Генератор аркадьева-маркса



Генератор аркадьева-маркса
Генератор аркадьева-маркса
Генератор аркадьева-маркса

 

H03K3/00 - 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 2576383:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)

Генератор Аркадьева-Маркса относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использован в ускорителях заряженных частиц или других импульсных сильноточных устройствах.

Сущность изобретения заключается в том, что по сравнению с известным генератором Аркадьева-Маркса, содержащим несколько каскадов с конденсаторами и разрядником в каждом каскаде, а также импульсный зарядный трансформатор, все элементы генератора расположены в металлическом герметичном корпусе, новым является то, что разрядник первого каскада выполнен управляемым и снабжен системой запуска, корпус генератора разделен на две секции с фланцами, в одной секции расположен импульсный зарядный трансформатор и система запуска, каскады генератора установлены в другой секции и закреплены на металлической пластине, причем пластина зажата между смежными фланцами секций корпуса до смыкания торцевых прилегающих поверхностей пластины и фланцев и имеет отверстия, в которых с радиальным зазором относительно краев отверстий установлены диэлектрические держатели высоковольтных выводов импульсного трансформатора и системы запуска.

Техническим результатом является повышение качества сборки и надежности работы генератора Аркадьева-Маркса при сохранении масс-габаритных характеристик. Дополнительным техническим результатом является повышение стабильности выходных напряжений. 2 ил.

 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в ускорителях заряженных частиц или других импульсных сильноточных устройствах.

Известен генератор Аркадьева-Маркса, используемый в компактном ускорителе электронов (Н.В. Белкин и др. «Малогабаритный наносекундный ускоритель электронов на 600 кВ», ПТЭ, 1977, №5, с.36-38). Зарядка каскадов генератора осуществляется импульсным трансформатором на замкнутом магнитопроводе. Трансформатор, конденсаторы, разрядники и другие элементы каскадов генератора расположены в едином герметичном корпусе в среде трансформаторного масла и закреплены на плоской вертикальной стойке из листового оргстекла. Оси конденсаторов параллельны между собой и перпендикулярны стойке, оси разрядников расположены под углом 45° к плоскостям осей конденсаторов в каскадах, плоскость осей разрядников параллельна плоскости стойки.

Недостатком этого генератора является сравнительно низкая плотность компоновки указанных элементов, приводящая к снижению масс-габаритных показателей устройства.

Наиболее близким к заявляемому является компактный генератор импульсных напряжений Аркадьева-Маркса (Патент RU №2091980, МПК 6 H03K 3/00, H05K 7/02, H05G 1/24. «Генератор импульсов напряжения». Эльяш С.Л., Москвин Н.И., Королев В.Н., Калиновская Н.И., опубликовано 27.09.1997), в каждом каскаде которого конденсаторы собраны в пакет, ось разрядника параллельна оси пакета конденсаторов, оси всех пакетов конденсаторов расположены в одной плоскости, а в другой плоскости, параллельной первой, находятся оси разрядников, все элементы генератора расположены в металлическом герметичном корпусе. Разрядники выполнены двухэлектродными, зарядка каскадов генератора осуществляется импульсным трансформатором. Использование указанной компоновки позволило при сохранении выходных параметров примерно в полтора раза уменьшить массу и объем генератора.

При этом он обладает следующими недостатками:

- при разборке генератора и сливе трансформаторного масла в слоистый диэлектрик трансформатора попадает воздух; его удаление после сборки генератора требует длительной вакуумной откачки и может стать причиной снижения надежности работы трансформатора;

- импульсное питание к трансформатору подводится через высоковольтный разъем, установленный на обечайке цельного корпуса генератора, что в процессе сборки сильно затрудняет пайку вывода первичной обмотки трансформатора к разъему;

- использование неуправляемых разрядников приводит к снижению стабильности выходных напряжений генератора.

Все перечисленные факторы приводят к снижению надежности генератора и стабильности его выходных напряжений.

