(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ(54) HIGH VOLTAGE PULSE GENERATOR
Изобретение относитс к технике генерировани мощных импульсов напр жени и может примен тьс при разработке источников питани импул ных ускорителей зар женных частиц пр мого действи , а также при разра ботке высоковольтной испытательной аппаратуры. По основному авт.св. №544108 известен генератор импульсов высокого напр жени . (ГИН) j содержащий накопи тельные конденсаторы с искровыми разр дниками в каждой ступени генератора и зар дные резисторы, выполненные в виде газонаполненных камер с встроенными внутрь электродами и элементами управлени величиной дав лени газа D3 Недостаток известного генератора - его мала надежность вследстви большой токовой нагрузки на каждый электрод (особенно в сильноточных генераторах), неравномерного распре делени нагружени по.секци м ГИНа , из-за большого падени напр жени по длине газонаполненных камер и несимметричного расположени электродов . Цель изобретени - повьш1ение надежности .генератора импульсов вь1сокого напр жени за счет равномерного распределени напр жени . Поставленна цель достигаетс тем, что в генераторе импульсов высокого напр жени зар дные резисторы вьшолнены в виде двух цепей цилиндрических изол ционных проставок, причем в первой цепи цилиндрические изол ционные проставки соединены между собой симметричными относительно оси металлическими электродами в количестве, равном количеству ступеней генератора, в каждой цилиндрической изол ционной проставке первой цепи размещены соосно цилиндрические металлические электроды с одинаковой вдоль оси площадью просвета в количестве , равном количеству конденсаторов ;в ступени генератора, изолированные друг от друга и соединенные с одним из выводов каждого конденсатора и ра р дника ступени генератора, а другие выводы конденсаторов и электроды всех разр дников ступеней объединены общими шинами, соединенными с металлическими электродами цилиндрических изол ционных простаБОК второй цепи, причем управл ющие электроды разр дников подключены к пусковым конденсаторам через .малоиндуктивные резисторы . Выполнение одного из разр дных ре зисторов в виде цилиндрических изол ционных проставок с размещенными в них соосно цилиндрическими металлическими электродами, количество которых равно количеству конденсаторов в ступени ГИНа, изолированных друг от друга, позволит повысить надежность ГИНа в стучае вывода из стро одного из конденсаторов ступени, так как другие конденсаторы в этот момент будут изолированы от него и не произойдет разр дка остальных конден саторов через поврежденньй. Кроме того, подключение каждого электрода к соответствующему конденсатору и разр днику уменьшает удельную токовую нагрузку на каждый элект род пропорционально количеству элект родов и обеспечивает более равномерное распределение токовой нагрузки по поверхности электродов. Также уменьшаютс промежутки между электродами , что уменьшает падение напр жени вдоль резистора пропорционально уменьшению сопротивлени промежут ка между электродами и обеспечивает более равномерное распределение напр жени по секци м ГИНа. А соосна установка электродов, имеющих одинаковую площадь просвета, способствует более быстрому распространению тлеющего разр да вдоль резистора. На чертеже представлена конструктивна электрическа схема генератора импульсов высокого напр жени . Генератор содержит конденсаторы 1, разделенные на ступени (секции) 2 и соединенные внутри ступени парал лельно, искровые разр дники 3 с управл ющими электродами 4, зар дные резисторы 5 и 6, снабженные элементами управлени величиной давлени газа в интервале от Ютм рт.ст до нескольких атмосфер (не показаны и высоковольтный вывод 7, размещен . 4 ныс в металлическом корпусе 8, заполненном электроизол ционном средой, например сжатым газом. Зар дные резисторы 5 и 6 выполнены в виде герметичных цилиндрических изол ционных проставок 9, соединенных между собой симметричными относительно О-.и металлическими электродами 10, количество которых равно количеству ступеней ГШа, причем в каждой цилиндрической изол ционной проставке одного резистора 5 размещены соосно цилиндрические металлические электродь 1 1 , количество которых равно количеству конденсаторов в ступени 2 ГИНа. Металлические электроды II изолированы друг от друга и соединены с одним из выводов каждого конденсатора I ступени 2 ГИНа и разр дника 3. Это уменьшает токовую нагрузку на электроды разр дника 3 пропорционально площади электродов и обеспечивает равномерное распределение токовой нагрузки по поверхности электродов. Кроме того, такое выполнение системы электродов зар дного резистора уменьшает падение напр жени вдоль резистора пропорционально сопротивлению промежутка между электродами, что обеспечивает более равномерное распределение напр жени по секци м ГИНа. Все электроды 10 и 11 зар дных резисторов-5 и 6 выполнены в виде цилиндрических колец, установленных соосно и имеющих одинаковую площадь просвета, что соответствует быстрому распределению тлеющего разр да вдоль оси резисторов при зар дке конденсаторов. Кроме того, при выходе из стро одного из конденсаторов ступени ГИНа другие будут в этот момент изолированы от него, поэтому не происходит разр дка остальных конденсаторов через поврежденный конденсатор, что могло бы привести к выходу из стро всего ГИНа, так как энергосодержание каждой ступени сильноточного ГШа может достигать нескольких сот кДж. Другие выводы конденсаторов и электроды разр дника каждой ступени ГИНа объединены общими шинами 12, которые подсоединены к цилиндрическим металлическим проставкам второго резистора 6 и вторым электродам разр дника 3. Управл ющие электроды 4 разр дников 3 подключены к пусковым конденсаторам 3 через тскоограничивающие малоиндук1ииные резисторы 14 дл уменьшени вли ни разр дной цепи одного конденсатора на разр дную цепь другого