RU2754358C1 - Pulse voltage generator - Google Patents
Pulse voltage generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2754358C1 RU2754358C1 RU2021100849A RU2021100849A RU2754358C1 RU 2754358 C1 RU2754358 C1 RU 2754358C1 RU 2021100849 A RU2021100849 A RU 2021100849A RU 2021100849 A RU2021100849 A RU 2021100849A RU 2754358 C1 RU2754358 C1 RU 2754358C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitors
- stages
- generator
- dielectric
- assemblies
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
- H03K3/537—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a spark gap
Landscapes
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в ускорителях прямого действия, предназначенных для регистрации быстропротекающих процессов (например, для импульсной рентгенографии) в полигонных условиях.The invention relates to high-voltage pulsed technology and can be used in direct-action accelerators designed to register fast processes (for example, for pulse radiography) in polygon conditions.
Обзор найденных при поиске источников по генераторам импульсных напряжений (ГИН) показывает, что в мегавольтном диапазоне выходных напряжений наиболее компактными и энергоемкими конструкциями обладают ГИН, собранные по схеме Аркадьева-Маркса. Однако не все из них пригодны в качестве импульсных источников для ускорителей, используемых для импульсной рентгенографии. Значительная часть этих ускорителей относится к ускорителям прямого действия и содержит генератор высоковольтных импульсов, подключенный непосредственно к двухэлектродной ускорительной трубке со взрывоэмиссионным катодом. Для эффективной работы взрывоэмиссионного катода и обеспечения минимальной длительности импульсов тормозного излучения, ГИН ускорителя должен обладать минимальной индуктивностью разрядного контура. Кроме того, импульсная рентгенография часто производится в полигонных условиях, поэтому ГИН должен работать в широком диапазоне температур и обладать стабильностью настроек, устойчивостью к вибрациям и ударам, а также отличаться простотой обслуживания, сборки и разборки. Большое значение также имеет технологичность изготовления ГИН с наименьшими затратами материальных ресурсов и рабочего времени.A review of the sources found in the search for pulse voltage generators (GVPs) shows that in the megavolt range of output voltages, GGPs, assembled according to the Arkadiev-Marx scheme, have the most compact and energy-intensive designs. However, not all of them are suitable as pulsed sources for accelerators used for pulsed radiography. A significant part of these accelerators are direct-action accelerators and contain a high-voltage pulse generator connected directly to a two-electrode accelerating tube with an explosive-emission cathode. For efficient operation of the explosive-emission cathode and ensuring the minimum duration of bremsstrahlung pulses, the GVP of the accelerator must have a minimum inductance of the discharge circuit. In addition, pulsed radiography is often performed in field conditions, therefore, the GVP must operate in a wide temperature range and have stability of settings, resistance to vibrations and shocks, and also be distinguished by ease of maintenance, assembly and disassembly. Also of great importance is the manufacturability of GIN manufacturing with the least expenditure of material resources and working time.
Известен генератор Аркадьева-Маркса (Патент US №6060791 A, "Ultra-compact Marx-type high voltage generator", H02M 3/18, David A. Goerz et al., опубликовано 09.05.2000), содержащий низкопрофильные высоковольтные керамические конденсаторы кольцевой формы и расположенные соосно с ними низкопрофильные низкоиндуктивные высоковольтные газовые разрядники под давлением. Конденсаторы и разрядники объединены в колонну с очень плотной компоновкой и малой индуктивностью, что позволяет использовать данный ГИН для импульсной рентгенографии.Known generator Arkadiev-Marx (US Patent No. 6060791 A, "Ultra-compact Marx-type high voltage generator", H02M 3/18, David A. Goerz et al., Published 09.05.2000), containing low-profile high-voltage ceramic capacitors of ring shape and coaxially located low-profile, low-inductance, high-voltage, pressure gas arresters. Capacitors and spark gaps are combined into a column with a very dense arrangement and low inductance, which makes it possible to use this PVG for pulsed radiography.