Задачей данного изобретения является создание компактного генератора Аркадьева-Маркса со стабильными характеристиками и повышенной надежностью работы.

Техническим результатом является повышение качества сборки и надежности работы компактного генератора Аркадьева-Маркса при сохранении масс-габаритных характеристик. Дополнительным техническим результатом является повышение стабильности выходных напряжений.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным компактным генератором Аркадьева-Маркса, содержащим несколько каскадов с конденсаторами и разрядником в каждом каскаде, а также импульсный зарядный трансформатор, все элементы генератора расположены в металлическом герметичном корпусе, новым является то, что разрядник первого каскада выполнен управляемым и снабжен системой запуска, корпус генератора разделен на две секции с фланцами, в одной секции расположен импульсный зарядный трансформатор и система запуска, каскады генератора установлены в другой секции и закреплены на металлической пластине, причем пластина зажата между смежными фланцами секций корпуса до смыкания торцевых прилегающих поверхностей пластины и фланцев и имеет отверстия, в которых с радиальным зазором относительно краев отверстий установлены диэлектрические держатели высоковольтных выводов импульсного трансформатора и системы запуска.

Выполнение разрядника первого каскада управляемым и использование системы запуска позволяет компенсировать дрейф его напряжения самопробоя в процессе эксплуатации и стабилизировать его напряжение срабатывания. Поэтому применение управляемого разрядника с системой запуска способствует повышению надежности работы и стабильности выходных напряжений генератора.

Выполнение корпуса генератора двухсекционным позволяет:

- осуществлять раздельную сборку секций; при этом пайка вывода первичной обмотки зарядного трансформатора к высоковольтному разъему, установленному на корпусе секции трансформатора, легко осуществляется через открытое торцевое отверстие секции; это позволяет строго контролировать пространственное расположение высоковольтных выводов обмоток трансформатора, что способствует повышению его электропрочности и, соответственно, надежности генератора;

- располагать трансформатор в отдельной автономной секции и этим предотвратить попадание воздуха в диэлектрик высоковольтной обмотки трансформатора при разборке каскадной части генератора. После сборки генератора требуется только кратковременная вакуумная откачка, занимающая времени в несколько раз меньше, чем полное удаление воздуха из слоистого диэлектрика.

Расположение системы запуска разрядника первого каскада в секции с зарядным трансформатором позволяет сэкономить пространство внутри генератора и тем самым сохранить масс-габаритные характеристики, присущие генератору по прототипу.

Закрепление каскадов генератора на металлической пластине при снятом корпусе секции позволяет осуществить качественную сборку генератора, поскольку при этом обеспечен легкий доступ ко всем узлам и деталям генератора, что значительно упрощает технологические операции пайки, закрепления резьбовых соединений и др. Качественная сборка, проведенная в удобных условиях, способствует повышению надежности работы любого устройства.

После закрепления каскадов генератора на пластине, получившаяся сборка устанавливается на секции с импульсным трансформатором таким образом, чтобы в отверстия пластины в объем второй секции прошли высоковольтные выводы от трансформатора и схемы запуска. Здесь они подключаются к соответствующим элементам генератора, после чего на вторую секцию надевается корпус, и пластина зажимается между смежными фланцами обеих секций до смыкания прилегающих поверхностей. При этом обеспечивается и герметизация корпуса и качественный контакт пластины с обеими секциями. Последнее очень важно для предотвращения искрений при протекании больших импульсных токов через указанную сборку.

Для повышения электропрочности конструкции требуется выдерживать максимальные зазоры между высоковольтными выводами трансформатора и схемы запуска и краями отверстий заземленной пластины. Это обеспечивается точной установкой выводов относительно отверстий. Как правило, жесткость проводов, используемых для выводов, недостаточно велика, и случайная деформация провода может привести к уменьшению изолирующих зазоров. Поэтому необходимо применять жесткие диэлектрические держатели, которые позволяют выдержать точную установку высоковольтных выводов.