конденсатора.The invention relates to a technique for generating powerful voltage pulses and can be used in the development of power sources for impulse accelerators of charged particles of direct action, as well as in the development of high-voltage test equipment. According to the main auth. No. 544,108 is a known high voltage pulse generator. (GIN) j containing storage capacitors with spark gaps in each generator stage and charging resistors made in the form of gas-filled chambers with electrodes embedded inside and gas pressure control elements D3 The disadvantage of the known generator is its low reliability due to high current load on each electrode (especially in high-current generators), uneven distribution of loading in sections of the GIN, due to the large voltage drop along the length of the gas-filled chambers and asymmetrical Electrode arrangement. The purpose of the invention is to increase the reliability of a high voltage pulse generator by uniformly distributing the voltage. The goal is achieved by the fact that in a high-voltage pulse generator, charging resistors are made in the form of two circuits of cylindrical insulating spacers, and in the first circuit the cylindrical insulating spacers are interconnected by symmetrical metal electrodes in a quantity equal to the number of generator steps each cylindrical insulating spacer of the first circuit contains coaxially cylindrical metal electrodes with the same clearance area along the axis equal to the number of capacitors; in the generator steps, insulated from each other and connected to one of the terminals of each capacitor and in a row of generator steps, and the other terminals of the capacitors and electrodes of all the arresters of the stages are connected by common buses connected to the metal electrodes of cylindrical insulation prostate tubes the second circuit, and the control electrodes of the arresters are connected to the starting capacitors via low-inductance resistors. Performing one of the discharge resistors in the form of cylindrical insulating spacers with coaxially cylindrical metal electrodes placed in them, the number of which is equal to the number of capacitors in the GIN stage insulated from each other, will increase the reliability of the GIN in knocking the output of one of the capacitors of the stage since other capacitors will be isolated from it at this moment and the remaining capacitors will not be discharged through the damaged one. In addition, the connection of each electrode to the corresponding capacitor and discharge reduces the specific current load on each electrode in proportion to the number of electrodes and provides a more uniform distribution of the current load across the surface of the electrodes. The gaps between the electrodes are also reduced, which reduces the voltage drop along the resistor in proportion to the decrease in the resistance of the gap between the electrodes and provides a more uniform distribution of voltage across the GIN sections. And the coaxial installation of electrodes having the same lumen area facilitates the more rapid propagation of a glow discharge along a resistor. The drawing shows a constructive electrical circuit of a high voltage pulse generator. The generator contains capacitors 1, divided into stages (sections) 2 and connected inside the stages in parallel, spark dischargers 3 with control electrodes 4, charging resistors 5 and 6, equipped with elements for controlling gas pressure in the range from Yutm Hg to several atmospheres (not shown, and high-voltage output 7, is placed. 4 nys in a metal case 8 filled with an electrically insulating medium, such as compressed gas. Charging resistors 5 and 6 are made in the form of hermetic cylindrical insulating spacers 9 connected between each other, they are symmetrical with respect to O-and metal electrodes 10, the number of which is equal to the number of GSH steps, and each cylindrical insulating spacer of one resistor 5 contains coaxially cylindrical metal electrodes 1 1 that are equal to the number of capacitors in step 2 of the GIN. insulated from each other and connected to one of the terminals of each capacitor I stage 2 of the GIN and of the surge arrester 3. This reduces the current load on the electrodes of the arrester 3 in proportion to PL show mercy electrodes and provides uniform distribution of the current load on the electrode surface. In addition, such an implementation of the electrode system of the charging resistor reduces the voltage drop along the resistor in proportion to the resistance of the gap between the electrodes, which provides a more uniform distribution of voltage across the GIN sections. All electrodes 10 and 11 of charging resistors-5 and 6 are made in the form of cylindrical rings mounted coaxially and having the same lumen area, which corresponds to the rapid distribution of glow discharge along the axis of the resistors when charging the capacitors. In addition, when one of the capacitors of the capacitor breaks down, the others will be isolated from it at that moment, so the remaining capacitors are not discharged through the damaged capacitor, which could lead to the failure of the entire capacitor, as the energy content of each step of the high-current GSH can reach several hundred kJ. Other capacitor leads and the discharge electrodes of each stage of the power supply device are connected by common buses 12, which are connected to cylindrical metal spacers of the second resistor 6 and the second electrodes of the surgeon 3. Control electrodes 4 of the surge arresters 3 are connected to the starting capacitors 3 through torsion-limiting low-induction resistors 14 to reduce the effect of the discharge circuit of one capacitor on the discharge circuit of another capacitor.