Недостатком данной конструкции являются большие межкаскадные емкости вследствие малого расстояния между соседними каскадами. Для компенсации этого недостатка, который приводит к снижению надежности срабатывания ГИН, в данном техническом решении используются дополнительные конденсаторные столбы, которые увеличивают емкость каскадов на корпус. При этом конденсаторные столбы расположены за пределами колонны и значительно увеличивают поперечные размеры корпуса ГИН. Кроме того, применение каскадных конденсаторов специальной формы, предназначенных только для данного ГИН, делает данное устройство нетехнологичным при штучном производстве и не позволяет оперативно изменять емкость каскадов.The disadvantage of this design is the large interstage capacities due to the small distance between adjacent stages. To compensate for this drawback, which leads to a decrease in the reliability of the PVG operation, in this technical solution, additional capacitor columns are used, which increase the capacity of the stages per case. In this case, the condenser columns are located outside the column and significantly increase the transverse dimensions of the PVG body. In addition, the use of cascade capacitors of a special shape, designed only for this GVP, makes this device low-tech for piece production and does not allow to quickly change the capacitance of the cascades.
Известен генератор Аркадьева-Маркса с масляной изоляцией (B.C. Гладков и др. "Мегавольтный частотный генератор импульсов", ПТЭ, 2009, №3, с. 53-58), содержащий однотипные каскады с конденсатором и разрядником в каждом каскаде. Как и предыдущий аналог, этот ГИН также обладает плотной компоновкой и низкой индуктивностью разрядного контура благодаря применению плоских бумажно-масляных конденсаторов и также низкопрофильных разрядников.Known generator Arkadiev-Marx with oil insulation (B.C. Gladkov et al. "Megavolt frequency pulse generator", PTE, 2009, No. 3, pp. 53-58), containing the same type of stages with a capacitor and a spark gap in each stage. Like the previous analogue, this GVP also has a dense layout and low inductance of the discharge circuit due to the use of flat paper-oil capacitors and also low-profile arresters.
Недостатками этого генератора также являются большие межкаскадные емкости. Негативное влияние этих емкостей на надежность срабатывания ГИН компенсируется применением пяти управляемых разрядников, что приводит к усложнению конструкции. К тому же плоские бумажно-масляные конденсаторы имеют квадратную форму с острыми неэкранированными углами, которые могут провоцировать несанкционированные пробои и тем самым ограничивают предельное выходное напряжение ГИН даже при наличии запаса по электропрочности самих конденсаторов. Использование масляной изоляции снижает надежность генератора при работе в полевых условиях.The disadvantages of this generator are also large interstage capacities. The negative impact of these capacities on the reliability of the PVG operation is compensated by the use of five controlled arresters, which leads to a complication of the design. In addition, flat paper-oil capacitors have a square shape with sharp unshielded corners, which can provoke unauthorized breakdowns and thereby limit the maximum output voltage of the GVP even if there is a margin for the electrical strength of the capacitors themselves. The use of oil insulation reduces the reliability of the generator when operating in the field.
Наиболее близким к заявляемому является генератор Аркадьева-Маркса с высокой плотностью компоновки (патент RU №2576383, Н03K 3/00 "Генератор Аркадьева-Маркса". Юрьев А.Л. и др., опубл. 10.03.2016), содержащий несколько каскадов с керамическими конденсаторами и разрядником в каждом каскаде, а также импульсный трансформатор и зарядные столбы катушек индуктивности. Каскады закреплены на стойке, состоящей из двух диэлектрических параллельных пластин и расположенной вдоль оси генератора. Все элементы генератора расположены в металлическом герметичном корпусе, заполненном трансформаторным маслом, оси разрядников и конденсаторов параллельны друг другу и перпендикулярны оси ГИН, катушки индуктивности расположены вдоль оси генератора. Керамические конденсаторы снабжены экранами со скругленными краями. Экраны защищают конденсаторы высокопотенциальных каскадов от пробоев их на корпус ГИН. Первый каскад выполнен с управляемым разрядником, что позволило повысить стабильность выходных напряжений и надежность срабатывания ГИН.The closest to the claimed generator is the Arkadiev-Marx generator with a high packing density (patent RU No. 2576383, Н03K 3/00 "Arkadiev-Marx generator". Yuriev AL et al., Published 03/10/2016), containing several cascades with ceramic capacitors and a spark gap in each stage, as well as a pulse transformer and charging poles of inductors. The cascades are fixed on a rack consisting of two dielectric parallel plates and located along the generator axis. All elements of the generator are located in a sealed metal case filled with transformer oil, the axes of the arresters and capacitors are parallel to each other and perpendicular to the GVP axis, the inductance coils are located along the generator axis. Ceramic capacitors have rounded-edge shields. The screens protect the capacitors of the high-potential stages from their breakdown to the GVP case. The first stage is made with a controlled spark gap, which made it possible to increase the stability of the output voltages and the reliability of the PVG operation.
