SU890941A1 - Генератор высоковольтных импульсов - Google Patents

Abstract

ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий источник питани , индуктивный накопитель, дроссель насыщени , два управл емых разр дника , два конденсатора, вакуумный выключатель и нагрузку, о тличающийс  тем, что, с целью увеличени  крутизны переднего фронта импульса на нагрузке, он выполнен в виде моста, два противоположных плеча которого образуют дополнительно введенные дроссели насыщени  ,а два других - цепочки, кажда  из которых состоит из последовате .шно соединенных управл емого разр дника, дополнительно введенной катушки индуктивности и конденсатора , параллельно которым подключен дополнительно введенный контактный выключатель, при этом в одну из диагоналей моста включены последовательно соединенные источник питани ,дополнительно введенный коммутатор и индуктивный накопитель, а в другую последовательно соединенные вакуумi ный выключатель и дроссель насыщени , параллельно которым подключена (Л нагрузка.

Description

Изобретение относитсн к области импульсной техники, а именно, к уст ройствам коммутации цепей посто нно го тока с индуктивными накопител ми энергии и может быть использовано дл  импульсного питани  генераторов сильноточных электронных пучков бол шой длительности, наход щих примене ние, например, дл  нагрева плазмы. Известно коммутирующее устройств содержащее последовательно соединен ные источник питани , индуктивный н копитель и вакуумный выключатель, шунтированный цепью из соединенных последовательно управл емого коммутатора и конденсатора ij . Недостатком этого устройства  вл етс  мала  крутизна переднего фро та импульса на нагрузке. Это обусловлено пол рностью исходного напр жени  на коммутирующем конденсаторе и. большим значением его емкости , необходимой дл  ограничени  ско рости нарастани  напр жени , устанавливающегос  на выключателе, котора  должна быть ниже скорости вос становлени  его электрической прочности , св занной с изменением плотности нейтральной паравакуумной дуги отключени . Известен также генератор высоковольтных импульсов, содержащий последовательно соединенные источник питани , индуктивный накопитель и вакуумный выключатель, шунтированный цепью из последовательно вклю- ченных первого управл емого разр дника и конденсатора. Параллельно ва куумному выключателю включена дополнительна  цепь, содержаща  после довательно соединенные дроссель насыщени , управл емый вентиль и конденсатор , шунтированный вторым упра л емым разр дником 2 . . Однако в этом устройстве недостаточна крутизна переднего фронта, что обусловлено величиной емкости коммутирующего конденсатора и напр  жением на нем. Целью изобретени ,  вл етс  увеличение крутизны переднего фронта импульса на нагрузке.. Поставленна  цель достигаетс  за счет того, что генератор высоковольтных импульсов, содержащий источ ник питани , индуктивный накопитель , дроссель насыщени , два управл емых разр дника, два конденсатора вакуумный выкл19чатель и нагрузку, выполнен в виде моста, два противоположных плеча которого образуют дополнительно введенные дроссели насыщени , а два других - цепочки, кажда  из которых.состоит из последе вательно соединенных управл емого разр дника, дополнительно введенной атушки индуктивности и конденсатора параллельно которым подключен дополнительно введенный контактный выключатель . В одну диагональ моста включены последовательно соединенные источник питани , дополнительно введенный коммутатор и индуктивный накопит тель, а в другую - последовательно соединенные вакуумный выключатель и дроссель насыщени , параллельно которым подключена нагрузка. На чертеже показана функциональна  схема генератора высоковольтных импульсов. Генератор высоковольтных импульсов содержит последовательно соединенные индуктивный накопитель 1, источник 2 питани  и кс имутатор 3, включенные в одну диагональ моста, который.содержит в своих противоположных плечах дроссели 4 и 5 насыщени  и контактные выключатели 6 и 7. Один конденсатор шунтирован цепью из соединенных последовательно конденсатора В, катушки 9 индуктивности и управл емого разр дника 10, другой - цепью из соединенных последовательно конденсатора 11, катушки 12 индуктивности и управл емого разр дника 13. В другую диагональ моста включена нагрузка 14, шунтированна  соединенными последовательно вакуумным выключателем 15 и дросселем 16 насыщени . Генератор работает следующим образом . В исходном состо нии коммутатор 3 разомкнут, а выключатели 6,7 и 15 замкнуты. Управл емые разр дники 10 и 13 наход тс  в непровод щем состо нии . Конденсаторы 8 и 11 предварительно зар жены с пол рностью, показанной на чертеже. Затем замыкаютс  контакты коммутатора 3. При этом напр жение от низковольтного источника 2 прикладываетс  параллельно дроссел м 4,5 и 16. Дроссели 4 и 5 насыщени  выбраны такими, чтобы у них индуктивность в ненасыщенном состо нии была значительно больше, чем у дроссел  16. С этой целью дроссель 16 выполнен одновитковым |ia пермалоевом сердечнике. Поэтому дроссель 16 раньше, чем дроссели 4 и 5, переходит в состо ние насыщени  и резко уменьшает свою индуктивность на два-три пор дка, в зависимости от типа железа сердечника . При этом начинаетс  зар дка током индуктивного накопител  1 от источника 2 питани  через коммутатор 3, Зс1мкну,тый выключатель 7, насыщенный дроссель 16, вакуумный выключатель 15 и замкнутый выключатель 6. Дроссель 4 шунтирован при этом замкнутьми выключател ми 7 и 1 и насыщенным дросселем 16 с очень малым значением омического сопротивлени  его обмотки, а дро сель 5 - выключател ми 6 и 15 и насыщенным дросселем 16. При этом сердечники дросселей 4 и 5 остаютс  в ненасыщенном состо нии, т.е. дроссели 4 и 5 имеют большую индуктивность , преп тствующую прохождению тока через них. В момент достижени  током в накопителе 1 заданного значени  развод тс  контакты выключателей 6 и 7. Между кон тактами образуетс  дуга отклонении . После разведени  контактов выключателей 6 и 7 на достаточное рассто ние поджигаютс  синхронно уп равл емые разр дники 10 и 13,обеспе вающие колебательный разр д предвар . тельно зар женных конденсаторов 8 и 11 соответственно через катушки индуктйвности 9 и 12 и выключатели б и 7 в направлении, встречном относительно протекавшего в них тока. Посто нный ток в дуге выключателей 6 и 7 при этом доводитс  до нул , что вызывает обрыв дуги в этот момент. Ток индуктивного накопител  начинает идти по цепи: конденса тор 11 - катушка индуктивности 12 - разр дник 13, насыщенный дроссель 1 вакуумный выключатель 15 - разр дник 10 - катушка индуктивности 9 - конденсатор Ь - источник питани  2 кс имутатор 3 - индуктивный накопитель 1. При этом перезар жаютс  конденсаторы 8 и 11 током индуктинного накопител  /пол рность напр жени  указана в скобках/ Величины индуктивностей катушек 9 и 12, а также емкостей конденсаторов 8 и И выбраны из следующих .условий. Скорость спада к нулю тока в выключатал х 6 и 7 должна быть не слишком высокой,чтобы не было затруднений при гашении дуги отключени  в выключател х 6 и 7. С другой стороны необходимо стремитьс  к уменьшению значений L и С , чтобы выполнить уст ройство более компактным. Кроме того , емкость конденсаторов определ етс  тем, что при заданном значении тока индуктивного накопител  скорост нарастани  -напр жени  на конденсато ре должна быть меньше скорости восстановлени  электрической прочности шунтируемого им выключател  во избе жание повторного зажигани  дуги в выключателе. Одновременно с разведением контактов выключаталей 6 и 7 или несколько позже (в зависимости от времени перезар дки конденсаторов 8 и 11) начинаетс  разведение контактов вакуумного выключател  15 между контактами которого также образуетс  дуга отключени . К моменту достижени  напр жением на конденсаторах максимального значени  переза р дки контакты выключател  15 должны быть разведаны на рассто ние, достаточное дл  предотвращени  повторного зажигани  дуги после ее отключени . Параметры дросселей насыщени  4 и 5 выбраны таким образом, что при достижении напр жением на конденсаторах 8 и 11 максимального значени  заданной величины, сердечники дросселей 4 и 5 переход т в состо ние насыщени  и дроссели 4 и 5 резко уменьшают свою индуктивность (на два-три пор дка), шунтиру  цепи,состо щие соответственно из элементов 11,12,13,16,15 и 8,9,10,15,16. При этом конденсатор b начинает разр жатьс  через катушку индуктивности 9 разр дник 10, вакуумный выключатель 15, насыщенный дроссель 16 и насыщенный дроссель 5, а конденсатор 11 - через насыщенный дроссель 4, ваккумный выключатель 15, насыщенный дроссель 16, управл емый разр дник 13 и катушку индуктивности 12. Направление тока разр да конденсаторов 8 и 11 обратно по отношению к току, протекавшему первоначально, в вакуумном выключателе 15 и дросселе 16 насыщени . Параметры схемы выбраны так, что амплитуда суммарного тока разр да конденсаторов 8 и 11 превышает величину тока индуктивного накопител , поэтому при подходе к нулю тока в ветви с дросселем 16 насыщени  последний выходит из состо ни  насыщени , резко увеличива  свою индуктивность и формиру  тем самым паузу почти нулевого тока в ветви с вакуумным выключателем 15. В результате этого дуга в вакуумном выключателе 15 гаснет . Больша  индуктивность дроссел  16 преп тствует увеличению тока в ветви с вакуумным выключателем и образованию повторной вакуумной дуги, способству  тем самым восстановлению электрической прочности выключател  15. С момента выхода сердечника дроссел  16 из состо ни  насыщени , ток индуктивного накопител  замыкаетс  через насыщенный дроссель 4, нагрузку 14, насыщенный дроссель 5 (направление тока показано на чертеже пунктиром), формиру  на нагрузке 14 импульс высокого напр жени . Конденсаторы 8 и 11, напр жение на которых равно напр жению на нагрузке 14, будучи подключенным параллельно нагрузке 14 через разр дники соответственно 10 и 13, .разр жаютс  на нагрузку 14 вместе с индуктивным накопителем 1. К концу импульса запасов энергии в накопительных элементах устройства не остаетс , и разр дники 10 и 13 гаснут. После .этого отключаетс  коммутатор 3, и замыкаютс  контакты выключателей 6,

7,15, а также производитс  зар дка конденсаторов 8 и 11. После этого устройство приходит в исходное состо ние ,

Скорость нарастани  напр жени  на нагрузке определ етс  в данном устройстве временем переключени  сердечника дроссел  16 насыщени  из насыщенного состо ни  в ненасыщенное (оно обычно не превышает 1 мкс) В известном устройстве кру- тизна переднего фронта импульса на нагрузке определ етс  временем наратани  напр жени  на коммутирующем конденсаторе,которое обычно составл ет (при приемлеглых уровн х коммутируемой мощности) дес тки мкс„

Следует также отметить, что импульс , формируемый на нагрузке, не

имеет отрицательного предимпульса, как это имеет место в аналогичных устройствах.

При сравнении с известным устройством , содержащим нелинейн дроссель последовательно с нагрузкой , нетрудно убедитьс , -что длительность фронта формируемого им импульса в несколько раз больше,чем в. данном устройстве. Так, например,, при сопротивлении нагрузки ,25 Ом ( кВ, кА) и индуктивиосгти дроссел , в насыщенном состо нии .ц 0,5 10 F длительность фронта импульса составит ,2 ,410 с

4,4 МКС. Амплитуда предимпульса обратной пол рности достигаетс  при этом более 5 кВ.

Claims (1)

1. ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий источник питания, индуктивный накопитель, дроссель насыщения,, два управляемых разрядника, два конденсатора, вакуумный выключатель и нагрузку, о тличающийся тем, что, с целью увеличения крутизны переднего фронта импульса на нагрузке, он вы- полнен в виде моста, два противоположных плеча которого образуют дополнительно введенные дроссели насыщения ,а два других - цепочки, каждая из которых состоит из последовательно соединенных управляемого разрядника, дополнительно введенной катушки индуктивности и конденсатора, параллельно которым подключен дополнительно введенный контактный выключатель, при этом в одну из диагоналей моста включены последовательно соединенные источник питания,дополнительно введенный коммутатор и индуктивный накопитель, а в другую последовательно соединенные вакуумный выключатель и дроссель насыще- <о ния, параллельно которым подключена нагрузка.

   SU „„890941