Высоковольтный генератор импульсов (варианты)



Высоковольтный генератор импульсов (варианты)
Высоковольтный генератор импульсов (варианты)
Высоковольтный генератор импульсов (варианты)

 

H03K3 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

Владельцы патента RU 2410835:

Сорокин Олег Валерьевич (RU)
Ладягин Юрий Олегович (RU)
Габлия Юрий Александрович (RU)

Изобретение относится к контактному и дистанционному оружию с электрическим средством поражения цели (электрошокерам), а также к технике получения электрических импульсов высокого напряжения при большой силе тока, например, в устройствах электрогидравлического разряда, устройствах электротермического метания, в других устройствах, где необходим электрический разряд с большим пробивным расстоянием в газах и материалах при большой силе тока в цепи. Технический результат - повышение эффективности и безопасности работы генератора. Высоковольтный генератор импульсов содержит включенные параллельно автономный источник питания, преобразователь постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В и накопительный конденсатор, а также содержащий цепь из высоковольтного ключа в виде воздушного или газового разрядника или тиристора и низковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, подключенные параллельно выходу преобразователя постоянного напряжения, дополнительный накопительный конденсатор, заряжаемый от упомянутого преобразователя через диод и установленный параллельно высоковольтной обмотке высоковольтного импульсного трансформатора, выходные электроды, подключенные к концам высоковольтной обмотки, и воздушный или газовый разрядник, включенный в разрядную цепь дополнительного конденсатора, при этом высоковольтная обмотка имеет две отдельные взаимоизолированные секции, оба вывода обоих секций высоковольтной обмотки соединены между собой двумя цепями, состоящими из диода, включенного последовательно с дополнительным накопительным конденсатором, при этом один вывод диода первой цепи присоединен непосредственно к одной обкладке упомянутого дополнительного накопительного конденсатора, а один вывод диода второй цепи присоединен непосредственно к другой обкладке дополнительного накопительного конденсатора, другой вывод диода первой цепи присоединен к одному выходному электроду, а другой вывод диода второй цепи присоединен к другому выходному электроду, низковольтная и высоковольтные обмотки высоковольтного импульсного трансформатора сфазированы с выходом упомянутого преобразователя постоянного напряжения и диодами. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к контактному и дистанционному оружию с электрическим средством поражения цели (электрошокерам), а также к технике получения электрических импульсов высокого напряжения при большой силе тока, например, в устройствах электрогидравлического разряда, устройствах электротермического метания, в других устройствах, где необходим электрический разряд с большим пробивным расстоянием в газах и материалах при большой силе тока в цепи.

Уровень техники

Известны электрошоковые устройства (ЭШУ) ведущей мировой фирмы Taser International, Inc., например, по патенту США № 6999295, использующих в высоковольтных генераторах импульсов технологию Shaped Pulse (т.е. предварительная ионизации разрядного промежутка малоэнергетичным начальным разрядом для прохождения по ионизированному воздушному каналу мощного импульса накопительного конденсатора). В технологии Shaped Pulse достигается увеличение КПД разряда накопительного конденсатора (конденсаторов) вследствие организации его разряда без трансформации непосредственно в ионизированный предварительным сравнительно маломощным разрядом высоковольтного импульсного трансформатора разрядный промежуток между целью и поражающими электродами (боевыми электродами). Недостатком этих устройств является большая сложность электрической схемы, многообмоточные трансформаторы преобразователя, позволяющие реализовать технологию Shaped Pulse (4- и 5-обмоточные), включение в разрядную высоковольтную цепь ограничивающих ток в импульсе сопротивлений вторичных обмоток высоковольтного импульсного трансформатора, что не позволяет получать большие токи разряда.

Известны высоковольтные генераторы импульсов напряжения (ГИН), например, генератор Маркса. Генератор Маркса состоит из зарядной цепи, состоящей из сопротивлений и высоковольтных конденсаторов, заряжаемых параллельно сравнительно небольшим напряжением электрического тока, и последовательно и автоматически соединяющихся при помощи газовых разрядников (тригатронов, тиратронов, игнитронов) в момент генерации высоковольтного импульса.

В некоторых установках объединяют два генератора Маркса в единую установку, в которой многоступенчатый генератор Маркса с конденсаторами небольшой общей емкости обеспечивает высокий потенциал напряжения, необходимый для развития разряда основного малоступенчатого генератора Маркса с конденсаторами большой общей емкости, со сравнительно невысоким потенциалом, но большой силой тока в продолжительном импульсе. В этом случае многоступенчатый генератор Маркса выполняет описанную выше функцию Shaped Pulse. Недостатком генераторов Маркса является необходимость составления многих ступеней с дорогими высоковольтными конденсаторами повышенной добротности, дорогими разрядниками, значительные потери в искровых разрядных промежутках, необходимость точного подбора зарядных сопротивлений, напряжения срабатывания разрядников.