Основным недостатком устройства по прототипу является недостаточная в ряде случаев емкость и запасенная энергия разрядного контура. Увеличение емкости каскадов путем параллельного соединения большего количества конденсаторов при заявленной компоновке устройства приведет к ухудшению массогабаритных показателей. Кроме того, применение масляной изоляции снижает надежность работы ГИН в полигонных условиях, использование отпаянных газовых разрядников с неизменным напряжением пробоя делает невозможным оперативную регулировку выходного напряжения, а обслуживание ГИН с целью настройки и ремонта усложняется тем, что для доступа к отдельным узлам и элементам приходится разбирать все каскады ГИН.The main disadvantage of the device according to the prototype is the insufficient capacity and stored energy of the discharge circuit in some cases. Increasing the capacitance of the cascades by connecting a larger number of capacitors in parallel with the declared arrangement of the device will lead to a deterioration in weight and dimensions. In addition, the use of oil insulation reduces the reliability of the GVP in polygon conditions, the use of sealed gas spark gaps with a constant breakdown voltage makes it impossible to quickly adjust the output voltage, and maintenance of the GVP for the purpose of tuning and repair is complicated by the fact that to access individual nodes and elements it is necessary to disassemble all GIN cascades.
Задачей данного изобретения является создание компактного наносекундного генератора импульсных напряжений мегавольтного диапазона с увеличенной энергией в разрядном контуре и возможностью оперативной регулировки выходного напряжения, работающего в полевых условиях с высокой надежностью и простотой обслуживания.The objective of this invention is to create a compact nanosecond pulse voltage generator of the megavolt range with increased energy in the discharge circuit and the ability to quickly adjust the output voltage, operating in the field with high reliability and ease of maintenance.
Техническим результатом является расширение эксплуатационных возможностей за счет увеличения емкости разрядного контура, обеспечения эффективной экранировки высокопотенциальных узлов и элементов ГИН, ликвидации последствий возможных искрений сильноточных контактных соединений, обеспечения простоты доступа к любому узлу или элементу. Дополнительным техническим результатом является возможность оперативно регулировать напряжения пробоя коммутирующих разрядников ГИН.The technical result is the expansion of operational capabilities by increasing the capacity of the discharge circuit, ensuring effective shielding of high-potential nodes and elements of the GVP, eliminating the consequences of possible arcing of high-current contact connections, ensuring ease of access to any node or element. An additional technical result is the ability to quickly regulate the breakdown voltage of the GVP switching spark gaps.
Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным компактным генератором импульсных напряжений, содержащим несколько каскадов с конденсаторами и разрядником в каждом каскаде, зарядные столбы катушек индуктивности, расположенные вдоль оси генератора между стенками корпуса и элементами каскадов, при этом все элементы генератора расположены в изолирующей среде в герметичном металлическом корпусе, каскады закреплены на диэлектрической стойке, разрядник по меньшей мере первого каскада выполнен управляемым, конденсаторы каскадов снабжены защитными металлическими экранами со скругленными краями, новым является то, что изолирующей средой является сжатый газ, стойка выполнена в виде центральной пластины, на которой в шахматном порядке расположены каскады, конденсаторы объединены в последовательно-параллельные сборки и установлены на дополнительных пластинах, расположенных с боков стойки перпендикулярно к ней и оси генератора, пластины прикреплены к стойке диэлектрическими винтами и усилены с боков плоскими диэлектрическими элементами, на пластинах попарно и симметрично относительно их плоскостей закреплены конденсаторы, внутренние выводы пар конденсаторов соединены металлическими шпильками, внешние выводы конденсаторных сборок параллельно соединены металлическими соединительными шинами, разрядники закреплены диэлектрическими винтами на стойке перпендикулярно к ней и электрически соединены с конденсаторными сборками при помощи цилиндрических штырей, входящих в цанговые контакты на соединительных шинах сборок смежных каскадов, зарядка конденсаторов каскадов обеспечивается через два потенциальных и два заземленных столба катушек индуктивности.The specified technical result is achieved by the fact that, in comparison with the known compact generator of pulse voltages, containing several stages with capacitors and a spark gap in each stage, charging columns of inductance coils located along the axis of the generator between the walls of the case and the elements of the cascades, while all elements of the generator are located in insulating medium in a sealed metal case, the cascades are fixed on a dielectric stand, the spark gap of at least the first cascade is controllable, the capacitors of the cascades are equipped with protective metal screens with rounded edges, new is that the insulating medium is compressed gas, the stand is made in the form of a central plate, on which the cascades are staggered, the capacitors are combined in series-parallel assemblies and installed on additional plates located on the sides of the rack perpendicular to it and the generator axis, the plates are attached to the dielectric rack screws and reinforced from the sides with flat dielectric elements, capacitors are fixed on the plates in pairs and symmetrically relative to their planes, the internal leads of the pairs of capacitors are connected by metal pins, the external leads of the capacitor assemblies are connected in parallel with metal connecting bars, the spark gaps are fixed with dielectric screws on the rack perpendicular to it and electrically connected to the capacitor assemblies using cylindrical pins entering the collet contacts on the connecting buses of the assemblies of adjacent cascades, the capacitors of the cascades are charged through two potential and two grounded columns of the inductance coils.
Применение сжатого газа в качестве изолирующей среды генератора позволяет повысить надежность работы устройства ввиду того, что электропрочность газа значительно меньше зависит от окружающей температуры по сравнению с трансформаторным маслом. Возможные искрения сильноточных контактов в газе не будут являться причиной уменьшения надежности генератора, поскольку, в отличие от искрений в масле, не приводят к накоплению продуктов разложения в виде пузырьков с низкой электропрочностью. Кроме того, при условии использования этого же газа в качестве рабочей среды для коммутирующих разрядников ГИН, для изменения его выходного напряжения достаточно изменить давление или состав газа внутри генератора.The use of compressed gas as the insulating medium of the generator makes it possible to increase the reliability of the device operation due to the fact that the electrical strength of the gas is much less dependent on the ambient temperature compared to transformer oil. Possible arcing of high-current contacts in gas will not cause a decrease in the reliability of the generator, since, unlike arcing in oil, they do not lead to the accumulation of decomposition products in the form of bubbles with low electrical strength. In addition, provided that the same gas is used as a working medium for the switching arresters of the GVP, in order to change its output voltage, it is sufficient to change the pressure or composition of the gas inside the generator.
Выполнение стойки, на которой закреплены каскады генератора, в виде одной центральной диэлектрической пластины, значительно облегчает доступ к каждому отдельному каскаду. При необходимости можно извлекать любой разрядник, конденсаторную сборку и т.д. без разборки всего устройства. Это упрощает обслуживание генератора и процесс сборки-разборки в случае необходимости замены или ремонта любого элемента или узла.The design of the rack, on which the generator stages are fixed, in the form of one central dielectric plate, greatly facilitates access to each individual stage. If necessary, you can remove any arrester, capacitor assembly, etc. without disassembling the entire device. This simplifies the maintenance of the generator and the process of assembly and disassembly in case of need to replace or repair any element or assembly.
