RU48682U1

RU48682U1 - PULSE CURRENT GENERATOR

Info

Publication number: RU48682U1
Application number: RU2005110610/22U
Authority: RU
Inventors: Д.В. Пресняков; П.Н. Буренков; В.Г. Корнилов; В.И. Челпанов; Д.Н. Поздяев
Original assignee: Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2005-10-27

Abstract

Область техники. Полезная модель относится к сильноточной импульсной технике и может быть использована в электрофизических установках для получения мощных электромагнитных импульсов с длительностью импульса в несколько десятков наносекунд, рентгеновского излучения и т.д. Сущность полезной модели. Генератор импульсных токов содержит по крайней мере один блок, разделенный на рабочие секции, каждая из которых представляет собой емкостный накопитель, а также электрически связанное с рабочими секциями пусковое устройство и зарядное устройство. Новым в заявляемом генераторе является то, что в состав блока встроена пусковая секция, соединенная с рабочими секциями кабельными линиями одинаковой длины и коммутируемая общим пусковым устройством с обеспечением одновременной коммутации рабочих секций, а в качестве общей части пускового устройства использован одноэлементный пусковой генератор. В генераторе импульсных токов одноэлементный пусковой генератор, входящий в общую часть пускового устройства, может быть соединен с встроенными пусковыми секциями каждого из блоков кабельными линиями одинаковой длины. В генераторе пусковое устройство может быть связано с общим единым зарядным устройством, обеспечивающим зарядку до одного напряжения емкостных накопителей рабочих и пусковой секций блока. Генератор импульсных токов может отличаться тем что, пусковая секция представляет собой конденсаторную батарею, коммутируемую пусковым устройством через искровой разрядник. Технический результат. Технический результат заключается в упрощении схемы синхронной коммутации секций блока генератора, снижении индуктивности общего контура.The field of technology. The utility model relates to high-current pulsed technology and can be used in electrophysical installations to produce powerful electromagnetic pulses with a pulse duration of several tens of nanoseconds, x-rays, etc. The essence of the utility model. The pulse current generator contains at least one unit divided into working sections, each of which is a capacitive storage, as well as a starting device and a charger electrically connected to the working sections. What is new in the claimed generator is that the start-up section is integrated into the unit, connected to the working sections by cable lines of the same length and switched by a common starting device to ensure simultaneous switching of the working sections, and a single-element starting generator is used as a common part of the starting device. In a pulse current generator, a single-element starting generator, which is part of the common part of the starting device, can be connected to the built-in starting sections of each of the blocks by cable lines of the same length. In the generator, the starting device can be connected with a common single charger providing charging up to one voltage of the capacitive storage devices of the working and starting sections of the unit. The pulse current generator may differ in that, the starting section is a capacitor bank, switched by a starting device through a spark gap. The technical result. The technical result consists in simplifying the synchronous switching circuit of sections of the generator block, reducing the inductance of the common circuit.

Description

Полезная модель относится к сильноточной импульсной технике и может быть использована в электрофизических установках для получения мощных электромагнитных импульсов с длительностью импульса в несколько десятков наносекунд, рентгеновского излучения и т.д.The utility model relates to high-current pulsed technology and can be used in electrophysical installations to produce powerful electromagnetic pulses with a pulse duration of several tens of nanoseconds, x-rays, etc.