Известно электрошоковое устройство по патенту России № 2305246. По Фиг.1 данного патента высоковольтный генератор импульсов содержит источник электропитания (батарею или аккумулятор), преобразователь 3 постоянного низкого напряжения питания в постоянный ток более высокого напряжения для питания накопительного конденсатора 4, включенного последовательно с первичной обмоткой 7 выходного высоковольтного импульсного трансформатора и газовым разрядником 6. В цепь вторичной обмотки 13 высоковольтного импульсного трансформатора параллельно включен дополнительный конденсатор 9, заряжаемый от преобразователя 3 через диод 10, служащий для недопущения стекания тока заряда конденсатора 9 в цепь обмотки 7 трансформатора. При срабатывании разрядника 6 конденсатор 9 разряжается параллельно цепи обмотки 13, увеличивая мощность выходного высоковольтного импульса за счет увеличения его длительности.

Данное устройство имеет следующий недостаток.

Конденсатор 9 разряжается в разрядный искровой промежуток, минуя обмотку 13, имеющую значительное сопротивление. При напряжениях холостого хода высоковольтного импульсного трансформатора в десятки киловольт сопротивление обмотки 13 составляет сотни ом. Соответственно максимальный разрядный ток конденсатора 9 ограничивается только прямым сопротивлением диода (диодной сборки) 11, которое мало, и сопротивлением искрового промежутка, которое при наступлении пробоя весьма мало.

Однако достижению максимальных разрядных токов при максимально возможном для данного трансформатора пробивном расстоянии напряжении воздушного промежутка между поражающими электродами 14 и 15 препятствует ток утечки (обратный ток) диода 12 (диодной сборки) и дополнительный ток утечки диода 10. При протекании этих обратных токов напряжение холостого хода трансформатора значительно падает, и длина искрового разряда (длина воздушного промежутка пробоя) на электродах 14 и 15 падает до около 50-60% от аналогичного пробивного расстояния по воздуху чисто трансформаторного (бесконденсаторного) выхода. Это существенно снижает эффективность электрошокового устройства, использующего такую схему, так как электрошоковые устройства проектируются как пробивающие максимальное воздушное расстояние при ограниченных габаритах высоковольтного импульсного трансформатора.

Другим важным недостатком описываемого устройства является появление на всех элементах электрической схемы емкостного потенциала в случае непопадания (или неодновременного попадания) одного из поражающих электродов в цель при исполнении устройства в дистанционном варианте электрошокера, либо контакте с целью только одного поражающего электрода в случае контактного применения электрошокера.

При попадании одного поражающего электрода в цель, емкость которой составляет около 80 пикофарад (стандартная электрическая емкость человеческого тела), происходит заряд этого конденсатора и одновременно заряд емкости тела пользователя. В связи с этим между устройством и телом пользователя (рукой, удерживающей дистанционный электрошокер) возникает разность потенциалов емкостной связи, составляющая напряжение в 5-10 киловольт. При напряжении холостого хода устройства около 50 киловольт (стандартная величина напряжения холостого хода большинства электрошокеров) напряжение емкостной связи примерно 7-10 кВ. Такое напряжение способно пробить воздушное расстояние или образовать поверхностный разряд по элементам корпуса электрошокового устройства на расстояние до 10 мм и более.

Емкостная связь возникает в электрошокерах с любым типом высоковольтных генераторов импульсов (трансформаторным и умножительным), но в схемах, где существует гальваническая связь между высоковольтным каскадом схемы и большинством элементов схемы (например, в рассматриваемой схеме), емкостный разряд особенно вреден. Во-первых, существует значительная вероятность электрического пробоя низковольтых элементов схемы, например транзисторов и конденсаторов преобразователя 3, возникшим емкостным разрядом. Во-вторых, и главных, при пробое емкостным разрядом из токонесущих элементов схемы на тело (руку) пользователя пользователь ощущает электрический удар средней силы.

У пользователя возникает синдром так называемой «боязни собственного оружия», аналогичный боязни пользователя огнестрельного оружия с излишней болезненной отдачей либо чрезвычайно громким звуком выстрела. Боязнь собственного оружия делает невозможным нормальное прицеливание, так как пользователь заранее ожидает боль. Эффективность такого оружия независимо от его поражающих свойств стремится к нулю.

Поскольку имеется достаточное количество отверстий в корпусе (например, выход предохранителя, спускового крючка, штекера заряда аккумуляторов, лазерный целеуказатель (ЛЦУ) и т.д.), из-за этого чрезвычайно трудно сконструировать оружие с полностью электрически герметичным корпусом, в котором бы ни один металлический элемент, гальванически соединенный со схемой, не выходил наружу корпуса устройства. В большинстве случаев устранению емкостного разряда не помогают ни тщательная изоляция элементов схемы, ни даже полная заливка элементов схемы электроизоляционным компаундом.

