера. служащего для формирования заднего фронта высоковольтного импульса. Конструкция слайсера позволяет в рабочем режиме менять зазоры разрядников с помощью эксцентричных механических приводов.It consists of a Marx generator, electrically connected to a coaxial single forming line (OFL) with high-pressure gas insulation connected to a single common reservoir filled with gas at a certain pressure, with a block of a discharge unit that combines sharpening and cutting arresters, the so-called slicer. serving to form the trailing edge of the high voltage pulse. The slicer design allows in the operating mode to change the gap of the arresters using eccentric mechanical drives.

При срабатывании генератора Маркса происходит зарядка коаксиальной формирующей линии, при достижении пробойного значения напряженности электрического поля происходит пробой зазора обостряющего разрядника и далее импульс распространяется по передающей линии к нагрузке. Длительность переднего фронта импульса определялась скоростью нарастания напряжения

Figure 00000001
на обостряющем разряднике. Сама же скорость нарастания фронта напряжения задавалась генератором Маркса. Срезающий разрядник работал в условиях «бегущей волны» и при более высоком значении
Figure 00000002
и поэтому задний фронт сформированного импульса был в два-три раза короче переднего.When the Marx generator is triggered, the coaxial forming line is charged, when the breakdown value of the electric field is reached, the gap of the sharpening spark gap breaks down and then the pulse propagates along the transmission line to the load. The duration of the leading edge of the pulse was determined by the rate of rise of voltage
Figure 00000001
on a sharpening spark gap. The rate of rise of the voltage front itself was set by the Marx generator. The cutting arrester worked in the conditions of the "traveling wave" and at a higher value
Figure 00000002
and therefore, the trailing edge of the generated pulse was two to three times shorter than the leading one.

Основными недостатками данной системы являются:The main disadvantages of this system are:

1. Наличие в конструкции генератора импульсов сложного устройства - слайсера. Его конструкция включает в себя эксцентриковые механизмы приводов. Привод подвижного потенциального электрода обостряющего разрядника осуществлялся через тонкостенный изолятор, расположенный в зазоре газонаполненной коаксиальной формирующей линии с газовой изоляцией высокого давления. Зазоры разрядников регулировались с погрешностью 10 мкм. Использование слайсера значительно усложняет конструкцию в целом.1. The presence in the design of the pulse generator of a complex device - slicer. Its design includes eccentric drive mechanisms. The movable potential electrode of the sharpening spark gap was driven through a thin-walled insulator located in the gap of a gas-filled coaxial forming line with high-pressure gas insulation. The gaps of the arresters were regulated with an error of 10 μm. Using a slicer greatly complicates the design as a whole.

2. Зависимость времени коммутации tк для пробоя межэлектродного промежутка согласно модели Ромпе и Вайнеля: время коммутации tк пропорционально величине

Figure 00000003
где р-давление газа. Е - напряженность электрического поля. При неизменном напряжении статического пробоя газонаполненного межэлектродного промежутка обостряющего разрядника согласно закону Пашена произведение давления газа на длину промежутка pd тоже должно оставаться неизменным (для обостряющих разрядников очевидно рассматривается правая ветвь закона Пашена), а следовательно, неизменной будет и величина
Figure 00000004
здесь
Figure 00000005
- пробойные значения напряженности и напряжения. Это значит, что время tк уменьшается с ростом давления. Поэтому в данном генераторе, для достижения коротких передних фронтов импульсов необходимо поддерживать давление газа до 100 атмосфер. Это сильно усложняет конструкцию генератора из-за необходимости поддержания высокого давления в слайсере, что важно для уменьшения времени коммутации. Кроме того, высокоточное регулирование межэлектродных зазоров серьезно усложняет конструкцию разрядного узла - слайсера. Все вышесказанное соответственно усложняет управление временем коммутации разрядника.2. The dependence of the switching time t to for breakdown of the interelectrode gap according to the Rompe and Weinel models: the switching time t to is proportional to
Figure 00000003
where p is the gas pressure. E is the electric field strength. Under the constant voltage of the static breakdown of the gas-filled interelectrode gap of the sharpening spark gap according to the Paschen law, the product of the gas pressure and the length of the gap pd must also remain unchanged (for sharpening spark gaps, the right branch of the Paschen law is obviously considered), and therefore the value will also be unchanged
Figure 00000004
here
Figure 00000005
- breakdown values of tension and voltage. This means that the time t k decreases with increasing pressure. Therefore, in this generator, to achieve short leading edges of pulses, it is necessary to maintain a gas pressure of up to 100 atmospheres. This greatly complicates the design of the generator due to the need to maintain high pressure in the slicer, which is important to reduce the switching time. In addition, high-precision regulation of interelectrode gaps seriously complicates the design of the discharge unit - slicer. All of the above, respectively, complicates the management of the switching time of the arrester.

