SU999142A1 - Генератор импульсных напр жений - Google Patents

Description

(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относитс  к высоковольтной импульсной технике, а именно к устройствам дл  генерировани  мощных высоковольтных и сверхвысоковольтных наносекундных импульсов.

Известен генератор наносекундных импульсов высокого напр жени , соб- ранный по схеме Аркадьева-Маркса и содержащий р д конденсаторных ступет ней с дву: сторонней зар дкой.

В качестве накопительных устройств используютс  малоиндуктивные накопительные конденсаторы, а искровые разр дники помещены в камеру со сжатым газбм, что позволило уменьшить длительность фронта импульса, благодар  уменьшению индуктивности разр дного контура 1.

Генератор имеет тот не остгток,. что из-за малой энергоемкости примен емых накопителей он не позвол ет получить большой мощности в иьшульсе. Применение накопителей большей энергоемкости значительно усложн ет изготовление генераторов и увеличивает их габариты..

Наиболее близким по .технической сущности к предлагаемому устройству  вл етс  генератор импульсных напр жений , - собранный по схеме умножени 

напр жени  Аркадьева-Маркса, содержащий зар дные сопротивлени , разр дНИКИ , накопительные конденсаторы, а также высоковольтный коммутатор дл  подсоединени  нагрузки к генератору и конденсатор, к 1 пенсирующий вли ние паразитной индуктивности разр дного контура и обладающий малой собственной индуктивностью. Этот конден10 сатор, выполнен в виде высоковольтной конструкции, подключенной между высоковольтным электродом коммутатора и землей. Такое включение конденсатора, как бы нейтрализует действие паразит15 ной индуктивности разр дного контура при формировании фронта .импульса на. нагру:1.ке. Поскольку цепь разр дного контура малоиндуктивна, то при небольших коммутируемых токах обеспе,20 чиваетс  возможность получени  импульсов с фронтомV-10 с.

Однако йсполь зованйе известного генератора дл  формировани  фронта импульса в мощных мегавольтных гене25 раторах не позвол ет достичь указанной длительности фронта импульса на нагрузке. Наличие двухэлектродного неуправл емого коммутатора приводит к зат гиванию фронта импульса, а так30 же к нестабильности амплитуды импуль

са на нагрузке из-за того, что неуправл емый коммутатор, устаТновленный в мощном мегавольтном генераторе, обладает следук цими особенност ми.

Из-за большой нестабильности момента пробо  неуправл емый коммутатор настраиваетс  на самопробой при напр жении значительно ниже максимального , что приводит к снижению амплитуды формируемого импульса; повьвиение амплитуды выходного импульса, в данном случае, приводит к нестабильности значени  амплитуды импульса на нагрузке .

При малой скорости роста напр жени на коьфлутаторе пробой кетда4утатора имеет одноискровый характер и пЬи бО льшёйкоммутируемой мощности сопротивлени  искры оказываетс  сра1знимым с импедансом генератора,что приводит к большим потер м энергии на искровом канале.

Кроме того/, конструктивным недостатком мощного генератора с высоковольтным конденсатором дл  компенсации паразитной индуктивности разр дного контура  вл етс  то, что при выCOKOJM выходном напр жении генератора малоиндуктивный конденсатор будет представл ть собой сложную высоковольтную конструкцию большого, габарита, трубующую специальной технологии изготовлени .

Целью изобретени   вл етс  повышение .стабильности амплитуды формируемого импульса на нагрузке при использовании неуправл е11влх коммутаторов , а также упрощение технологии изготовлени  генератора на мегавольтные напр жени  и уменьшение его габари- тов.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в генераторе импульсных напр жений , выполненном по каскадной схеме умножени  Аркадьева - Маркса, содержащем зар дные сопротивлени , разр дники , накопительные конденсаторы, высоковольтный коммутатор дл  подсоединени  нагрузки к генератору и конденсатор , , компенсирующий вли ние паразитной индуктивности разр дного кон тура, компенсирующие конденсаторы установлены в каждом из каскадов и подключены параллельно зар дным сопротивлени м .