Расположение каскадов в шахматном порядке позволяет максимально снизить межкаскадные емкости и этим повысить надежность работы генератора без обязательного применения таких дополнительных мер, как использование управляемых разрядников в нескольких первых каскадах, увеличение емкости каскадов на корпус и т.д. К тому же расположенные друг напротив друга дугообразные сборки конденсаторов с экранами образуют внутреннюю область, защищенную от воздействия внешнего электрического поля, возникающего при срабатывании генератора. Расположение разрядников и стойки внутри этой области позволяет предотвратить пробои вдоль изолятора разрядников, по поверхности диэлектрической стойки и т.п., что способствует повышению надежности генератора.The staggered arrangement of the cascades makes it possible to reduce the interstage capacitances as much as possible and thereby increase the reliability of the generator without the obligatory use of such additional measures as the use of controlled spark gaps in the first few stages, an increase in the capacitance of the cascades per case, etc. In addition, the arcuate capacitor assemblies with screens located opposite each other form an internal area protected from the influence of an external electric field that occurs when the generator is triggered. The arrangement of the arresters and the posts inside this area prevents breakdowns along the insulator of the arresters, along the surface of the dielectric post, etc., which contributes to increasing the reliability of the generator.
Закрепление конденсаторов каскада металлическими шпильками на дополнительной диэлектрической пластине, установленной перпендикулярно стойке, дает возможность обеспечить как плотную компоновку конденсаторных сборок, так и простоту их сборки и разборки. Усиление крепежа дополнительных пластин к стойке боковыми диэлектрическими элементами (например, треугольными косынками из листового органического стекла) производится для повышения прочности всей конструкции при переходе от стойки с двумя пластинами, как у прототипа, к стойке, представляющую собой одну пластину.Fastening the cascade capacitors with metal pins on an additional dielectric plate installed perpendicular to the rack makes it possible to ensure both a tight arrangement of capacitor assemblies and their ease of assembly and disassembly. Reinforcement of the fastening of additional plates to the rack with lateral dielectric elements (for example, triangular gussets made of sheet organic glass) is performed to increase the strength of the entire structure when moving from a rack with two plates, as in the prototype, to a rack, which is a single plate.
Закрепление разрядников диэлектрическими винтами на центральной стойке перпендикулярно оси генератора обеспечивает надежную электропрочность и высокую механическую прочность конструкции, а также простоту монтажа генератора. Последнему также способствует включение разрядника в схему при помощи цанговых соединений, образованных цилиндрическими штырями на разрядниках и цанговыми контактами на дугообразных шинах соседних каскадов. При необходимости достать разрядник требуется только снять одну конденсаторную сборку, две катушки индуктивности и вынуть разрядник, выкрутив его крепежные винты. Все операции сборки и разборки могут производиться отверткой и гаечным ключом без применения пайки.Fixing the arresters with dielectric screws on the central post perpendicular to the generator axis provides reliable electrical strength and high mechanical strength of the structure, as well as ease of installation of the generator. The latter is also facilitated by the inclusion of the arrester into the circuit using collet connections formed by cylindrical pins on the arresters and collet contacts on the arcuate buses of adjacent stages. If it is necessary to get the arrester, you only need to remove one capacitor assembly, two inductors and remove the arrester by unscrewing its fastening screws. All assembly and disassembly operations can be performed with a screwdriver and wrench without soldering.
Наличие двух потенциальных и двух заземленных столбов катушек индуктивности для зарядки каскадов (в отличие от устройства по прототипу, в котором используются только один потенциальный и один заземленный столбы катушек индуктивности) позволяет избежать зигзагообразного расположения катушек при расположении каскадов генератора в шахматном порядке. Такое решение позволяет практически избежать выступания катушек за пределы каскадов и этим способствует плотности компоновки генератора.The presence of two potential and two grounded poles of inductance coils for charging the cascades (in contrast to the device according to the prototype, which uses only one potential and one grounded poles of inductance coils) avoids a zigzag arrangement of the coils when the generator cascades are staggered. This solution makes it possible to practically avoid the protrusion of the coils outside the cascades and thereby contributes to the density of the generator layout.