Таким образом, в данном изобретении использование перечисленных отличительных признаков приводит к повышению стабильности выходных напряжений и надежности работы генератора Аркадьева-Маркса при условии компактного расположения его элементов.

На фиг. 1 и фиг. 2 показаны разрез и фрагмент разреза заявляемого генератора с видом со стороны конденсаторов, где:

1 - секция зарядного трансформатора и системы запуска;

2 - секция каскадного генератора;

3, 4 - смежные фланцы секций;

5 - металлическая пластина;

6 - импульсный зарядный трансформатор;

7 - вывод первичной обмотки трансформатора;

8 - высоковольтный разъем;

9 - высоковольтные выводы от трансформатора и системы запуска;

10 - диэлектрические держатели;

11 - элементы системы запуска разрядника первого каскада;

12 - управляемый разрядник первого каскада;

13 - конденсаторы каскадов генератора;

14 - зарядные катушки индуктивности;

15 - изоляторные опорные стойки;

16 - отверстия в пластине 5;

17 - основание секции трансформатора.

Компактный генератор Аркадьева-Маркса имеет две секции, герметично соединенные друг с другом. В секции 1 расположен импульсный трансформатор 6, обеспечивающий зарядку конденсаторов генератора, и элементы 11 системы запуска разрядника первого каскада. В секции 2 расположены каскады генератора Аркадьева-Маркса, имеющие расположение элементов согласно генератору по прототипу. Все элементы каскадов (разрядники, в т.ч. управляемый разрядник 12 первого каскада, конденсаторы 13, зарядные катушки индуктивности 14) закреплены на металлической пластине 5 при помощи изоляторных стоек 15. В процессе сборки в первую очередь осуществляется монтаж секции 1 при снятом корпусе секции. На основании 17 секции закрепляется импульсный трансформатор 6 и элементы 11 системы запуска. Высоковольтные выводы 9 закрепляются в диэлектрических держателях 10. Затем надевается корпус секции 1, и вывод 7 первичной обмотки трансформатора подпаивается к разъему 8 через открытый фланец 4. После этого на секции 1 устанавливается пластина 5 таким образом, чтобы диэлектрические держатели проходили по центру отверстий 16 в пластине. На пластине закрепляются элементы каскадного генератора, и высоковольтные выводы 9 подпаиваются к зарядной катушке индуктивности 14 и управляющему электроду разрядника 12. Затем на секцию 2 надевается корпус, и фланцы 3, 4 стягиваются болтами, герметично зажимая при этом пластину 5 до смыкания прилегающих поверхностей. Далее в секции 2 устанавливается нагрузка и крышка (на рисунке не показаны). Особенности устройства заявляемого генератора позволяют на любом этапе сборки осуществлять комфортное проведение всех технологических операций (пайка, резьбовое соединение деталей и т.д.) и контроль их качества благодаря открытости конструкции и отсутствию труднодоступных узлов и элементов.

Устройство работает следующим образом. При подаче высоковольтного импульса на разъем 8 происходит зарядка конденсаторов 13 от импульсного трансформатора 6. В момент максимальной зарядки конденсаторов 13 в системе запуска формируется поджигающий импульс, который подается на управляющий электрод разрядника 12, что приводит к его пробою и затем срабатыванию всех остальных разрядников. При этом на нагрузке формируется высоковольтный импульс, амплитуда которого может в n раз превышать амплитуду напряжения, подаваемого на разъем 8, где n - количество каскадов генератора.

С использованием заявляемых признаков был изготовлен и испытан экспериментальный десятикаскадный генератор Аркадьева-Маркса на выходное напряжение 1.1 MB для ускорителя электронов. Заявляемое устройство надежно и без пропусков обеспечивало формирование импульсов напряжения на трубке до 1.1 MB со среднеквадратичным разбросом не более 1%, что в несколько раз меньше, чем в устройстве по прототипу, а многократные сборки и разборки генератора, проводимые при испытаниях с целью изменения его выходных параметров, осуществлялись со значительно меньшими трудозатратами и большей надежностью электрических сильноточных соединений.