Такое выполнение компенсирующего конденсатора приводит к возрастанию скорости повышени  напр жени  на высоковольтном коммутаторе, работающем на принципе самопробо , что улучшает стабильность его срабатывани . Это обеспечивает более высокую стабильность амплитуды импульса на нагрузке ,чем в известном устройстве. Кроме того,благодар  такому ревю иго становитс  возможным вместо специально изготавливаемого конденсатора

большого габарита примен ть стандартные конденсаторы,выпускаемые промышленностью , чем и достигаете. упрощение технологии изготовлени  и уменьше и ё габаритов генератора.

Включение.компенсирующих конденсаторов , образующих малоиндуктивную емкость, приводит к малым временам роста напр жени  на высоковольтном электроде коивлутатора (/ 10 с) , при которых становитс  возможным особый вид работы двухэлектродного коммутатора - многоканальный пробой. В этом случае ток комглутируетс  по нескольким каналам и результирующее сопротивление и индуктивность искры коммутатора уменьшаютс  по сравнению с одноканальным пробоем. Это приводит к уменьшению падени  напр жени  на KOMiWTaTope, а также к снижению потерь в коммутаторе. Амплитуда формируемого импульса и КПД генератора в этом случае возрастают.

На фиг. 1 изображена принципиальна  схема генератора на фиг. 2 схема его замещени .

Генератор содержит накопительные конденсаторы 1, зар дные сопротивлени  2, демпферные сопротивлени  3, разр дники 4, защитное сопротивление 5 .

В каждом каскаде параллельно зар дному сопротивлению 2 подключен малоиндуктивный компенсирующий конденсатор 6. Цепь компенсирующих конденсаторов б, замлкаема  на нагрузку 7 через высоковольтный коммутатор 8, образует малоиндуктивный р зр дный контур форлмровани  фронта импульса на нагрузке 7.

На схеме замещени  (фиг. 2 представлены следующие параметры генератора эквивалентна  емкость 9 генератора , эквивошентна  индуктивность 10 цепи зар дки компенсирующего конденсатора , эквивалентное сопротивление 11 цепи зар дки компенсирующего конденсатора , разр дник 12, ВЫПОЛНЯЮ1ДИЙ функцию последнего разр дника генератора; конденсатор 13, компенсирующий вли ние индуктивности разр дного контура генератора. Перечисленные параметры образуют эквивалентный контур I. Эквивалентный контур II состоит из конденсатора 13, эквивсшентной индуктивности 14, коммутатора 15, гфисоедин ющего нагрузку к генератору , и сопротивлени  16 нагру-зки.

Генератор работает следующим образом- .