Известен аналог - генератор импульсных токов (ГИТ), содержащий многоэлементный коммутируемый емкостный накопитель (блок из секций-элементов, представляющих емкостные накопители), зарядные резисторы и выходной электрод [авторское свидетельство SU 1261538, опубликовано БИ №6, 1986 г.]. Его недостатком является высокая индуктивность общего контура, что снижает надежность системы и Соответственно, приводит к снижению выходных параметров токовых импульсов.A known analogue is a pulsed current generator (GIT), containing a multi-element switched capacitive storage (a block of sections-elements representing capacitive storage), charging resistors and an output electrode [copyright certificate SU 1261538, published BI No. 6, 1986]. Its disadvantage is the high inductance of the common circuit, which reduces the reliability of the system and, accordingly, leads to a decrease in the output parameters of current pulses.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является генератор импульсных токов, выполненный по схеме Маркса (Г. А. Месяц, "Генерирование наносекундных импульсов", 1974 г., стр.135), содержащий несколько параллельно заряжаемых и коммутируемых рабочих секций. Секции объединены в блоки емкостных накопителей. Коммутация ГИТ производится от многоэлементного пускового устройства, каждый из элементов которого запускает соответствующую ему рабочую секцию блока емкостных накопителей. При этом зарядка рабочих секций блока происходит от одного зарядного устройства, а зарядка пускового устройства от другого. Его недостатком является сложная схема коммутации генератора, связанная необходимостью жесткой синхронной коммутации секций блока многоэлементным пусковым устройством.Closest to the proposed device is a pulse current generator made according to the Marx scheme (G. A. Mesyats, "Generation of nanosecond pulses", 1974, p. 135), containing several parallel-charged and switched working sections. Sections are combined into capacitive storage units. GIT switching is carried out from a multi-element starting device, each of the elements of which launches the corresponding working section of the capacitive storage unit. In this case, the charging of the working sections of the unit comes from one charger, and the charging of the starting device from another. Its disadvantage is the complicated circuit of switching the generator, associated with the need for rigid synchronous switching of sections of the block with a multi-element starting device.

Задачей предлагаемого устройства является повышение надежности работы генератора импульсного тока, что обеспечит увеличение амплитуды генерируемого им тока. Технический результат заключается в упрощении схемы синхронной коммутации секций блока генератора, снижении индуктивности общего контура.The objective of the proposed device is to increase the reliability of the pulse current generator, which will increase the amplitude of the current generated by it. The technical result consists in simplifying the synchronous switching circuit of sections of the generator block, reducing the inductance of the common circuit.

Технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного ГИТ, содержащего по крайней мере один блок, разделенный на рабочие секции, каждая из которых представляет собой емкостной накопитель, а также электрически связанное с рабочими секциями пусковое устройство и зарядное устройство, в предлагаемом ГИТ новым является то, что в состав блока встроена пусковая секция, соединенная с рабочими секциями кабельными линиями одинаковой длины и коммутируемая общим пусковым The technical result is achieved due to the fact that, in contrast to the well-known GIT, containing at least one unit divided into working sections, each of which is a capacitive storage device, as well as a starting device and a charger electrically connected to the working sections, in the proposed GIT new is that a start-up section is integrated into the unit, connected to the working sections by cable lines of the same length and switched by a common start-up

устройством с обеспечением одновременной коммутации рабочих секций, а в качестве общей части пускового устройства использован одноэлементный пусковой генератор.device with simultaneous switching of the working sections, and as a common part of the starting device, a single-element starting generator is used.

В предлагаемом генераторе коммутация встроенной в блок пусковой секции от общего пускового устройства (общая часть - одноэлементный пусковой генератор) и соединение пусковой секции с рабочими секциями кабельными линиями одинаковой длины обеспечивает возможность одновременного запуска (синхронной коммутации) рабочих секций. Общая схема существенно упрощена за счет упрощения схемы коммутации рабочих секций. Произведена замена сложной схемы коммутации прототипа, включающей многоэлементное пусковое устройство с группой кабельных линий, связывающих секции пускового устройства с соответствующими рабочими секциями блока и вносящих существенный вклад в индуктивность общего контура, на упрощенную схему, включающую соединенную с общим пусковым устройством встроенную пусковую секцию, где в качестве общей части пускового устройства используют одноэлементный пусковой генератор. В этом случае произведенная от одного общего задающего импульса коммутация пусковой секции приводит к одновременному срабатыванию всех рабочих секций блока за счет передачи сигнала по кабельными линиями одинаковой длины.In the proposed generator, switching the starting section integrated in the block from the common starting device (the common part is a single-element starting generator) and connecting the starting section to the working sections with cable lines of the same length enables the simultaneous start (synchronous switching) of the working sections. The general scheme is significantly simplified by simplifying the switching circuit of the working sections. A complex prototype switching circuit, including a multi-element starting device with a group of cable lines connecting sections of the starting device to the corresponding working sections of the unit and making a significant contribution to the inductance of the common circuit, has been replaced by a simplified circuit including an integrated starting section connected to the common starting device, where as a common part of the starting device using a single-element starting generator. In this case, the switching of the starting section made from one common driving pulse leads to the simultaneous operation of all working sections of the block due to the transmission of a signal along cable lines of the same length.

Если генератор импульсных токов состоит из нескольких блоков, разделенных на рабочие секции, одноэлементный генератор, входящий в общую часть пускового устройства, соединен с встроенными пусковыми секциями каждого из блоков генератора импульсных токов кабельными линиями одинаковой длины, что обеспечивает синхронную коммутацию пусковых секций всех блоков.If the pulse current generator consists of several blocks divided into working sections, a single-element generator included in the common part of the starting device is connected to the built-in starting sections of each of the blocks of the pulse current generator by cable lines of the same length, which ensures synchronous switching of the starting sections of all blocks.

Система зарядки пускового устройства, пусковой секции и рабочих секций может быть обеспечена от независимых зарядных устройств, а может быть упрощена путем совмещения функций двух зарядных устройств (прототип) в одном общем едином для генератора зарядном устройстве. Это зарядное устройство связано с пусковой секцией и обеспечивает зарядку до одного напряжения емкостных накопителей рабочих и пусковой секций блока. В тех случаях, когда рабочие секции заряжаются до напряжения большего, чем амплитуда импульса общей части пускового устройства, обеспечивается более надежный и синхронизированный пуск рабочих секций.The charging system of the starting device, starting section and working sections can be provided from independent chargers, and can be simplified by combining the functions of two chargers (prototype) in one common charger uniform for the generator. This charger is connected to the starting section and provides charging up to one voltage of the capacitive storage of the working and starting sections of the unit. In cases where the working sections are charged to a voltage greater than the pulse amplitude of the common part of the starting device, a more reliable and synchronized start of the working sections is ensured.

Удобным с точки зрения упрощения конструкции является использование пусковой секции, представляющей собой конденсаторную батарею, коммутируемую пусковым устройством через искровой разрядник. Встраиваемая пусковая секция может быть дополнительно введена в состав блока как самостоятельный элемент, а может ее функцию взять на себя одна из рабочих секций за счет соответствующего ее подключения в схему.Convenient from the point of view of simplifying the design is the use of the starting section, which is a capacitor bank, switched by a starting device through a spark gap. The built-in starting section can be additionally introduced into the unit as an independent element, or one of the working sections can take on its function due to its corresponding connection to the circuit.

Таким образом, данная конструкция существенно упрощает схему коммутации всего устройства благодаря обеспечению синхронной коммутации секционного блока, что приводит к существенному уменьшению индуктивности общего контура, а, следовательно, и к повышению надежности работы генератора импульсного тока.Thus, this design greatly simplifies the switching scheme of the entire device due to the synchronous switching of the sectional unit, which leads to a significant decrease in the inductance of the common circuit, and, consequently, to increase the reliability of the pulse current generator.

На фиг.1 представлена блок-схема генератора импульсного тока, состоящего из одного секционированного блока.Figure 1 presents a block diagram of a pulsed current generator, consisting of one sectioned unit.

На фиг.2 приведена электрическая схема, отражающая связь между пусковой секцией и рабочей в ГИТ, содержащем два секционированных блока.Figure 2 shows the electrical diagram reflecting the relationship between the starting section and the working in GIT, containing two sectioned blocks.

Генератор по блок - схеме на фиг.1 включает в себя внешнее общее зарядное устройство (5), электрически связанное с одноэлементным пусковым генератором (общей частью пускового устройства) (1). Оно соединено с пусковой секцией (2) блока емкостных накопителей, связанной кабельными линиями одинаковой длины с рабочими секциями (3) блока емкостных накопителей. Устройство подключено к нагрузке (4).The generator according to the block diagram in figure 1 includes an external common charger (5), electrically connected to a single-element starting generator (common part of the starting device) (1). It is connected to the starting section (2) of the capacitive storage unit, connected by cable lines of the same length with the working sections (3) of the capacitive storage unit. The device is connected to the load (4).