Таким образом, в данном изобретении использование перечисленных отличительных признаков приводит к требуемому техническому результату.Thus, in this invention, the use of the listed distinctive features leads to the required technical result.
На фиг. 1 приведена электрическая схема генератора, где:FIG. 1 shows the electrical diagram of the generator, where:
L1 и L2 - зарядные катушки индуктивности; индуктивность и длина катушек L2 в 2 раза больше тех же параметров катушек L1;L 1 and L 2 - charging inductors; the inductance and length of the coils L 2 are 2 times the same parameters of the coils L 1 ;
С - энергозапасающие конденсаторные сборки каскадов генератора;C - energy storage capacitor assemblies of the generator stages;
ИТ - импульсный трансформатор для зарядки каскадов;IT - pulse transformer for charging cascades;
УР - управляемый разрядник первого каскада;UR - controlled arrester of the first stage;
Р - неуправляемые разрядники;Р - uncontrolled arresters;
ВВ - высоковольтный вывод. На фиг. 2 и фиг. 3 показаны конструкция заявляемого компактного генератора импульсных напряжений, а также конструкция, расположение и соединение узлов смежных каскадов, где:BB - high voltage output. FIG. 2 and FIG. 3 shows the design of the proposed compact pulse voltage generator, as well as the design, location and connection of nodes of adjacent stages, where:
1 - центральная стойка;1 - central rack;
2 - конденсаторные сборки;2 - capacitor assemblies;
3 - управляемый разрядник;3 - controlled spark gap;
4 - неуправляемые разрядники;4 - uncontrolled arresters;
5 - дополнительные диэлектрические пластины;5 - additional dielectric plates;
6 - основание;6 - base;
7 - узел крепления стойки;7 - rack attachment unit;
8 - плоские диэлектрические элементы;8 - flat dielectric elements;
9 - короткие катушки индуктивности L1;9 - short inductors L 1 ;
10 - длинные катушки индуктивности L2;10 - long inductors L 2 ;
11 - диэлектрические винты для закрепления разрядника;11 - dielectric screws for fixing the arrester;
12 - металлические шпильки;12 - metal pins;
13 - металлические соединительные шины;13 - metal connecting busbars;
14 - соединительные штыри разрядников;14 - arrester connecting pins;
15 - цанговые контакты;15 - collet contacts;
16 - высоковольтный вывод генератора;16 - high-voltage output of the generator;
17 - энергозапасающие конденсаторы каскада;17 - energy storage capacitors of the cascade;
18 - металлические экраны.18 - metal screens.
На фиг. 1 показана схема заявляемого компактного генератора импульсных напряжений. Генератор собран по схеме Аркадьева-Маркса с двумя потенциальными и двумя заземленными столбами катушек индуктивности. На схеме эти столбы представлены четырьмя горизонтальными цепочками последовательно соединенных индуктивных элементов L1 и L2. Анализ схемы показывает, что после срабатывания генератора элементы L1 подвергаются воздействию импульса напряжения, амплитуда которого равна напряжению зарядки каскадов генератора. На элементах L2 выделяется импульс напряжения с амплитудой вдвое больше, поэтому длина и индуктивность катушек L2 также в 2 раза больше, чем у катушек L1.FIG. 1 shows a diagram of the inventive compact pulse voltage generator. The generator is assembled according to the Arkadiev-Marx scheme with two potential and two grounded poles of inductors. In the diagram, these pillars are represented by four horizontal chains of inductive elements L 1 and L 2 connected in series. The analysis of the circuit shows that after the generator is triggered, the elements L 1 are exposed to a voltage pulse, the amplitude of which is equal to the charging voltage of the generator stages. On the L 2 elements, a voltage pulse with an amplitude is twice as large, therefore the length and inductance of the L 2 coils are also 2 times greater than that of the L 1 coils.