После зар дки конденсаторов 1 до рабочего напр жени  (фиг. 1 подаетс  высоковольтный запускающий импуль на разр дники 4, что приводит к их последовательному срабатыванию. По мере срабатывани  разр дников 4 происходит зар дка конденсаторов б от накопительных конденсаторов 1. Вви близкого расположени  этих конденс торов индуктивность зар дной цепи (фиг. 2) получаетс  небольшой, Выб ром величи1&1 перенапр жени  на раз р дниках 4 обеспечиваетс  высока  скорость срабатывани  разр дников генератора, благодар  чему врем  зар дки цепочки конденсаторов 6 (фиг. 1), т. е. конденсатора 13 (фиг. 2), почти TiSKoe же как и вре зар дки одного конденсатора 6, опр дел емое индуктивностью цепи 10 за р дки (фиг. 2 . Следовательно, вре нарастани  напр жегр   конденсатора до максимальной величины будет опр дел тьс  выражением где L. - эквивалентна  индуктивнос 10 (фиг. 2); С. - емкость накопительного ко денсатора 1 (фиг. l); С - емкость компенсирукн,чего конденсатора 6 (фиг. R - эквивалентное сопротивле 11 1ФИГ. 2),. Сравним величину индуктивности в гфедлагаемом генераторе и индукти ность L в прототипе. Эквивалентна  индуктивность L равна , где L - собственна  индуктивность одного конденсатора 1 ( фиг. 1); ц - Собственна  индуктивность одного конденсатора б ( фиг. L - индуктивность одного разр дника с ошиновкой; Ljy - индуктивность шин, присое дин кнцих конденсатор 6 к каскаду генератора. где л - число каскадов генератора; дл  мощных мегавольтных генераторов п «- 104-30; L - собственна  индуктивность высоковольтного компенсиру щего конденсатора; L - ИНДУКТИВНОСТЬ обратного то копровода генератора. Из сравнени  выражений дл  L и Ll| следует, что даже при условии ра венства Ьоа Ь ш ) Ь получаетс , что, tlwL , т. Li; 7 L . Следовательно, врем  зар дки экв емкости конденсатора 13 (.фиг. 2 ), а также врем  нарастани  напр жени  на коммутаторе 15 Сфиг. 2) уменьшаетс  ТмГ. U V ., / I I :,. соответствующее врем  зар дки в известном генераторе. Таким образом, предлагаемое разделение компенсирующего конденсатора на р д конденсаторов 6 (фиг. 1), присоедин емых к генератору покаскадно, приводит к возрастанию скорости повышени  напр жени  на кокв утаторе 8 (фиг. ), что улучшает стабильность срабатывани  кон кутатора 8, работающего на принципе самопробо , а следовательно и стабильность амплитуды импульса на нагрузке. При малых временах роста напр жени - на высоковольтном электроде коммутатора 8 ( реально достижи х в предщагаег.юм генератсфе, возможен особый вид работы двухэлектродного коммутатс а многоканальный пробой. В этом случае ток коммутируетс  по нескольким каналам , и результируквдее сопротивление и индуктивность искры коммутатора уменьшаютс  по сравнению с одноканальным пробоем. Это щ)иводит к уменБшению падени  напр жени  на коммутаторе, а также к снижению потерь в коммутаторе. Лмплитуда формируемого импульса и КПД генератора в этом случае возрастают. Необходо1мо отметить, что в предлагаемом генераторе сохран етс  компенсаци  индуктивности разр дного контура генератора при формировании фронта иь-пульса на нагрузке. Как видно из фиг. 1, конденсаторы б подсое.г-; дин ютс  к каждому зар дному сопротивлению генератора.В схемах мощных мегавольтных генераторов обычно используетс  двухпол рна  зар дка накопительных конденсаторов.Дл  достижени  больших перенапр жений на разр дниках генератора (от двухкратного до шестикратного) за счет реостатно-. емкостных св зей между каскадами число зар дных сопротивлений,а следовательно И конденсаторов 6 Еозрастает .Это позвол ет выполнить конструктивно несколько параллельных ветвей из цепочек конденсаторов 6 с малоиндуктивной ошиновкой,что снижает величину эквивалентной индуктивности 14 контура и (фиг. 2КВеличина эквивалентной индуктивности 14 в предлагаемом генераторе становитс  сравнимой с эквивалентной индуктивностью в известном,что позвол ет достичь аналогичной величины длительности фронта импульса на нагрузке.При ус.- . ловии емкостной нагрузки генератора . -VML,

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Генератор импульсных напряжений, выполненный по каскадной схеме умножения Аркадьева-Маркса, содержащий зарядные сопротивления, разрядники, накопительные конденсаторы, высоко- 1 вольтный коммутатор для подсоедине ния нагрузки к генератору и конденсатор, компенсирующий влияние паразитной индуктивности разрядного контура, отли чающийся тем, что, с целью повышения стабильности амплитуда формируемого импульса и уменьшения габаритов генератора, компенсирующие конденсаторы установлены в каждом из каскадов и подключены параллельно зарядным сопротивлениям.