Схема реализована следующим образом (фиг.2). В каждый блок емкостных накопителей, организованный по схеме согласно фиг.1, встроена пусковая секция (2), состоящая из конденсаторной батареи С1, резистора R1 и резистора R3. Эта секция связана кабелями равной длины с рабочими секциями (3). Каждая из рабочих секций (3) блока емкостных накопителей состоит из двух разрядников S2, двух рабочих конденсаторов С2 и двух резисторов R2. Зарядка пусковой (2) и рабочих (3) секций осуществляется от единого внешнего зарядного устройства (5). Коммутация пусковой секции происходит от одноэлементного пускового генератора (1) через искровой разрядник.The scheme is implemented as follows (figure 2). In each block of capacitive storage, organized according to the scheme according to figure 1, a start-up section (2) is built-in, consisting of a capacitor bank C1, a resistor R1 and a resistor R3. This section is connected by cables of equal length to the working sections (3). Each of the working sections (3) of the capacitive storage unit consists of two spark gaps S2, two working capacitors C2 and two resistors R2. Starting (2) and working (3) sections are charged from a single external charger (5). Switching the starting section comes from a single-element starting generator (1) through a spark gap.

В реализованной схеме каждый блок содержал девять рабочих секций. Десятая секция, благодаря подключению, работала в режиме пусковой секции. Линия передач сигналов представляла собой кабельную линию типа КВИ-100. Источником энергии служило общее внешнее зарядное устройство, заряжающее пусковую и рабочую секции до одного значения напряжения, пусковая и рабочие секции были соединены кабельными линиями одинаковой длины. В схеме по прототипу пусковое устройство каждого блока состояло из низковольтного генератора, запускающего четыре генератора с выходным напряжением 10 кВ, которые задействовали шестнадцать генераторов с выходным напряжением 45 кВ. Импульсы этих генераторов использовались для коммутации рабочих секций. В предлагаемой схеме низковольтный генератор задействует одноэлементный пусковой генератор с выходным напряжением 45 кВ, а 2 пусковых сигнала последнего запускают две пусковые секции, встроенные в блоки емкостных накопителей. Каждая пусковая секция генерирует девять одновременных импульсов напряжения амплитудой 85...100 кВ.In the implemented scheme, each block contained nine working sections. The tenth section, due to the connection, worked in the launch section mode. The signal transmission line was a cable line of the type KVI-100. The source of energy was a common external charger, charging the starting and working sections to the same voltage value, the starting and working sections were connected by cable lines of the same length. In the prototype circuit, the starting device of each unit consisted of a low-voltage generator, starting four generators with an output voltage of 10 kV, which involved sixteen generators with an output voltage of 45 kV. The pulses of these generators were used to switch the working sections. In the proposed scheme, the low-voltage generator uses a single-element starting generator with an output voltage of 45 kV, and 2 starting signals of the latter trigger two starting sections built into the capacitive storage units. Each starting section generates nine simultaneous voltage pulses with an amplitude of 85 ... 100 kV.

Таким образом, в схеме прототипа разброс пусковых импульсов, коммутирующих рабочие секции обусловлен разбросом во времени срабатывания 20 генераторов, а в предлагаемой схеме - только разбросом срабатывания двух пусковых секций, каждая из которых генерирует пусковой импульс с амплитудой почти в два раза большей, чем в исходной схеме. Увеличение напряжения пусковых импульсов приводит к уменьшению времени срабатывания рабочих секций.Thus, in the prototype circuit, the spread of the starting pulses commuting the working sections is due to the spread in the response time of 20 generators, and in the proposed scheme, only the spread of the triggering of two starting sections, each of which generates a starting pulse with an amplitude almost twice as large as in the original scheme. An increase in the voltage of the starting pulses leads to a decrease in the response time of the working sections.

В качестве емкостных накопителей пусковой и рабочей секций могут быть использованы промышленные конденсаторы.Industrial capacitors can be used as capacitive drives of the starting and working sections.

