SU764106A1 - Формирующа лини - Google Patents

Description

(54) ФОРМИРУЮЩАЯ ЛИНИЯ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в высоковольтных формирующих устройствах, предназначенных для получения импульсов тока и напряжения с малыми временами нарастания, в экспериментах по нагреву плазмы, генерации мощных релятивистких электронных пучков и т.д.

В генераторах высоковольтных импульсов в качестве основного элемента, запасающего энергию (емкостного накопителя), используются высоковольтные формирующие линии. Главной задачей при разработке линий является ₂ увеличение запасаемой в них энергии V/ ~ при неизменных габаритах. Здесь W' - энергия на единицу длины; С — емкость на единицу длины; U — рабочее напряжение линии. В ряде случаев желательно при неизменной индуктивности линии снизить величину U, что позволяет сократить время разряда линии заданной длины или увеличить мощность, выделяемую в согласованной нагрузке.

Известна формирующая линия на базе импульсного генератора, содержащего хотя бы один емкостный накопитель, имеющий не менее двух электродов, пространство между которыми заполнено полярной жидкостью с высокой диэлектрической постоянной (глицерином или эфирным спиртом) [ 1].

Энергоемкость линии такого типа ограничена электрической прочностью жидкого диэлектрика.

В случае слабонеоднородного поля рабочее напряжение линии U = Eh, где h - величина изоляционного зазора, Е — рабочая напряженность электрического поля. Величина Е < Е^, где напряженность пробоя, который при характерных для формирующих линий временах зарядки порядка 10 ⁶-10 ⁵ с в слабонеоднородном поле начинается с ионизационных процессов на электродах. Эти процессы ограничивают рабочее напряжение существующих высоковольтных наносекундных формирующих линий с жидким диэлектриком.

Из известных устройств наиболее близкой по технической сущности к предложенной является формирующая линия, состоящая из двух электродов и водяной изоляции между ними, с пористыми электродами, через которые подает10

- 76410ό ся проводящая жидкость (например, раствор ку- пора) [2]!

Проводящая прослойка снижает напряжённость электрического поля у микроострий на электроде благодаря чему возрастает рабочее напряжение.

Подобное устройство сложно в эксплуатации, требует создания специальной аппаратуры для быстрой и своевременной подачи проводящей что затруднительно при больших плошадях электродов, типичных для крупных установок.

Цель изобретения повышение рабочего напряжения и запасаемой энергии формирующей линий.

Поставленная цель достигается тем. что в формирующей линии, содержащей два металли' ческйх электрода и расположенную между ними ““ изоляцию, изоляция формирующей'линии выполнена в виде двух приэлектродных слоев из ос. новного диэлектрика с высокой диэлектрической постоянной и расположенного между ними слоя дополнительного диэлектрика с относительно малой диэлектрической постоянной и выполненными в этом слое каналами, заполненными основным диЭлектриком.

На чертеже показана предложенная формирующая линия в поперечном разрезе, содержащая основные металлические электроды 1, 2, приэлсктродные слои 3, 4, выполненные из основного диэлектрика, имеющего большую диэлектрическую постоянную , слой дополнительного диэлектрика 5 с относительно малой диэлектрической постоянной £₂, имеющего форму призм со скругленными углами, отделенных друг от друга каналами 6, заполненными основным диэлектриком с большой диэлектрической постоянной £_t и сообщающимися с приэлектродными слоями 3, 4.

На чертеже также обозначены: h ' ширина межэлектродного зазора, заполненного комбинированной изоляцией; р - ширина каналов, £ — расстояние между’осями каналов, заполненных основным диэлектриком.

Статическое состояние, устройства следующее. Между электродами 1, 2 расположена комбинированная изоляция, состоящая из приэлектродных слоев 3, 4 основного диэлектрика, дополнительного диэлектрика 5, в котором размещены каналы 6 из основного диэлектрика и которые сообщаются с приэлектродными слоями 3, 4. Основная изоляция располагается непосредственно у поверхности электродов, а в остальной части межэлектродного зазора? вдоль электродов чередуются области основного и дополнительного диэлектриков.