Генератор импульсов высокого напр жени работает следующим образомThe high voltage pulse generator works as follows.
Наполнительные конденсаторы 1 от источника посто нного напр жени (не показан) через зар дные резисторы 5 и 6 зар жаютс при параллельном соединении их до номинального напр жени . Во врем зар дки конденсаторов 1 во внутренних полост х резисторов 5 и 6 создаетс разр жение до состо ни , при котором загораетс тлеющий разр д. После завершени процесса зар дки давление в камерах быстро измен ют так, чтобы перевести их в состо ние, при котором они перестают проводить электрический ток и сохран ют электропрочность при приложении полного выходного напр жени генератора. Это может быть достигнуто «либо дальнейшим понижением давлени , либо повышением вплоть до давлени выше атмосферного. Затем с помощью пусковых конденсаторов 13, подключенных к пусковому устройству (не показано) подаетс импульс на управл ющие электроды 4, после чего все разр дники 3 переход т в токопровод щее состо ние, и накопительные конденсаторы i переключаютс из схемы параллельного зар да в схему последовательного разр да за очень короткий промежуток времени ( ). При этом па выходе напр жение повышаетс пропорционгшьно количеству последовательно соединенных секций 2 ГИНа. Это напр жение подаетс , например, высоковольтным выводом 7 на нагрузку. В качестве нагрузки может быть использован ускоритель электронов пр мого действи .Filling capacitors 1 from a constant voltage source (not shown) through charging resistors 5 and 6 are charged when they are connected in parallel to their nominal voltage. During the charging of the capacitors 1 in the internal cavities of the resistors 5 and 6, the discharge is created to a state in which the glow discharge ignites. After the charging process is completed, the pressure in the chambers is quickly changed so as to bring them to they cease to conduct electricity and retain their electrical strength when a full output voltage of the generator is applied. This can be achieved either by further lowering the pressure or by raising it to a pressure above atmospheric. Then, using start-up capacitors 13 connected to a starting device (not shown), a pulse is applied to the control electrodes 4, after which all the arresters 3 are transferred to the conductive state, and the storage capacitors i are switched from the parallel charging circuit to the sequential circuit bit in a very short time (). At the same time, the output voltage increases in proportion to the number of serially connected sections 2 GIN. This voltage is supplied, for example, by a high voltage terminal 7 to the load. A direct electron accelerator can be used as a load.
Предлагаемое техническое решение существенно повышает надежность ГИНа за счет равномерного распределени напр жени , обеспечиваемого вьтолнением зар дных резисторов в виде цилиндрических изол ционных проставок с установленными в них пилинд.рическими металлическими электродами, количество которых равно количеству 5 конденсаторов в ступени ГИНа. Выход из стро одного из конденсаторов любого из ступеней ГШа в известном устройстве может привести к выходу . из стро всех конденсаторов его. 0The proposed technical solution significantly increases the reliability of the power supply device due to the uniform distribution of voltage provided by the implementation of charging resistors in the form of cylindrical insulating spacers with installed pilindrical metal electrodes, the number of which is equal to the number of 5 capacitors in the power gain stage. The failure of one of the capacitors of any of the stages of the GSH in the known device can lead to the exit. out of all capacitors it. 0