Технический результат заключается в упрощении управления временем коммутации разрядника за счет упрощения конструкцииThe technical result consists in simplifying the management of the switching time of the arrester by simplifying the design

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного генератора высоковольтных импульсов, содержащего электрически связанные между собой генератор импульсного напряжения, одинарную формирующую линию, разрядный узел, передающую линию и нагрузку, в предложенном генераторе одинарная формирующая линия и разрядный узел функционально разделены на два самостоятельно функционирующих элемента, в качестве разрядного узла использован неуправляемый разрядник, неуправляемый разрядник включен в электрическую цепь между одинарной формирующей линией и нагрузкой, при этом неуправляемый разрядник расположен в полосковой линии, один конец которой подключен к генератору постоянного напряжения через зарядное сопротивление, а на другом ее конце размещен закорачивающий разрядник, причем ось неуправляемого разрядника ориентирована вдоль полосковой линии, неуправляемый разрядник расположен на расстоянии

Figure 00000006
от закорачивающего разрядника, где τ - требуемая длительность формируемого электрического импульса, ν - скорость распространения электромагнитной волны по полосковой линии, а длина одинарной формирующей линии (ОФЛ) составляет
Figure 00000007
The technical result is achieved by the fact that, in contrast to the known high-voltage pulse generator, containing an electrically coupled pulse voltage generator, a single forming line, a discharge unit, a transmission line and a load, in the proposed generator, the single forming line and the discharge unit are functionally divided into two independently functioning element, an uncontrolled arrester is used as a discharge unit, an uncontrolled arrester is included in the electric circuit between forming line and the load, the discharger is uncontrollable in the strip line, one end of which is connected to the generator via the DC resistance of the battery, and at the other end thereof is placed shorting arrester, wherein the unsteered arrester axis oriented along the stripline, uncontrollable discharger located at a distance
Figure 00000006
from a short-circuit arrester, where τ is the required duration of the generated electric pulse, ν is the propagation velocity of the electromagnetic wave along the strip line, and the length of the single forming line (OFL) is
Figure 00000007

Предложенный подход к управлению временем коммутации разрядника состоит в управлении временем коммутации разрядника на «новом физическом принципе» -замагничивания переносчиков заряда (электронов и ионов) посредством поперечного магнитного поля, таким образом, чтобы продольное смещение заряженных частиц равное двойному ларморовскому радиусу было много меньше межэлектродного промежутка разрядника. С привлечением соответствующего математического аппарата, формулы которого важны, поскольку они определяют параметры физических процессов, положенных в основу данного устройства, эта идея выглядит следующим образом.The proposed approach to controlling the switching time of the spark gap is to control the switching time of the spark gap on the “new physical principle” —magnetize charge carriers (electrons and ions) by means of a transverse magnetic field, so that the longitudinal displacement of charged particles equal to the double Larmor radius is much smaller than the interelectrode gap arrester. With the involvement of the corresponding mathematical apparatus, the formulas of which are important, since they determine the parameters of the physical processes underlying this device, this idea looks as follows.

2RL<<d (фиг. 1), где RL- ларморовский радиус электрона, d - ширина разрядного промежутка разрядника или2R L << d (Fig. 1), where R L is the Larmor radius of the electron, d is the width of the discharge gap of the spark gap, or

Figure 00000008
Figure 00000008

где m - масса электрона, аwhere m is the mass of the electron, and

Figure 00000009
- дрейфовая скорость электронов в газе, М - масса ионов газа, m=9,1⋅10-31 [кг] - масса электрона, λ - длина свободного пробега электрона, U0 - напряжение, приложенное к межэлектродному промежутку разрядника.
Figure 00000009
is the electron drift velocity in the gas, M is the mass of gas ions, m = 9.1 910 -31 [kg] is the mass of the electron, λ is the mean free path of the electron, U 0 is the voltage applied to the interelectrode gap of the spark gap.