Размещение слоя диэлектрика с относительно малой диэлектрической постоянной Е₂ в толще диэлектрика с большой диэлектрической постоянной £ | приводит к снижению напряжённости электрическою ноля на поверхности электродов, благодаря этому может быть повышено рабочее напряжение линии. Однако при отсутствии каналов напряженность в дополнительном диэлектрике в отношении выше, чем на электродах, что может привести к безэлектродному пробою дополнительного диэлектрика. Каналы позволяют снизить эту напряженность до величины Е_о, при которой отсутствуют ионизационные процессы в толще диэлектрика (в ка налах, в дополнительном диэлектрике и на поверхности их раздела).

Рабочее напряжение U формирующей линии может быть выбрано из условия

Величина предельно допустимого напряжения^{5 2} U_m С Eoh, если выполнено условие + э ’ (напряженность безэлектродного пробоя Е₀>Е_т? При этом одновременно выполяются условия ' отсутствия ионизационных процессов на электроде и в толще диэлектрика.·

При этом емкость убывает в отношении + 1> ^а энергия возрастает в отноше1. Например, в частном случае Е, «„Ге “ ' .₂ - 2£о (вода и полиэтилен), выбирая £- = 3, можно увеличить в три раза энергию, запасаемую в линии.

Наибольшим энергоэапасом обладает линия, у которой Поскольку мало, то у такой линии U_m sEoh, а относительное увеличение энергии равно .

Техническими преимуществами предложенной формирующей линии являются повышение рабо чего напряжения и запасаемой в ней энергии при неизменных габаритах. Дополнительный эффект состоит в снижении погонной что позволяет увеличить мощность, в согласованной нагрузке..