Известно электрошоковое устройство по патенту России № 2305246 (Фиг.3) с высоковольтным генератором импульсов, содержащим источник электропитания (батарею или аккумулятор), преобразователь 3 постоянного низкого напряжения питания в постоянный ток более высокого напряжения для питания накопительного конденсатора 4, включенного последовательно с первичной обмоткой 7 выходного высоковольтного импульсного трансформатора и газовым разрядником 6. В цепь вторичной обмотки 13 высоковольтного импульсного трансформатора последовательно включен дополнительный конденсатор 20, заряжаемый от преобразователя 3 через диод 21, служащий для недопущения стекания тока заряда конденсатора 20 в цепь обмотки 7 трансформатора.

При срабатывании разрядника 6 конденсатор 20 разряжается в цепи обмотки 13, увеличивая мощность выходного высоковольтного импульса за счет увеличения его длительности.

Данное устройство имеет следующий органический недостаток.

Конденсатор 20 разряжается через обмотку 13, имеющую значительное сопротивление. При напряжениях холостого хода высоковольтного импульсного трансформатора в десятки киловольт сопротивление обмотки 13 составляет сотни ом. Соответственно максимальный разрядный ток конденсатора 20 ограничивается сопротивлением обмотки 13.

В электрошоковых устройствах нелетального действия этот недостаток не слишком существенен, так как ток в цепи должен вынужденно ограничиваться физиологическими нормами, установленными для недопущения смертельных поражений физиологических целей.

Но в электрических устройствах специального назначения этот недостаток делает невозможным наращивание тока импульса при ограниченном зарядном напряжении конденсатора 20. Однако увеличение зарядного напряжения конденсатора 20 вызывает геометрический рост его габаритных размеров из-за необходимости увеличивать толщину межобкладочной изоляции конденсатора, электрическая прочность которой для всех современных диэлектриков гранична.

Недостатком обоих описанных выше схем электрошоковых устройств является недостаточный визуальный эффект работы устройств вхолостую (т.е. без нагрузки на поражающих электродах).

Основным требованием при применении электрошокирующих устройств является возможность демонстрации разряда перед агрессивно настроенным нападающим, при этом визуально мощный разряд электрошокера (цвет, шум), как показывает практика, в большинстве случаев психологически предотвращает нападение.

Электрошокеры даже с большей эффективностью по физиологическому действию разряда до непосредственного применения, т.е. в момент «демонстрации угрозы», психологически всегда проигрывают электрошокерам с меньшей физиологической эффективностью разряда, но с большим визуальным эффектом.

Мощный демонстрационный эффект в большинстве случаев позволяет избежать применения электрошокера и соответственно снизить риск случайного жесткого травматического или смертельного поражения цели.

Демонстрационный разряд рассматриваемых схем электрошокового устройства имеет визуальный эффект, превосходящий визуальный эффект электрошокеров с чисто трансформаторным выходом (например, всех изделий группы компаний МАРТЪ, лидера электрошокового оружия России), однако эффект значительно ниже, чем демонстрационный разряд электрошокеров со схемой умножения (чисто конденсаторный выход). Это связано с тем, что разряд устройства по Фиг.1 (патента RU 2305246) имеет недостаточную длину пробоя по воздуху при граничных размерах высоковольтного трансформатора, а разряд устройства по Фиг.3 (патента RU 2305246) в связи с прохождением тока разряда конденсатора через сопротивление вторичной обмотки высоковольтного трансформатора имеет вялый «размытый» вид и недостаточную по сравнению с умножительной схемой громкость разряда.

Целью изобретения является создание простого и недорогого высоковольтного генератора импульсов для различных областей техники с высокой эффективностью работы, заключающейся в генерации импульсов большого напряжения при большой силе тока в разряде, а при использовании его в качестве выходного высоковольтного генератора импульсов электрошокового устройства - уменьшение емкостной связи пользователя с целью и улучшения визуализации демонстрационного электроразряда.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве по настоящему изобретению, содержащем включенные параллельно автономный источник питания, преобразователь постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В и накопительный конденсатор, а также содержащий цепь из высоковольтного ключа в виде воздушного или газового разрядника или тиристора и низковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, подключенные параллельно выходу преобразователя постоянного напряжения, дополнительный накопительный конденсатор, заряжаемый от упомянутого преобразователя через диод и установленный параллельно высоковольтной обмотке высоковольтного импульсного трансформатора, выходные электроды, подключенные к концам высоковольтной обмотки, и воздушный или газовый разрядник, включенный в разрядную цепь дополнительного конденсатора, при этом высоковольтная обмотка имеет две отдельные взаимоизолированные секции, оба вывода обоих секций высоковольтной обмотки соединены между собой двумя цепями, состоящими из диода, включенного последовательно с дополнительным накопительным конденсатором, при этом один вывод диода первой цепи присоединен непосредственно к одной обкладке упомянутого дополнительного накопительного конденсатора, а один вывод диода второй цепи присоединен непосредственно к другой обкладке дополнительного накопительного конденсатора, другой вывод диода первой цепи присоединен к одному выходному электроду, а другой вывод диода второй цепи присоединен к другому выходному электроду, низковольтная и высоковольтные обмотки высоковольтного импульсного трансформатора сфазированы с выходом упомянутого преобразователя постоянного напряжения и диодами.