Примером конкретной реализации заявляемого устройства является десятикаскадный ГИН Аркадьева-Маркса, конструкция которого приведена на фиг. 2 (корпус не показан). Каскады ГИН закреплены на общей центральной стойке 1, все элементы ГИН расположены в стальном цилиндрическом корпусе, заполненном азотом или смесью азота с элегазом при давлении до 12 атм. Каждый каскад генератора содержит конденсаторную сборку 2 из шести конденсаторов и коммутирующий разрядник. В первом каскаде установлен управляемый разрядник 3, во всех остальных - неуправляемые разрядники 4. Внутренние полости разрядников сообщаются с объемом ГИН. Конденсаторные сборки установлены на дополнительных диэлектрических пластинах 5. Пластины 5 закреплены на центральной стойке 1, сама стойка закреплена на основании 6 из капролона при помощи узла крепления 7. Для повышения прочности пластин 5 их крепление усилено плоскими диэлектрическими элементами (треугольными косынками) 8. Элементы 1, 5, 8 выполнены из листового органического стекла. Зарядка каскадов генератора осуществляется через короткие катушки индуктивности 9 и длинные катушки 10 (на схеме они представлены элементами L1 и L2), образующие два потенциальных и два заземленных столба, расположенные вдоль оси генератора по обе стороны центральной стойки. Разрядники установлены на стойке при помощи диэлектрических винтов 11, конденсаторы закреплены на пластинах 5 стальными шпильками 12. Внешние выводы конденсаторных сборок 2 параллельно соединены металлическими соединительными шинами 13. Соединение разрядников с конденсаторными сборками 2 осуществляется при помощи штырей 14 на разрядниках и цанговых контактов 15, установленных на шинах 13. Выходное напряжение генератора выводится через высоковольтный вывод 16. Все элементы и узлы генератора располагаются в герметичном корпусе, заполненном сжатым азотом.An example of a specific implementation of the claimed device is a ten-stage GIN Arkadiev-Marx, the design of which is shown in Fig. 2 (body not shown). The GVP cascades are fixed on a common
В качестве энергозапасающих конденсаторов использованы керамические конденсаторы FHV-12AN емкостью 2.12 нФ и с рабочим напряжением 50 кВ. Конденсаторная сборка одного каскада содержит три пары конденсаторов, соединенных последовательно, наружные выводы пар соединены параллельно. Емкость сборки 3.18 нФ, рабочее напряжение до 100 кВ. Соответственно, емкость в ударе ГИН составит 318 пФ. Амплитуда выходного импульса напряжения может регулироваться путем изменения давления и состава газа, используемого в качестве изолирующей среды ГИН. При использовании чистого азота, выходное напряжение ГИН на холостом ходу составит 0.5 MB при давлении 0.6 МПа и 1 MB при давлении 1.2 МПа. Длина ГИН без корпуса составляет 1100 мм, диаметр 240 мм. Реализация заявляемого устройства заключается в более чем трехкратном увеличении запасенной энергии по сравнению с прототипом при сохранении плотной компоновки узлов и элементов, а также в повышении надежности ГИН и обеспечении простоты обслуживания, в том числе в полигонных условиях.Ceramic capacitors FHV-12AN with a capacity of 2.12 nF and an operating voltage of 50 kV were used as energy storage capacitors. The capacitor assembly of one stage contains three pairs of capacitors connected in series, the outer terminals of the pairs are connected in parallel. Assembly capacity 3.18 nF, operating voltage up to 100 kV. Accordingly, the capacitance in the impact of the GVP will be 318 pF. The amplitude of the output voltage pulse can be adjusted by changing the pressure and composition of the gas used as the insulating medium of the PVG. When pure nitrogen is used, the output voltage of the PVG at no-load will be 0.5 MB at a pressure of 0.6 MPa and 1 MB at a pressure of 1.2 MPa. The length of the GIN without the case is 1100 mm, the diameter is 240 mm. The implementation of the proposed device consists in more than a threefold increase in the stored energy in comparison with the prototype while maintaining a dense arrangement of nodes and elements, as well as in increasing the reliability of the GIN and ensuring ease of maintenance, including in field conditions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021100849A RU2754358C1 (en) | 2021-01-15 | 2021-01-15 | Pulse voltage generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021100849A RU2754358C1 (en) | 2021-01-15 | 2021-01-15 | Pulse voltage generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2754358C1 true RU2754358C1 (en) | 2021-09-01 |