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в высоковольтных формирующих устройствах, предназначенных дл  получени  импульсов тока и напр жени  с малыми временами нарастани , в экспериментах по нагреву плазмы, генерации мощны рел тивистких злектронных пучков и т.д. В генераторах высоковольтных импульсов в качестве основного злемента, запасающего энергию (емкостного накопител ), используютс  высоковольтные формирующие линии. Главной задачей при разработке линий  вл етс  j увеличение запасаемой в них энергии VJ -2 при неизменных габаритах. Здесь w - энерги  С на единицу длины; U - емкость на единицу длины; и - рабочее напр жение линии. В р де случаев желательно при неизменной индуктив ности линии снизить величину U, что позвол ет сократить врем  разр да линии заданной длины или увеличить мощность, выдел емую в согласованной нагрузке. Известна формирующа  лини  на базе импульсного генератора, содержащего хот  бы оди емкостный накопитель, имеющий не менее двух электродов, пространство между которыми заполнено пол рной жидкостью с высокой диэлектрической посто нней (глицерином или эфирным спиртом) 11. Энергоемкость линии такого типа ограничена электрической прочностью жидкого дюлсктрика. В случае слабонеоднородного пол  рабочее напр жение линии U Eh, где h - величина изол ционного зазора, Е - рабоча  11апр жепностъ электрического пол . Величина Е Е ,, где напр женность пробо , который при характерных дл  формирующих линий временах зар дки пор дка в слабонсоднородиом поле начинаетс  с ионизационных процессов на электродах. Эти процессы ограничивают рабочее напр жение существующих высоковольтных наносекундных формирующих линий с жниким диэлектриком. Из известных устройств наиболее блюкой по технической сущности к предложенной  в .гшетс  формирующа  лини , состо ща  из двух электродов и вод ной изол ции между ними, с пористыми электродами, через которые подаетГ , :, :. 3-7 с  провод иш  жидксх-ть (например, раствор купора ) Провод ща  прослойка снижает папр жёиносп, электр№)еского пол  у микроострий на )лектрод благодар  чему возрастает рабочее напр жение. Подобное устройство сложно в :)ксплуатации, требует создани  специальной аппаратуры дл  быстрой и своевременной подачи провод Щей жЖк(ст;, что затруднительно 1гри бс льиМхплоцшг х электродов, типичных ;UIH крупных установок . Цель изобретени  повышение рабочего на|Пр жени  и запасаемой энергии формирующей линий. Поставле1гна  цель достигаетс  тем, что в формнрую цей линии, содержащей два металлических электрода и расположенную между ними йзбл цйю, изол ци  формирующей линии выпол нена в виде двух приэлектродных слоев из основного диэлектрика с высокой диэлектрическо посто нной и расположенного между ними сло  дополнительного диэлектрика с относительно ма лой диэлектрической посто нной и выполненными в этом слое каналами, заполненными основным диэлектриком. На чертеже показана предложенна  формирующа  лийий в nonepeimoM разрезе, содержаща  основные металлические электроды 1, 2, нриэлектродные слои 3, 4, выполненные из основного диэлектрика, имеющего больщую диэлектрическую посто нную , слой дополнительного диэлектрика 5 с относительно малой диэлектрической посто нной бз, имеющего форму призм со скругленными углами, отделенных друг от друга каналами 6, заполненными основ ным диэлектриком с большой диэлектрической посто нной t и сообщающимис  с приэлектродными сло ми 3, 4. На чертеже также обозначены: h -- tlftipnHa МежэлёКтрЩНОго iasopa, заполненного комбинированной изол цией; р - ширина каналов, К-- рассто ние междуос ми каналов , заполненных основным диэлектриком. Статическое состо ние, устройства следующее. Между электродами 1, 2 расположена комби нированна  ;изол ци , состо ща  из приэлектродных слоев 3, 4 основного диэлектрика, дополнительного диэлектрика 5, в котором разме щены каналы 6 из оснбвногбдйэШкТрШаи ко торые сообщаютс  с приэлектродными сло ми 3, 4, Основна  изол ци  расгголагаетс  непосред ственно у поверхности электродов, а в остальной части, межэлектродного зазора. вдоль электродов чередуютс  обласди основного и дополнительного диэлектриков. Размещение сло  диэлектрика с относительно малой диэлектрической посто нной Ej в толще диэлектрика с большой диэлектрической посто нной 1 приводит к снижению нащУ женнЬсти 1 электрическою пол  на поверхности элекг юдов , благодари этому можег быть iioBhinieHO рабочее напр жение линии. Однако ггри отсутствии KanajroB напр женность в дополнительном -1- ныше. чрм на диэлектрике в отношении - выше, чем электродах, что может привести к безэлектродному пробоЛ дополнительного диэлектрика. Каналь пoзвoJ  ют снизить эту напр женн1)сть до величины ЕО, при которой отсутствуют ионизадионные процессы в толще диэлектрика (в ка налах, в дополнихе; ьном диэлектрике и на поверхности их раздела). Рабочее напр жение U формирующей линю может быть выбрано из услови  ,p.ri(f .г--, Величина предельно допустимого напр жени  Uj Efih, если вьшолнено условие bl (напр женность безэлектродного пробо  При этом одновреметию выпол ютс  услови  отсутстви  ионизацио псых процессов на электроде и в толще диэлектрика.При этом емкость убывает в отношении --§- + ) 1, а энерги  возрастает в отношеHHr -LV| (,--)(|4) 1- Например, в i-t ei V -t ««1 К/ lacnroM случае с, 80to 2 (вода и полиэтилен ), выбира  -I 3, можно увеличить В три раза энергию, запасаемую в линии. Наибольшим энергозапасом обладает лини , у которой Л- -. Поскольку - мало, то у Г Щ- такой ЛШ1ИИ и Eoh, а относительное увелиm чение энергии равно Техническими преимуществами предложенной формирующей линии  вл ютс  повышение рабо чего напр жени  и запасаемой в ней энергии при неизменных габаритах. Дополнительный эффект состоит в снижении погонной емкости, что позвол ет увеличить мощность, выдел емую в согласованной нагрузке.. Формула изобретени  Формирующий лини , содержаща  два металлических электрода и расположенную между ними изол цию, отличающа с  тем, что, с целью повышени  рабочего напр жени  и запасаемой энергии, изол ци  формирующей линии вьшолнена в виде двух приэлектродных слоев из основного диэлектрика с высокой диэлектрической посто нной и расположенного между ними сло  дополнительного диэлектрика с относительно малой диэлектрической посто нной и размёШёйньгййиэтом слое каналами, сообщающимис  с приэ;тектродными сло ми и заношенными основным дюлектриком. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании № 116347, кл. Н 3 Р, опублик. 21.10.66
2. 2.Воробьев B. В., Капитонов В. .А., Кругл ков Э. П. Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики, т. 19, с. 96, 1974 (прототип).