Работа устройства начинается с включения внешнего единого зарядного устройства U_зар (5) для зарядки конденсаторов пусковой (2) и рабочей (3) секций С1 и С2 до одногоThe operation of the device begins with the inclusion of an external single charger U _zar (5) for charging the starting capacitors (2) and the working (3) sections C1 and C2 to one

напряжения. Далее от генератора пусковых сигналов (1) (одноэлементный пусковой генератор) на электрод разрядника пусковой секции S1 поступает пусковой сигнал, что приводит к срабатыванию искрового разрядника S1 пусковой секции. Напряжение на выходе пусковой секции достигает 85 кВ по сравнению с напряжением в 47 кВ, достигаемым пусковым устройством в прототипе. Это увеличение напряжения значительно улучшает синхронизацию процесса коммутации. Происходит разрядка конденсаторов С1 пусковой секции. Высоковольтный сигнал по кабельной линии через резисторы R2 поступает на электрод искрового разрядника S2 рабочей секции, что приводит к подключению конденсаторов рабочей секции С2 к нагрузке (4). Надежность системы повышается в 3-4 раза, т.е. на 10 включений в прототипе полное срабатывание ГИТ наблюдалось в 2-3 случаях из 10, а в предлагаемой полезной модели, после реализации схемы, полное срабатывание ГИТ наблюдается в 8-9 случаях из 10. В нагрузку передается импульс тока с максимально возможной расчетной амплитудой в случае срабатывания всех рабочих секций. То есть, вероятность генерации импульса тока с максимально возможной расчетной амплитудой повышается в 3-4 раза, благодаря существенному повышению синхронизации запуска секций (синхронной коммутации) и снижению индуктивности системы.voltage. Further, from the trigger generator (1) (single-element trigger generator), a trigger signal is supplied to the electrode of the spark gap of the trigger section S1, which causes the spark gap S1 of the trigger section to trip. The voltage at the output of the starting section reaches 85 kV compared with the voltage of 47 kV achieved by the starting device in the prototype. This increase in voltage greatly improves the synchronization of the switching process. The capacitors C1 of the starting section are discharged. A high-voltage signal through a cable line through resistors R2 enters the electrode of the spark gap S2 of the working section, which leads to the connection of the capacitors of the working section C2 to the load (4). The reliability of the system is increased by 3-4 times, i.e. for 10 inclusions in the prototype, full GIT operation was observed in 2-3 cases out of 10, and in the proposed utility model, after the implementation of the circuit, full GIT operation was observed in 8-9 cases out of 10. A current pulse with the maximum possible amplitude in in case of operation of all working sections. That is, the probability of generating a current pulse with the maximum possible design amplitude increases 3-4 times, due to a significant increase in the synchronization of section start-up (synchronous switching) and a decrease in the inductance of the system.

Таким образом, реализовано назначение заявляемого ГИТ, состоящее в формировании мощного импульса тока с высокой амплитудой, что связано с повышением надежности работы генератора за счет существенного упрощения системы коммутации в части, касающейся усовершенствования синхронизации процесса коммутации рабочих секций, а также снижения индуктивности общего контура.Thus, the purpose of the claimed GIT is realized, which consists in the formation of a powerful current pulse with a high amplitude, which is associated with increased reliability of the generator due to a significant simplification of the switching system in terms of improving the synchronization of the switching process of the working sections, as well as reducing the inductance of the general circuit.

Claims

1. A pulse current generator comprising at least one unit divided into working sections, each of which is a capacitive storage, as well as a starting device and a charger electrically connected to the working sections, characterized in that the starting part is integrated in the block a section connected to the working sections by cable lines of the same length and switched by a common starting device with simultaneous switching of the working sections, and used as a common part of the starting device an one-element starting generator.

2. The pulse current generator according to claim 1, characterized in that the single-element starting generator included in the common part of the starting device is connected to the built-in starting sections of each of the blocks by cable lines of the same length.

3. The pulse current generator according to claim 1, characterized in that the starting device is connected to a common single charging device that charges up to one voltage of the capacitive drives of the working and starting sections of the block.

4. The pulse current generator according to claims 1 and 3, characterized in that the starting section is a capacitor bank, switched by a starting device through a spark gap.