Family
ID=77670109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021100849A RU2754358C1 (en) | 2021-01-15 | 2021-01-15 | Pulse voltage generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2754358C1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5444308A (en) * | 1993-06-04 | 1995-08-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Nanosecond transmission line charging apparatus |
| RU2091980C1 (en) * | 1995-04-21 | 1997-09-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Voltage pulse generator |
| US6060791A (en) * | 1998-03-03 | 2000-05-09 | The Regents Of The University Of California | Ultra-compact Marx-type high-voltage generator |
| US6281603B1 (en) * | 1998-11-30 | 2001-08-28 | Bae Systems Electronics Limited | Pulse line generators |
| RU2382488C1 (en) * | 2008-12-11 | 2010-02-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Эра" | Device for generating subnanosecond pulses |
| 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) |
| RU2576383C2 (en) * | 2014-06-24 | 2016-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Arkadyev-marks generator |
-
2021
- 2021-01-15 RU RU2021100849A patent/RU2754358C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5444308A (en) * | 1993-06-04 | 1995-08-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Nanosecond transmission line charging apparatus |
| RU2091980C1 (en) * | 1995-04-21 | 1997-09-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Voltage pulse generator |
| US6060791A (en) * | 1998-03-03 | 2000-05-09 | The Regents Of The University Of California | Ultra-compact Marx-type high-voltage generator |
| US6281603B1 (en) * | 1998-11-30 | 2001-08-28 | Bae Systems Electronics Limited | Pulse line generators |
| RU2382488C1 (en) * | 2008-12-11 | 2010-02-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Эра" | Device for generating subnanosecond pulses |
| 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) |
| RU2576383C2 (en) * | 2014-06-24 | 2016-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Arkadyev-marks generator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1165850A (en) | Excitation system for a fast pulsed discharge | |
| US7939971B2 (en) | Method for generating intensive high-voltage pulses for industrial use and associated circuit | |
| US8212417B2 (en) | High-voltage switch having parallel spark gaps each with a serially connected fuse and use thereof for a microwave generator | |
| RU2317637C1 (en) | Impulse voltage generator | |
| RU2754358C1 (en) | Pulse voltage generator | |
| Song et al. | A compact low jitter high power repetitive long-pulse relativistic electron beam source | |
| US10396764B2 (en) | High-voltage pulse generator | |
| Ariztia et al. | Development and test of a 500-kV compact Marx generator operating at 100-Hz PRF | |
| Warren et al. | Vacuum switch trigger delay characteristics | |
| Tie et al. | Note: Design and investigation of a multichannel plasma-jet triggered gas switch | |
| Liu | Comparison of gas spark switch trigger methods through resistor and inductor for FLTD | |
| RU2091980C1 (en) | Voltage pulse generator | |
| US3783289A (en) | Marx surge pulser having stray capacitance which is high for input stages and low for output stages | |
| Hongtao et al. | Development of a 4 MV laser-triggered multi-stage switch | |
| Zhang et al. | A three-electrode gas switch triggered by microhollow cathode discharge with low trigger voltage | |
| RU2576383C2 (en) | Arkadyev-marks generator | |
| RU202843U1 (en) | HIGH VOLTAGE HIGH CURRENT PULSE INDUCTOR | |
| RU2050708C1 (en) | X-ray pulse generator | |
| Kim et al. | Linear transformer driver with a 750-kA current and a 400-ns current risetime | |
| Liu et al. | Development of a sub-nanosecond jitter eight-output 150-KV trigger generator | |
| SU838843A1 (en) | Gas-filled controllable discharger | |
| RU2340990C2 (en) | Te-laser electrode system | |
| RU2226031C2 (en) | High-voltage pulse generator | |
| US3912986A (en) | High voltage capacitor | |
| SU1173525A1 (en) | Double-circuit generator of pulse current for electric hydraulic installations |