Дополнительная особенность заключается в том, что в качестве высоковольтного импульсного трансформатора с двумя взаимоизолированными секциями вторичной обмотки используют два высоковольтных импульсных трансформатора с односекционной вторичной обмоткой и параллельным или последовательным соединением первичных обмоток.

Дополнительная особенность заключается в том, что в качестве диодов используют высоковольтные диодные сборки.

Дополнительная особенность заключается в том, что в зарядную цепь накопительного конденсатора или дополнительного накопительного конденсатора параллельно включено разгрузочное сопротивление.

Дополнительная особенность заключается в том, что низковольтная обмотка высоковольтного импульсного трансформатора шунтирована диодом, включенным обратнополярно относительно рабочей полярности накопительного конденсатора.

Также сущность изобретения заключается в том, что в устройстве по настоящему изобретению, содержащем включенные параллельно автономный источник питания, преобразователь постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В и накопительный конденсатор, а также содержащий цепь из высоковольтного ключа в виде воздушного или газового разрядника или тиристора и низковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, подключенные параллельно накопительному конденсатору, дополнительный накопительный конденсатор, заряжаемый от преобразователя через диод и установленный последовательно с высоковольтной обмоткой высоковольтного импульсного трансформатора, выходные электроды, подключенные к концам обмотки, и воздушный или газовый разрядник, включенный в разрядную цепь дополнительного конденсатора, при этом оба вывода высоковольтной обмотки соединены между собой цепью, состоящей из диода, включенного последовательно с дополнительным накопительным конденсатором, при этом один вывод диода присоединен непосредственно к обкладке дополнительного накопительного конденсатора, другая обкладка которого присоединена к одному выходному электроду, другой вывод диода присоединен ко второму выходному электроду, низковольтная и высоковольтная обмотки высоковольтного импульсного трансформатора сфазированы с выходом преобразователя постоянного напряжения и диодом.

Дополнительная особенность заключается в том, что в качестве диодов используют высоковольтные диодные сборки.

Дополнительная особенность заключается в том, что в зарядную цепь накопительного конденсатора или дополнительного накопительного конденсатора параллельно включено разгрузочное сопротивление.

Дополнительная особенность заключается в том, что низковольтная обмотка высоковольтного импульсного трансформатора шунтирована диодом, включенным обратнополярно относительно рабочей полярности накопительного конденсатора.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой электрическую схему высоковольтного генератора импульсов согласно одному варианту осуществления.

Фиг.2 представляет собой электрическую схему высоковольтного генератора импульсов с двумя высоковольтными импульсными трансформаторами.

Фиг.3 представляет собой электрическую схему высоковольтного генератора импульсов согласно другому варианту осуществления.

Осуществление изобретения

В зависимости от необходимости могут применяться различные варианты высоковольтного генератора импульсов.

Высоковольтный генератора импульсов по п.1 формулы изобретения (Фиг.1) состоит из низковольтного источника питания 1, представляющего собой аккумулятор, батарею или иной источник электропитания, выключателя 2, преобразователя 3 низкого постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В, соединенного накопительным конденсатором 4, включенного параллельно в цепь, состоящую из газового или воздушного разрядника 5 или тиристора и низковольтной первичной обмотки 6 высоковольтного импульсного трансформатора. При этом низковольтный источник питания 1, преобразователь 3 низкого постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В и накопительный конденсатор 4 включены параллельно.

К преобразователю 3 подключен также дополнительный токовый накопительный конденсатор 7, одна обкладка которого соединена с выводом преобразователя 3 напрямую, а другая обкладка соединена с выводом преобразователя 3 через диод 8. Выводы конденсатора 7 соединены при помощи конденсаторов 9 и 10 со средними выводами вторичных обмоток 11 и 12 трансформатора диодами (диодными сборками) 13 и 14, которые в свою очередь соединены со свободными выводами вторичных обмоток 11 и 12 трансформатора.

Точка соединения диода 13 и свободного вывода вторичной обмотки 11 трансформатора соединена с выходным («поражающим электродом» в случае использования генератора в ЭШУ) электродом 15 генератора, а точка соединения диода 14 и свободного вывода вторичной обмотки 12 трансформатора соединена с газовым или воздушным разрядником, 16 в свою очередь соединенным последовательно с выходным («поражающим электродом» в случае использования генератора в ЭШУ) электродом 17.