Генератор Аркадьева-Маркса, содержащий несколько каскадов с конденсаторами и разрядником в каждом каскаде, а также импульсный зарядный трансформатор, все элементы генератора расположены в металлическом герметичном корпусе, отличающийся тем, что разрядник первого каскада выполнен управляемым и снабжен системой запуска, корпус генератора разделен на две секции с фланцами, в одной секции расположен импульсный зарядный трансформатор и система запуска, каскады генератора установлены в другой секции и закреплены на металлической пластине, причем пластина зажата между смежными фланцами секций корпуса до смыкания торцевых прилегающих поверхностей пластины и фланцев и имеет отверстия, в которых с радиальным зазором относительно краев отверстий установлены диэлектрические держатели высоковольтных выводов импульсного трансформатора и системы запуска.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике и может использоваться при построении самосинхронных комбинационных и вычислительных устройств, систем цифровой обработки информации.

Изобретение относится к технике электроракетных плазменных двигательных установок (ЭРПДУ) и может быть использовано для квалификационных испытаний составных частей ЭРПДУ - плазменных двигателей (ПД) и систем электропитания и управления (СПУ) на устойчивость к воздействию электростатических разрядов, обусловленных объемной электризацией космических аппаратов.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в системах управления (СУ) для контроля прохождения команд в коммутационных схемах. Технический результат заключается в повышении надежности и помехозащищенности схемы.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, криптографического кодирования и передачи информации и может быть использовано для построения генераторов случайных последовательностей импульсов большой неповторяющейся длительности.

Изобретение относится к средствам создания источников вторичного электропитания (ИВЭП) аппаратуры систем управления объектами ракетно-космической и авиационной техники, а также робототехническими комплексами.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных схемах различного назначения. Достигаемый технический результат - повышение надежности работы при возможности многократного повышения частоты импульсов.

Изобретение относится к способам управления зарядными устройствами накопительных конденсаторов и может быть использовано в электрофизических установках с емкостными накопителями энергии. Предложено в способе управления зарядными устройствами емкостного накопителя энергии на начальной стадии зарядки рабочую частоту изменять в функции текущего значения напряжения емкостного накопителя энергии, а на основной стадии выбирать ее величину исходя из требуемого максимального значения мощности на цикле зарядки.

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике и может быть использовано в импульсном рентгеновском ускорителе прямого действия. Технический результат - формирование серии последовательности импульсов тормозного излучения с минимальным размером фокусного пятна для регистрации быстропротекающих процессов.

Изобретение относится к области размагничивания кораблей и может быть использовано для питания рабочих обмоток размагничивания с установкой на судах размагничивания и на береговых станциях размагничивания взамен используемых в настоящее время электромеханических систем.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах радиоавтоматики и системах автоматического управления летательными аппаратами.