Величина индукции магнитного поля В внутри полосковой линии (ПЛ) составляет

Figure 00000010
- ток протекающий по линии U} - напряжение приложенное к ПЛ,
Figure 00000011
- волновое сопротивление полосковой линии b - ширина линии, а -расстояние между пластинами ПЛ,
Figure 00000012
Теперь соотношение (1) примет вид:The magnitude of the induction of the magnetic field B inside the strip line (PL) is
Figure 00000010
- current flowing along the line U } - voltage applied to the submarine,
Figure 00000011
- the wave impedance of the strip line b is the line width, and the distance between the plates of the submarine,
Figure 00000012
Now the ratio (1) will take the form:

Figure 00000013
Figure 00000013

Одинарная формирующая линия (ОФЛ) одним концом подсоединена к генератору импульсного напряжения (ГИН), а другим концом к сопротивлению нагрузки. В заявляемой конструкции может быть блок синхронизации, который посредством линий связи подсоединен через закорачивающий разрядник и ГИН к ОФЛ.A single forming line (OFL) is connected at one end to a pulse voltage generator (GIN), and at the other end to a load resistance. In the claimed design, there may be a synchronization unit, which is connected via communication lines through a short-circuit arrestor and a GIN to the OFL.

Физическая основа подхода создания генератора высоковольтных импульсов касается организации процесса управления коммутацией. Предложенная схема позволяет управлять временем начала и конца коммутации неуправляемого разрядника и.что очень важно, с малыми передним и задними фронтами генерируемого импульса.The physical basis of the approach for creating a high-voltage pulse generator relates to the organization of the switching control process. The proposed scheme allows you to control the start and end switching times of an uncontrolled arrester and, which is very important, with small leading and trailing edges of the generated pulse.

Это организовано за счет того, что «неуправляемый» разрядник управляется посредством внешнего магнитного поля, создаваемого электрическими импульсами, распространяющимися в ПЛ. Это становится возможным посредством того, что коаксиальная одинарная формирующая линия и разрядный узел функционально разделены на два самостоятельно функционирующих элемента (а не объединены, как в прототипе, в общий объем, заполненный газом при определенном давлении) и обеспечена возможность размещения разрядника в ПЛ, в которой распространяются электрические импульсы. Эти импульсы определенным образом «включают» или «выключают» магнитное поле в ПЛ; магнитное поле в те моменты времени, когда оно «включается», запирает разрядник, а, когда поле «выключается», разрядник открывается, так как находится при этом под напряжением больше пробивного. Таким образом, формируется импульс напряжения на нагрузочном сопротивлении нужной длительности и с короткими передним и задним фронтами.This is organized due to the fact that the "uncontrolled" arrester is controlled by an external magnetic field created by electric pulses propagating in the submarine. This becomes possible due to the fact that the coaxial single forming line and the discharge unit are functionally divided into two independently functioning elements (and not combined, as in the prototype, into a total volume filled with gas at a certain pressure) and it is possible to place a spark gap in a submarine in which electrical impulses propagate. These pulses in a certain way “turn on” or “turn off” the magnetic field in the submarine; the magnetic field at those times when it “turns on”, closes the arrester, and when the field “turns off”, the arrester opens, since it is under voltage more than the breakdown voltage. Thus, a voltage pulse is formed at the load resistance of the desired duration and with short leading and trailing edges.

В заявляемой конструкции от внешнего статического источника питания ПЛ заряжается через зарядное сопротивление. В определенные времена блок синхронизации запускает ГИН и закорачивающий разрядник. После срабатывания закорачивающего разрядника в ПЛ начинают распространяться волны зарядки и разрядки.In the claimed design from an external static power supply, the submarine is charged through the charging resistance. At certain times, the synchronization unit starts the GIN and the short-circuit arrestor. After the short-circuit arrester is triggered, charging and discharging waves begin to propagate in the submarine.

Предложенное техническое решение позволяет отказаться от имеющего место в прототипе устройства сложной конструкции - слайсера и использовать для коммутации высоковольтного импульса неуправляемый разрядник при невысоких давлениях, что приведет к упрощению конструкции и упрощению управления процессом формирования импульса с короткими фронтами за счет управления временем коммутации разрядника.The proposed technical solution allows us to abandon the complex design of the slicer, which is used in the prototype, and use an uncontrolled arrester for switching a high-voltage pulse at low pressures, which will simplify the design and simplify the control of the pulse formation process with short fronts by controlling the arrester switching time.

На фиг. 1 схематично изображена траектория движения заряженных частиц.In FIG. 1 schematically shows the trajectory of the movement of charged particles.

На фиг 2. представлена принципиальная электрическая схема генератора высоковольтных импульсов, гдеIn Fig 2. presents a circuit diagram of a high voltage pulse generator, where

1 - ГИН - генератор импульсного напряжения;1 - GIN - pulse voltage generator;

2 - зарядное сопротивление;2 - charging resistance;

3 - одинарная формирующая линия (ОФЛ):3 - single forming line (OFL):

4 - полосковая линия (ГШ);4 - strip line (GS);

5 - неуправляемый разрядник;5 - uncontrolled arrester;

6 - блок синхронизации;6 - block synchronization;

7 - закорачивающий разрядник;7 - short-circuit arrestor;

8 - сопротивление нагрузки;8 - load resistance;

9 - внешний статический источник питания;9 - external static power source;

10 - зарядное сопротивление.10 - charging resistance.

В генераторе высоковольтный импульсов (фиг. 2) одинарная формирующая линия 3 и разрядный узел 5 функционально разделены на два самостоятельно функционирующих элемента, в качестве разрядного узла 5 использован неуправляемый разрядник, неуправляемый разрядник 5 включен в электрическую цепь между одинарной формирующей линией 3 и нагрузкой 8, при этом неуправляемый разрядник расположен в полосковой линии 4, один конец которой подключен к генератору постоянного напряжения (внешний статический источник питания) 9 через зарядное сопротивление 2, а на другом ее конце размещен закорачивающий разрядник 7, причем ось неуправляемого разрядника ориентирована вдоль полосковой линии, неуправляемый разрядник расположен на расстоянии

Figure 00000014
от закорачивающего разрядника 7, где τ - требуемая длительность формируемого электрического импульса, ν - скорость распространения электромагнитной волны по полосковой линии, а длина одинарной формирующей линии (ОФЛ) 3 составляет
Figure 00000015
Одинарная формирующая линия (ОФЛ) 3 одним концом подсоединена к генератору импульсного напряжения (ГИН) 1, а другим концом к сопротивлению нагрузки 8. В заявляемой конструкции может быть блок синхронизации 6, который посредством линий связи подсоединен через закорачивающий разрядник 7 и ГИН 1 к ОФЛ 3.In the high-voltage pulse generator (Fig. 2), the single forming line 3 and the discharge unit 5 are functionally divided into two independently functioning elements, an uncontrolled arrester is used as the discharge unit 5, an uncontrolled arrester 5 is connected to the electric circuit between the single forming line 3 and the load 8, while the uncontrolled arrester is located in the strip line 4, one end of which is connected to a constant voltage generator (external static power source) 9 through the charging resistance 2, and at its other end there is a short-circuit arrester 7, the axis of the uncontrolled arrester is oriented along the strip line, the uncontrolled arrester is located at a distance
Figure 00000014
from a short-circuit arrestor 7, where τ is the required duration of the generated electric pulse, ν is the propagation velocity of the electromagnetic wave along the strip line, and the length of the single forming line (OFL) 3 is
Figure 00000015
A single forming line (OFL) 3 is connected at one end to a pulse voltage generator (GIN) 1 and at the other end to a load resistance 8. In the inventive design, there can be a synchronization unit 6, which is connected via short-circuit arrestor 7 and GIN 1 to the OFL 3.

Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени блок синхронизации 6 производит коммутацию ГИН 1 и закорачивающего разрядника 7, расположенного на конце заряженной ПЛ 4 с волновым сопротивлением р. При закорачивании ПЛ, заряженной от внешнего статического источника питания 9, в ней формируется волна разрядки. За время

Figure 00000016
пока волна разрядки по полосковой линии достигнет неуправляемого разрядника 5, за это время t1 ГИН 1 успевает зарядить ОФЛ 3 до напряжения U=0,8÷0,9Uпробойное. В момент времени равный t1 в межэлектродном промежутке неуправляемого разрядника возникает магнитное поле
Figure 00000017
где U1 - напряжение, до которого заряжена полосковая линия. При этом происходит замагничивание носителей заряда. Разрядник будет заперт, вследствие выполнения неравенства (2). В дальнейшем волна разрядки по полосковой линии движется в сторону, где установлено сопротивление зарядки 10. Поскольку Rзарядки>>ρ на этом конце полосковой линии происходит отражение падающей волны разрядки, которая превращается в волну зарядки для полосковой линии. Когда волна зарядки достигнет неуправляемого разрядника в момент времени
Figure 00000018
где
Figure 00000019
расстояние от неуправляемого разрядника до конца ПЛ 4, подключенного к зарядному сопротивлению 10 (время отсчитывается от начала коммутации закорачивающего разрядника и ГИН), то к этому моменту времени ГИН должен зарядить ОФЛ до напряжения значительно большего, чем Uпробойное, а магнитное поле в межэлектродном зазоре исчезнет. Как следствие, неуправляемый разрядник пробьется и сформирует импульс напряжения на нагрузке 8 с коротким передним фронтом, благодаря тому, что к нему будет приложено напряжение значительно большее, чем пробойное. В дальнейшем волна разрядки будет двигаться к концу полосковой линии, где размещен закорачивающий разрядник, а в неуправляемом разряднике магнитное поле будет отсутствовать. Подойдя к этому концу полосковой линии, волна зарядки отразится от закороченного конца линии и по ней в противоположную сторону начнет движение волна разрядки. При достижении этой волной неуправляемого разрядника в момент времени
Figure 00000020
в нем опять скачком возникнет магнитное поле, удовлетворяющее условию (2), ток через разрядник прекратится и вместе с ним импульс напряжения на нагрузке с резким задним фронтом. В итоге на нагрузке сформируется импульс напряжения длительностью
Figure 00000021
The device operates as follows. At the initial time, the synchronization unit 6 commutes the GIN 1 and the short-circuit arrester 7 located at the end of a charged submarine 4 with wave impedance p. When shorting a submarine charged from an external static power source 9, a discharge wave is formed in it. During
Figure 00000016
until the discharge wave along the strip line reaches the uncontrolled spark gap 5, during this time t 1 GIN 1 manages to charge OFL 3 to the breakdown voltage U = 0.8 ÷ 0.9U. At time equal to t 1 in the interelectrode gap of an uncontrolled spark gap a magnetic field occurs
Figure 00000017
where U 1 is the voltage to which the strip line is charged. In this case, magnetization of charge carriers occurs. The arrester will be locked due to inequality (2). Subsequently, the discharge wave along the strip line moves to the side where the charging resistance is set to 10. Since the charging R >> ρ at this end of the strip line, an incident discharge wave is reflected, which turns into a charging wave for the strip line. When the charging wave reaches an uncontrolled discharger at a point in time
Figure 00000018
Where
Figure 00000019
the distance from the uncontrolled arrester to the end of the PL 4 connected to the charging resistance 10 (the time is counted from the beginning of the switching of the short-circuit arrestor and the GIN), then by this time the GIN must charge the OFL to a voltage much larger than U breakdown , and the magnetic field in the interelectrode gap will disappear. As a result, an uncontrolled arrester will break through and form a voltage pulse at load 8 with a short leading edge, due to the fact that a much larger voltage than the breakdown voltage will be applied to it. Subsequently, the discharge wave will move to the end of the strip line where the short-circuit discharger is located, and there will be no magnetic field in the uncontrolled discharger. Approaching this end of the strip line, the charging wave will be reflected from the shorted end of the line and a discharge wave will begin to move along it in the opposite direction. When this wave reaches an uncontrolled arrester at a time
Figure 00000020
again, a magnetic field appears in it abruptly, satisfying condition (2), the current through the arrester will stop, and with it the voltage pulse at the load with a sharp trailing edge. As a result, a voltage pulse of duration
Figure 00000021

Вследствие того, что длина ОФЛ составляет

Figure 00000022
то к ко времени t3 ОФЛ разрядится и процесс прекратится.Due to the fact that the length of the OFL is
Figure 00000022
then by the time t 3 OFL will be discharged and the process will stop.

Ускоритель электронов выполнен следующим образом. Формирующая линия выполнена из пяти равных отрезков коаксиального кабеля КВИ-100 с волновым сопротивлением 60 Ом,The electron accelerator is made as follows. The forming line is made of five equal lengths of coaxial cable KVI-100 with a wave impedance of 60 Ohms,

Для коммутации ПЛ использован управляющий разрядник РУ-78. ПЛ заряжается от стандартного внешнего источника питания SpelJman CZE 1000R. В качестве ГИН был выбран БИНГ-45 со следующими характеристиками:For switching submarines, the control arrester RU-78 was used. The submarine is charged from a standard external power supply SpelJman CZE 1000R. As a GIN, BING-45 was selected with the following characteristics:

• Выходное напряжение: от 60 до 80 кВ;• Output voltage: from 60 to 80 kV;

• Фронт формирования импульса: до 5 нс.• Front of pulse formation: up to 5 ns.

ПЛ имеет волновое сопротивление ρ=50 Ом. В качестве неуправляемого разрядника использовался разрядник РО-48 с пробивным напряжением 50кВ. К моменту запирания разрядника магнитным полем ПЛ напряжение на нем составляло порядка 45кВ, а к моменту прихода волны зарядки, когда магнитное поле исчезает, на разряднике оказываете напряжение около 80кВ.The submarine has a wave impedance ρ = 50 Ohms. As an uncontrolled arrester, a PO-48 arrester with a breakdown voltage of 50 kV was used. By the time the spark gap was locked by the PL magnetic field, the voltage on it was about 45 kV, and by the time the charge wave arrives, when the magnetic field disappears, the voltage on the spark gap is about 80 kV.

Таким образом, генератор высоковольтных импульсов позволяет формировать на нагрузке высоковольтные импульсы определенной длительности и с короткими передним и задним фронтами при упрощении управления временем коммутации разрядника за счет упрощения конструкции по сравнению с прототипом.Thus, the high-voltage pulse generator allows you to generate high-voltage pulses of a certain duration and with short leading and trailing edges on the load while simplifying the control of the switching time of the spark gap due to the simplification of the design in comparison with the prototype.

Claims (1)

Генератор высоковольтных импульсов, содержащий электрически связанные между собой генератор импульсного напряжения, коаксиальную одинарную формирующую линию, разрядный узел, передающую линию и нагрузку, отличающийся тем, что коаксиальная одинарная формирующая линия и разрядный узел функционально разделены на два самостоятельно функционирующих элемента, в качестве разрядного узла использован неуправляемый разрядник, неуправляемый разрядник включен в электрическую цепь между одинарной формирующей линией и нагрузкой, при этом неуправляемый разрядник расположен в полосковой линии, один конец которой подключен к генератору постоянного напряжения через зарядное сопротивление, а на другом ее конце размещен закорачивающий разрядник, причем ось неуправляемого разрядника ориентирована вдоль полосковой линии, неуправляемый разрядник расположен на расстоянии
Figure 00000023
от закорачивающего разрядника, где τ - требуемая длительность формируемого электрического импульса, ν - скорость распространения электромагнитной волны по полосковой линии, а длина одинарной формирующей линии (ОФЛ) составляет
Figure 00000024
.
A high-voltage pulse generator containing an electrically interconnected pulse voltage generator, a coaxial single forming line, a discharge unit, a transmission line and a load, characterized in that the coaxial single forming line and a discharge unit are functionally divided into two independently functioning elements, as the discharge unit is used uncontrolled arrester, uncontrolled arrester is included in the electric circuit between the single forming line and the load, while The discharged arrester is located in a strip line, one end of which is connected to the DC voltage generator through a charging resistance, and a short-circuit arrester is placed at its other end, the axis of the uncontrolled arrester being oriented along the strip line, the uncontrolled arrester is located at a distance
Figure 00000023
from a short-circuit arrester, where τ is the required duration of the generated electric pulse, ν is the propagation velocity of the electromagnetic wave along the strip line, and the length of the single forming line (OFL) is
Figure 00000024
.
RU2018112534A 2018-04-06 2018-04-06 High-voltage pulse generator RU2682305C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112534A RU2682305C1 (en) 2018-04-06 2018-04-06 High-voltage pulse generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112534A RU2682305C1 (en) 2018-04-06 2018-04-06 High-voltage pulse generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682305C1 true RU2682305C1 (en) 2019-03-18

Family

ID=65805724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018112534A RU2682305C1 (en) 2018-04-06 2018-04-06 High-voltage pulse generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2682305C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU198711U1 (en) * 2020-03-20 2020-07-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") HIGH VOLTAGE PULSE GENERATOR

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2167491C2 (en) * 1999-08-18 2001-05-20 Институт сильноточной электроники СО РАН High-voltage pulse generator
US6355992B1 (en) * 1998-08-11 2002-03-12 Utron Inc. High voltage pulse generator
RU2181925C2 (en) * 2000-02-09 2002-04-27 Институт сильноточной электроники СО РАН High-voltage pulse generator
RU2305364C1 (en) * 2006-04-11 2007-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" (ФГУП НИИИТ) Generator of high potential voltage impulses of picosecond duration
RU2340081C1 (en) * 2007-04-25 2008-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Научно-исследовательский институт высоких напряжений Submerged electrical-discharge generator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6355992B1 (en) * 1998-08-11 2002-03-12 Utron Inc. High voltage pulse generator
RU2167491C2 (en) * 1999-08-18 2001-05-20 Институт сильноточной электроники СО РАН High-voltage pulse generator
RU2181925C2 (en) * 2000-02-09 2002-04-27 Институт сильноточной электроники СО РАН High-voltage pulse generator
RU2305364C1 (en) * 2006-04-11 2007-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" (ФГУП НИИИТ) Generator of high potential voltage impulses of picosecond duration
RU2340081C1 (en) * 2007-04-25 2008-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Научно-исследовательский институт высоких напряжений Submerged electrical-discharge generator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU198711U1 (en) * 2020-03-20 2020-07-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") HIGH VOLTAGE PULSE GENERATOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4275317A (en) Pulse switching for high energy lasers
US4422013A (en) MPD Intense beam pulser
Lisitsyn et al. Drilling and demolition of rocks by pulsed power
Savage et al. Status of the Z pulsed power driver
RU2682305C1 (en) High-voltage pulse generator
US4975921A (en) Integrated prepulse circuits for efficient excitation of gas lasers
Heeren et al. 250 kV sub-nanosecond pulse generator with adjustable pulse-width
US2470550A (en) Pulse producing apparatus
CN109672358B (en) Nanosecond leading edge bipolar high-voltage pulse generation device
RU2382488C1 (en) Device for generating subnanosecond pulses
RU2746052C1 (en) Method for forming a current pulse in the load of the inductive electromagnetic energy storage
Zherlitsyn et al. Multichannel switching in a multigap gas switch at atmospheric pressure
RU2292112C1 (en) Device for generating subnanosecond pulses
Kanaeva et al. A high-voltage pulse generator for electric-discharge technologies
Deng et al. A nanosecond pulse generator for intracellular electromanipulation
SU410502A1 (en)
EP0403059B1 (en) High voltage switch assembly
Molchanov et al. A new gas switch for low-inductance capacitor-switch assemblies
RU2110143C1 (en) Method and device for generating high-voltage pulses
RU2559022C1 (en) Pulse ionic accelerator
RU2705207C2 (en) Electron accelerator based on ferroelectric plasma cathode
RU2660597C1 (en) High-voltage pulse generator for electric discharge technologies
Xi et al. A pulse current generator for dense plasma focus
RU2199818C2 (en) Ultrashort high-voltage pulse shaping device
Rahaman et al. Parallel operation of four spark gaps in a pulser system