Низковольтная или высоковольтная обмотки высоковольтного импульсного трансформатора должны быть сфазированы с выходом преобразователя 3 и диодами 8, 13, 14.

Устройство работает следующим образом.

При включении выключателя 2 преобразователь 3 начинает заряжать конденсатор 4 и через диод 8 конденсатор 7. При достижении полного заряда конденсатора 4 потенциал на нем оказывается равным напряжению зажигания разрядника 5, разрядник 5 срабатывает и конденсатор 4 разряжается через разрядник 5 в первичную обмотку 6 трансформатора.

В то же время конденсатор 7 остается заряженным, так как его разряду в цепь разрядника 5 и первичной обмотки 6 трансформатора препятствует диод 8.

Во вторичных обмотках 11 и 12 трансформатора наводится ЭДС индукции при высоком потенциале.

Диоды 13 и 14 включены обратно полярно полярностям импульсов обмоток 11 и 12 трансформатора, поэтому шунтирования тока высоковольтного импульса на диодах 13 и 14 не происходит.

Между электродами 15 и 17 с заранее выбранным расстоянием для гарантированного пробоя по воздуху, при потенциале, развиваемом последовательно соединенными вторичными обмотками 11 и 12 трансформатора, происходит воздушный пробой. При этом сопротивление ионизированного пробоем разрядного канала между электродами 15 и 17 резко падает и конденсатор 7 начинает разряжаться в ионизированный воздушный канал через диоды 13 и 14. При этом ток разряда конденсатора 7 проходит в ионизированный канал практически только через диоды 13 и 14, так как его параллельному прохождению через обмотки 11 и 12 препятствуют конденсаторы малой емкости 9 и 10. Расположение конденсаторов 9 и 10 относительно выходов обмоток 11 и 12 несущественно, и они могут быть подключены как к средним выводам обмоток, так и концам обмоток до соединения концов обмоток с диодами 13 и 14. На Фиг.1 такое расположение конденсаторов показано пунктирными линиями.

В случае использования генератора в ЭШУ боевой разряд с электродов 15 и 17 происходит через одежду нападающего, т.е. через воздушные промежутки, определяемые толщиной одежды, однако в некоторых случаях применения электроды 15 и 17 могут быть прижаты непосредственно к кожному покрову цели, имеющему сопротивление около 1000 Ом. В этом случае постоянный ток преобразователя 3 начинает проходить на электроды 15 и 17 и далее на сопротивление кожного покрова через диоды 13 и 14. При этом конденсаторы 4 и 7 не заряжаются, а собственное поражающее действие постоянного тока преобразователя 3 ничтожно и ЭШУ перестает быть эффективным.

Для предотвращения протекания такого паразитного тока по указанному контуру между поражающим электродом 17 и точкой соединения диода 14 со свободным выводом вторичной обмотки 12 включен воздушный или газовый разрядник 16 с напряжением зажигания более напряжения зажигания разрядника 5.

Разрядник 16, таким образом, выполняет функцию недопущения прохождения тока преобразователя 3 на сопротивление цели до момента зажигания разрядника 5 и соответственно возникновения высоковольтного импульса трансформатора.

При прохождении же высоковольтного импульса трансформатора через сопротивление цели 1000 Ом и менее (вплоть до единиц ом) разрядник 16, напряжение зажигания которого незначительно по сравнению с потенциалом высоковольтного импульса вторичных обмоток трансформатора, зажигается потенциалом высоковольтного импульса, обеспечивая разряд конденсатора 7 прямо через цель (или воздушный промежуток и цель). Кроме указанной функции разрядник 16 обеспечивает функцию предохранения пользователя от воздействия постоянного остаточного напряжения на конденсаторе 4 и 7. Расположение разрядника 16 несущественно, и он может быть включен как в цепь электрода 17, так и в цепь электрода 15.

Вследствие того что гальваническая связь высоковольтных обмоток 11 и 12 с низковольтной частью схемы осуществляется от средней точки обмотки, если рассматривать две обмотки как единую высоковольтную обмотку, потенциал в этой средней точке вдвое менее, чем на общей обмотке. Поэтому эффект емкостного разряда (расстояние пробоя по воздуху при емкостном разряде) в рассматриваемой схеме вдвое менее, чем в высоковольтном генераторе импульсов, рассматриваемом в качестве аналога.

Для увеличения действующего на цель значения разрядного тока конденсатора 9 и недопущения пробоя диодов высоковольтными импульсами вторичных обмоток 13 и 14 трансформатора в качестве диодов необходимо применять высоковольтные диодные сборки с возможно большими значениями допускаемого прямого импульсного тока, обратного напряжения и минимальным обратным током.

Рассмотренное устройство позволяет получать длину пробоя по воздуху, равную 95-100% от длины пробоя по воздуху от чисто трансформаторного пробоя используемого трансформатора с соединенными последовательно в средних точках обмотками 11 и 12.

После выключения выключателя 2 и прекращения работы преобразователя 3 в определенный момент времени (до полного заряда конденсатора 4 и срабатывания разрядника 5) конденсатор 7 остается неразряженным, и уже после выключения преобразователя 3, благодаря току утечки диода 8, начинает дозаряжать конденсатор 4. Такой процесс происходит при емкости конденсатора 7, значительно большей емкости конденсатора 4. При дозаряжании конденсатора 4 и срабатывании разрядника 5 происходит единичный высоковольтный импульс на высоковольтном трансформаторе при выключенном генераторе. Такой неожиданный единичный импульс после выключения устройства представляет опасность для пользователя. Для устранения такого явления в зарядную цепь конденсатора 4 параллельно ему может быть включен разгрузочный резистор с большим сопротивлением.

На Фиг.2 изображено устройство, отличающееся от устройства по Фиг.1 применением не одного высоковольтного импульсного трансформатора с раздельными вторичными обмотками, а двух отдельных высоковольтных импульсных трансформаторов с вторичными обмотками без средних отводов. При этом первичные обмотки 18 и 19 отдельных трансформаторов соединены параллельно (в некоторых случаях для лучшего согласования последовательно), а вторичные обмотки 20 и 21 включены соответственно включению разделенных обмоток на Фиг.1.

Такое устройство, используя типовые высоковольтные импульсные трансформаторы, позволяет получать пробивные расстояния больше, чем от одного трансформатора при большой силе тока в импульсе.

На Фиг.3 изображен высоковольтный генератор импульсов, состоящий из низковольтного источника 1 питания, представляющего собой аккумулятор, батарею или иной источник электропитания, выключателя 2, преобразователя 3 низкого постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В, соединенного с накопительным конденсатором 4, включенным параллельно в цепь, состоящую из газового или воздушного разрядника 5 и первичной обмотки 6 высоковольтного импульсного трансформатора. При этом низковольтный источник питания 1, преобразователь 3 низкого постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В и накопительный конденсатор 4 включены параллельно.

К преобразователю 3 подключен также дополнительный токовый накопительный конденсатор 7, одна обкладка которого соединена с выводом преобразователя 3 напрямую, а другая обкладка соединена с выводом преобразователя 3 через диод 8. Конденсатор 7 включен последовательно вторичной обмотке 22 высоковольтного импульсного трансформатора, при этом один вывод конденсатора 7 соединен с газовым или воздушным разрядником 16, в свою очередь соединенным последовательно с выходным («поражающим электродом» в случае использования генератора в ЭШУ) электродом 17.

Другой вывод конденсатора 7 подключен к одному выводу обмотки 22 и одному выводу диода (диодной сборке) 23, который вторым выводом в свою очередь присоединен ко второму выводу обмотки 22 через конденсатор 24.

Точка соединения диода 23 и конденсатора 24 соединена с выходным («поражающим электродом» в случае использования генератора в ЭШУ) электродом 15 генератора.

Низковольтная или высоковольтная обмотки высоковольтного импульсного трансформатора должны быть сфазированы с выходом преобразователя 3 и диодами 8 и 23.

Устройство работает следующим образом.

При включении выключателя 2 преобразователь 3 начинает заряжать конденсатор 4 и через диод 8 конденсатор 7. При достижении полного заряда конденсатора 4 потенциал на нем оказывается равным напряжению зажигания разрядника 5, разрядник 5 срабатывает и конденсатор 4 разряжается через разрядник 5 в первичную обмотку 6 трансформатора.

В то же время конденсатор 7 остается заряженным, так как его разряду в цепь разрядника 5 и первичной обмотки 6 трансформатора препятствует диод 8.

Во вторичной обмотке 22 трансформатора наводится ЭДС индукции при высоком потенциале.

Диод 23 включен обратно полярно полярности импульса обмотки 22 трансформатора, поэтому шунтирования тока высоковольтного импульса на диоде 23 не происходит.

Между электродами 15 и 17 с заранее выбранным расстоянием для гарантированного пробоя по воздуху, при потенциале, развиваемом вторичной обмоткой 22 трансформатора, происходит воздушный пробой.

При этом сопротивление ионизированного пробоем разрядного канала между электродами 15 и 17 резко падает, и конденсатор 7 начинает разряжаться в ионизированный воздушный канал через диод 23. При этом ток разряда конденсатора 7 проходит в ионизированный канал практически только через диод 23, так как его параллельному прохождению через обмотку 22 препятствует конденсатор малой емкости 24, включенный последовательно обмотке 22. Расположение конденсатора 24 относительно выходов обмотки 22 несущественно, и он может быть подключен как к одному выводу обмотки с соединением с точкой соединения конденсатора 7 и диода 23, так и к другому выводу обмотки. Такое расположение конденсатора 24 показано на Фиг.3 пунктирными линиями. Единственное условие - разделение конденсатором 24 тока разряда конденсатора 7 от прохождения его по обмотке 22.

Расположение разрядника 16 также несущественно, и он может быть включен как в цепь электрода 17, так и в цепь электрода 15.

Единственное условие - разделение разрядником 16 тока разряда конденсатора 7.

Рассмотренное устройство позволяет получать длину искрового пробоя по воздуху, равную 150-180% от длины пробоя по воздуху от чисто трансформаторного пробоя используемого трансформатора.

Эффект увеличения длины пробоя по воздуху по сравнению с чисто трансформаторным выходом достигается за счет того, что данная схема наиболее эффективно использует предварительную ионизацию канала между выходными электродами, в связи с чем токовый разряд конденсатора 7 развивается как искровой даже при начальном слабокоронном разряде между выходными электродами, при этом за счет большой силы тока разряда конденсатора 7 разряд визуализуется. В чисто же трансформаторном разряде слабокоронный разряд также теоретически присутствует, но в связи с ничтожной силой тока не визуализуется, как искровой.

1. Высоковольтный генератор импульсов, содержащий включенные параллельно автономный источник питания, преобразователь постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В и накопительный конденсатор, а также содержащий цепь из высоковольтного ключа в виде воздушного или газового разрядника или тиристора и низковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, подключенные параллельно выходу преобразователя постоянного напряжения, дополнительный накопительный конденсатор, заряжаемый от упомянутого преобразователя через диод и установленный параллельно высоковольтной обмотке высоковольтного импульсного трансформатора, выходные электроды, подключенные к концам высоковольтной обмотки, и воздушный или газовый разрядник, включенный в разрядную цепь дополнительного конденсатора, отличающийся тем, что высоковольтная обмотка имеет две отдельные взаимоизолированные секции, оба вывода обоих секций высоковольтной обмотки соединены между собой двумя цепями, состоящими из диода, включенного последовательно с дополнительным накопительным конденсатором, при этом один вывод диода первой цепи присоединен непосредственно к одной обкладке упомянутого дополнительного накопительного конденсатора, а один вывод диода второй цепи присоединен непосредственно к другой обкладке дополнительного накопительного конденсатора, другой вывод диода первой цепи присоединен к одному выходному электроду, а другой вывод диода второй цепи присоединен к другому выходному электроду, низковольтная и высоковольтные обмотки высоковольтного импульсного трансформатора сфазированы с выходом упомянутого преобразователя постоянного напряжения и диодами.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве высоковольтного импульсного трансформатора с двумя взаимоизолированными секциями вторичной обмотки используют два высоковольтных импульсных трансформатора с односекционной вторичной обмоткой и параллельным или последовательным соединением первичных обмоток.

3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве диодов используют высоковольтные диодные сборки.

4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в зарядную цепь накопительного конденсатора или дополнительного накопительного конденсатора параллельно включено разгрузочное сопротивление.

5. Генератор по п.1, отличающийся тем, что низковольтная обмотка высоковольтного импульсного трансформатора шунтирована диодом, включенным обратнополярно относительно рабочей полярности накопительного конденсатора.

6. Высоковольтный генератор импульсов, содержащий включенные параллельно автономный источник питания, преобразователь постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В и накопительный конденсатор, а также содержащий цепь из высоковольтного ключа в виде воздушного или газового разрядника или тиристора и низковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, подключенные параллельно накопительному конденсатору, дополнительный накопительный конденсатор, заряжаемый от преобразователя через диод и установленный последовательно с высоковольтной обмоткой высоковольтного импульсного трансформатора, выходные электроды, подключенные к концам обмотки, и воздушный или газовый разрядник, включенный в разрядную цепь дополнительного конденсатора, отличающийся тем, что оба вывода высоковольтной обмотки соединены между собой цепью, состоящей из диода, включенного последовательно с дополнительным накопительным конденсатором, при этом один вывод диода присоединен непосредственно к обкладке дополнительного накопительного конденсатора, другая обкладка которого присоединена к одному выходному электроду, другой вывод диода присоединен ко второму выходному электроду, низковольтная и высоковольтная обмотки высоковольтного импульсного трансформатора сфазированы с выходом преобразователя постоянного напряжения и диодом.

7. Генератор по п.6, отличающийся тем, что в качестве диодов используют высоковольтные диодные сборки.

8. Генератор по п.6, отличающийся тем, что в зарядную цепь накопительного конденсатора или дополнительного накопительного конденсатора параллельно включено разгрузочное сопротивление.

9. Генератор по п.6, отличающийся тем, что низковольтная обмотка высоковольтного импульсного трансформатора шунтирована диодом, включенным обратнополярно относительно рабочей полярности накопительного конденсатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения стационарных и мобильных потребителей электроэнергии. .

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники и может быть использовано в радиолокационных станциях для питания СВЧ-генераторов передатчиков, для питания мощных лазеров, ускорителей заряженных частиц, а также устройств дезинфекции жидких пищевых продуктов и т.п.

Изобретение относится к вычислительной технике, информационно-измерительной радиотехнике и может быть использовано в качестве источника подкачки энтропии в систему генерирования случайных чисел для различных устройств информационной безопасности.

Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике и может использоваться при построении самосинхронных триггерных, регистровых и вычислительных устройств.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрофизических установках с высоковольтными емкостными накопителями энергии. .

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в электроразрядных технологиях, таких как дезинтеграция горных пород, снятия поверхностного слоя железобетонных конструкций, дробления мелкодисперсных частиц в растворах и т.п.

Изобретение относится к высоковольтной технике, использующей импульсные трансформаторы с номинальным выходным напряжением порядка сотен киловольт. .

Изобретение относится к сильноточной импульсной технике и может быть использовано для интенсификации технологических процессов обработки металлов за счет воздействия мощных токовых импульсов.

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам, работающим на повышенной частоте и предназначенным для возбуждения лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов, в частности лазеров на парах меди, а также для питания озонаторов, электрофильтров и других нелинейных импульсных нагрузок.

Изобретение относится к области аналого-цифровой вычислительной техники и может быть использовано для настройки и поверки приборов измерения мощности и реактивности ядерных реакторов и оперативной проверки их работоспособности.

Изобретение относится к устройствам получения озона в электрическом разряде и может быть использовано для создания генераторов озона

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах постоянного тока с обратной связью по скорости

Изобретение относится к преобразовательной технике

Изобретение относится к устройствам генерирования прямоугольных импульсов и может быть использовано в области импульсной электротехники для запуска управляемых разрядников

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в вычислительной технике при моделировании случайных процессов, тестировании каналов связи и аппаратуры

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, к схемам генерирования электрических импульсов и может быть использовано, например, для: запитки геофизических диполей, соленоидов с различным энергозапасом, стационарных и мобильных передающих антенн мощностью ~1 МВт, испытания измерительных элементов, силовых трансформаторов путем их нагружения килоамперными токами большой длительности и т.д

Изобретение относится к высоковольтной наносекундной технике и является компактным частотным генератором импульсного напряжения, выполненным по схеме Маркса, содержащим конденсаторные ступени в виде последовательно соединенных слоев, состоящих из плоских конденсаторов прямоугольного сечения с двухсторонним расположением выводов, слои размещены перпендикулярно оси цилиндрического корпуса, между слоями установлены диэлектрические прокладки, упомянутые слои соединены последовательно плоскими металлическими шинами, а выводные шины всех ступеней расположены с одной стороны продольной оси цилиндрического корпуса, диэлектрическую конструкцию в виде полок для установки конденсаторных ступеней и боковых стенок, зарядные дроссели в виде однослойных катушек и разделительных металлических дисков, размещенных на изоляционных трубах, установленных на диэлектрических шпильках, цанговые соединения между дисками и выводными шинами ступеней, искровые разрядники в виде двух колонн цилиндрического исполнения, имеющих расположенные соосно металлические диски с проходными отверстиями и разделительные изоляторы с резиновыми уплотнениями и центральными сквозными отверстиями, при этом в середине каждого второго изолятора установлен с помощью радиального стержня с резиновым уплотнением промежуточный электрод в виде цилиндрической обечайки, а с одной стороны каждого диска установлены соосно цилиндрические скругленные электроды, обращенные в сторону промежуточного электрода, при этом разрядные колонны размещены в пространстве между конденсаторными ступенями и корпусом со стороны выводных шин конденсаторных ступеней и симметрично относительно середины ступеней, а их оси смещены от оси корпуса генератора на одинаковом расстоянии, цилиндрический корпус с кабельными и газовыми вводами на нижнем фланце, выходной высоковольтный изолятор дискового исполнения с высоковольтным электродом емкостного делителя напряжения в виде замкнутой металлической фольги, расположенной на внешней образующей поверхности изолятора

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к дефибрилляторам, и может найти применение в медицинских учреждениях для отделений реанимации, кардиохирургии, интенсивной терапии, отделений неотложной скорой помощи, а также на догоспитальных этапах медицинской помощи

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике и может быть использовано в источниках питания различных электрофизических устройств

Изобретение относится к электронным схемам, специально предназначенным для сравнения амплитуд, и может быть использован в измерительной технике с допусковым контролем, в системах контроля и сигнализации
Наверх