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике и может быть использовано в составе высоковольтного оборудования. Сущность изобретения: корпус генератора импульсных напряжений, содержащий аппаратуру генератора импульсных напряжений, заполненный диэлектрической жидкостью, выполнен в виде герметичной емкости, на наружной поверхности которой герметично установлены два снабженных обратными клапанами компенсационных бачка, сопряженных с внутренним объемом корпуса и содержащих герметичные газовые полости и гибкие выпуклые мембраны, отделяющие эти полости от полостей, заполненных диэлектрической жидкостью. Корпус также снабжен ребрами жесткости, а аппаратура генератора размещена на плите, установленной на направляющих корпуса. На торце корпуса расположено отверстие, сопряженное с проходящей по всей длине корпуса трубкой, для заливки диэлектрической жидкости и поступления воздуха при ее сливе, а также отверстие для выхода воздуха при заливке и сливе диэлектрической жидкости. Помимо этого на торце корпуса имеется смотровой купол, с отверстием для выхода воздуха и защитными дугами. Технический результат - расширение диапазона рабочей температуры при его закреплении в любом положении и с целью исключения контакта диэлектрической жидкости с окружающей средой. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к импульсной технике и может быть использована для систем питания мощных лазеров. Техническим результатом является формирование импульсов напряжения с высокой частотой повторения импульсов. Генератор включает последовательно соединенные индуктивный накопитель энергии и дрейфовый диод с резким восстановлением обратного сопротивления, а также нагрузку, подсоединенную параллельно дрейфовому диоду, и ключи. При этом ключи расположены последовательно, а индуктивный накопитель энергии подключен к точке соединения ключей между собой с возможностью регулировки амплитуды импульсов на нагрузке посредством изменения времени замыкания и размыкания ключей. Момент замыкания второго ключа находится в интервале времени между размыканием первого ключа и моментом изменения полярности тока через индуктивный накопитель, а момент его размыкания находится в интервале времени от начала формирования импульса на нагрузке до момента следующего замыкания первого ключа. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано для создания наносекундных компактных генераторов. Достигаемый технический результат - уменьшение искажений выходного импульса генератора путем подавления высокочастотных колебаний переходного процесса. Генератор высоковольтных импульсов собран по схеме Аркадьева - Маркса и содержит каскады с конденсаторами и разрядником в каждом каскаде, расположенные в металлическом корпусе, LC-контур, корректирующий форму импульса, нагрузку, при этом корпус содержит дополнительный металлический патрубок, в котором соосно с ним расположены конденсатор, катушка индуктивности и нагрузка, конденсатор выполнен в виде металлического стакана, катушка индуктивности выполнена в виде жесткой цилиндрической спирали. 6 ил.

Изобретение относится к управлению энергопотреблением в электронной схеме, в частности к управлению рабочими точками тактовой частоты и источника напряжения в электронной схеме. Достигаемый технический результат - снижение энергопотребления. Тактовый сигнал для электронной схемы генерируют путем генерации на основании того, какой из множества случаев прикладного использования в настоящее время активен, первый сигнал, который указывает первую выбранную из множества рабочих точек тактового сигнала, на основании текущего требования к быстродействию электронной схемы генерируют второй сигнал, который указывает вторую выбранную из рабочих точек тактового сигнала, на основании того, какой из первого и второго сигналов связан с рабочей точкой более высокой тактовой частоты, генерируют третий сигнал, который указывает, какая рабочая точка тактового сигнала и, возможно, уровня напряжения должна быть активной, третий сигнал используют для управления генерацией тактового сигнала. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться для подачи высоковольтных импульсов на различные приборы и устройства. Техническим результатом является увеличение надежности блока электронных ключей за счет равномерного распределения напряжения, прикладываемого между отдельными ключевыми элементами. Блок электронных ключей для коммутации высокого напряжения на нагрузке содержит N ключей на базе полевых или биполярных транзисторов с изолированным затвором (БТИЗ), соединенных последовательно друг с другом и помещенных в корпус, при этом вход блока электронных ключей подключен к высоковольтному источнику питания или к нагрузке, а выход подключен к нагрузке или ее низкопотенциальному выводу, при этом параллельно каждому электронному ключу между стоком и истоком полевых транзисторов или коллектором и эмиттером для БТИЗ каждого i-го транзистора включен компенсирующий конденсатор Скомп, а величина его емкости определяется в соответствии с заданным соотношением. 3 ил.

Использование: для формирования высоковольтных импульсов. Сущность изобретения заключается в том, что в генератор импульсов введено, по крайней мере, одно LC-звено, состоящее из индуктивного накопителя и конденсатора, при этом индуктивный накопитель LC-звена одним выводом соединен с нагрузкой и к точке их соединения подключен диод, а другим выводом индуктивный накопитель LC-звена соединен со второй индуктивностью и к точке их соединения одним выводом подключен конденсатор LC-звена, соединенный другим выводом с землей. Технический результат: уменьшение потерь мощности в резонансном контуре и увеличение амплитуды выходного импульса. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх