Устройство для генерирования однополярных электрических импульсов

 

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 604066

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (221 Заявлено 12,01.76 (21) 2311569/07 (51) М. Кл.

Н 01Т 15/00 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.04.78, Бюллетень №1 (45) Дата опубликования описания03.0И. оЯ, Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК621.316.933 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. В. Бапыбердин, В. Г. Касьян и П. И. Коваленко

Харьковский авиационный институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ОДНОПОЛЯРНЫХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ

Известны устройства типа искровых разрядников, работающие как при атмосферном, так и при пониженном давлениях и предназначенные для коммутации мощных разрядов конденсаторных батарей (1). При этом токи разряда достигают сотен килоампер и носят характер затухающих колебаний высокой частоты (выше 50000 Гц). Искровые разрядники в цепь емкостного накопителя включаются последовательно с нагрузкой, и если нагрузка обладает коэффициентом самоиндукции 0,2 — 3 мкги, то для получения однополярного импульса тока с амплитудой 10 кА и выше малой длительности (15 — 40 мкс), разрядники оказываются бесполезными и требуется введение в цепь функционального элемента, обрывающего ток разряда после первого полупериода. Необходимость в получении однополярных импульсов тока возникает, например, при кратковременном напуске газа при помощи электродинамического клапана. КолебательИзобретение касается электрофизических устройств, применяемых в исследованиях по физике газового разряда, физике плазменных ускорителей и в быстродействующих электродинамических устройствах (например в электродинамических клапанах напуска газа). ный разряд в цепи катушек приводит к нескольким колебаниям тарелки клапана и напуску нескольких порций рабочего газа, что является нежелательным при проведении исследований плазменных устройств различных типов (ускорители плазмы, генераторы магнитно-вихревых колец). В настоящее время задача получения одноразового срабатывания электродинамического клапана решается увеличением емкости конденсаторной батареи и ре о гулировкой упругого элемента клапана. Однако увеличение емкости приводит к увеличению дополнительных площадей под установку, ведет к удораживанию экспериментальной установки, снижает ее надежность, усложняет регулировку.

Из известных устройств для получения однополярных импульсов тока используют схемы с водородными тиратронами и тригатронами (2).

Однако тиратроны и тригатроны обеспечивают получение импульсов тока с амплитудой только до 3 кА с длительностью 5 — 20 мкс, но даже в этом случае амплитуда тока во втором полупериоде составляет 10 — 20% от тока в первом полупериоде. Параллельное вклю25 чение тиратронов резко усложняет схему и

604066 ее работу, снижает надежность. О эи требуют дополнительных устройств для своей работы (трансформаторы высокого напряжения, трансформаторы накала с высоковольтной изоляцией, конденсаторы, схемы формирования запускающих импульсов, коаксиальные кабели).

Наиболее близким из известных технических решений к предлагаемому является устройство для генерйрования однополярных электрических импульсов, содержащее емкостной накопитель энергии, подключенный посредство вом токопровода через разрядник, содержащий установленные в вакуумируемом корпусе два основных и управляющий электроды, к индуктивно-резистивяой нагрузке j3).

Зто устройство может гарантировать нолучение однополярных импульсов только в том 1 случае, если параметры цепи (С, Z, R) будут точно подобраны и всякое непредвиденное изменение в величинах параметров нагрузки может привести к появлению затухающего колебательного разряда, а не однополярного. Следовательно, подобное устройство не обеспечивает высокой надежности в получении однополярного сильноточного импульса.

Целью изобретения является повышение надежности получения сильноточных импульсов тока микросекундной длительности. 25

Зто достигается тем, что в устройстве для генерирования однополярных электрических импульсов, содерЖащем емкостной накопитель энергии, подключенный посредством токопровода через разрядник, содержащий установленные в вакуумируемом корпусе два основных и управляющий электроды, к индуктивно резистивной нагрузке, согласно данному изобретению часть токопровода между одним из, выводов емкостного накопителя энергии и нагрузкой пропущена внутри корпуса разрядника, основные электроды которого выполнены рельсового типа и расположены в одной плоскости с указанным участком токопровода перпендикулярно к нему, причем высоковольтный и низковольтный основные электроды разряд-. ника расположены соответственно напротив вы- 40 соковольтного и низковольтного концов участка токопровода.

На фиг. l представлена конструкция предлагаемого устройства; на фиг, 2 — его элек. трическая схема.

Корпус 1 устройства с торцов закрыт диэлектрическими фланцами 2 и 3. В одном из. фланцев укреплены основные электроды 4 и 5 разрядника. На высоковольтном основном электроде надет изолятор б для исключения электрического разряда по поверхности ди- 50 электрического фланца. Между основными электродами 4 и 5 расположен управляющий электрод 7, На внутренней поверхности корпуса 1 нанесен слой 8 диэлектрического покрытия.

В изоляторах 9 и 10 в стенках корпуса герметически укреплен оголенныЙ участок то. копровода 11. Откачка газа из корпуса производится через патрубок 12.

Для получения однополярного электрического импульса тока микросекундной длительности предлагаемое устройство подсоединяетф ся к выводам емкостного накопителя 13 энергии так, как это показано на фиг. 2. Поджигающий электрод 7 подключается к схеме 14 запуска (например, к пульту управления серийного сверхскоростного фоторегистратора СФР = 2Н), а между точками 15 и 16 включается нагрузка, содержащая резистор 17 н катушку индуктивности 18, для которого и вырабатывается однополярный импульс тока.

Иэ корпуса l откачивается газ до давления, исключающего самопробой между основными пульсовыми электродами 4 и 5 разрядника и оголенным участком токопровода l I

После зарядки емкостного накопителя до необходимого напряжения на управляющий электрод 7 подается поджигающий импульс напряжения. В разрядном промежутке между основными электродами 4 и 5 развивается электрический разряд и ток разряда в плазменной перемычке приводит к ускорению ее в сторону расширения разрядного контура рельсового ускорителя. Кроме того, магнитное поле участка токопровода 11, взаимодействуя с током в плазменной перемычке (а направления токов в плазменной перемычке и в участке токопровода одинаковы в любой момент времени до соприкосновения плазменной пе. ремычки с токопроводом), приводит к ускорению плазменной перемычки в направлении оголенного участка токопровода 11. Плазменная перемычка, касаясь оголенного участка токо- провода, закорачивает конденсаторную бата-. рею через него. При этом один из электродов разрядника обесточивается и обесточивается объект, подсоединенный между точками 15 и 16, Устройство может быть подключено к емкостному накопителю любой емкости с зарядным напряжением от 1 кВ до 20 кВ. Но при этом в зависимости от требуемой длительности импульса и амплитуды тока необходимо при минимальной индуктивности подбирать давление газа в разряднике и его состав. Это обстоятельство не является усложняющим экспериментальную установку, поскольку при проведении плазменных исследований всегда легко обеспечить в установке необходимый вакуум и требования по технике безопасности при работе с высоким напряжением.

Как показали эксперименты с предлагаемым устройством, при постоянстве геометрических размеров устройства изменением давления . можно изменять амплитуду импульса и время его запаздывания относительно запускающего импульса.

В качестве изолятора внутри корпуса наилучшим образом проявил себя «Тефлон:4», имеющий высокое значение теплоизоляции. Наблю. даемый в проведенных экспериментах второй импульс тока с малой скоростью нарастания может быть устранен, если заранее известны индуктивность, активное сопротивление нагрузки и характеристики разряда емкостного накопителя.

Применение предлагаемого устройства в фи зических исследованиях (в частности при при604066

Формула изобретения

Составитель Е. Бочкова

Техред О. Луговая Корректор А. Гриненко Тираж 960 Подннсиое

Редактор А.Маркович

Заказ 2I07//45

0НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР но делам изобретений н открытий

I 13035, Москва, Ж-35, Раугнская наб. д. 4I5

Филиал ППП «Патент»,. r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 мененни электродинамического клапана для напуска газа в плазменные устройства) позволяет почти втрое снизить стоимость оборудования для импульсного клапана н уменьшить занимаемые площади под установку, а главное обеспечивает напуск одной порции газа.

Устройство для генерирования однополярных электрических импульсов, содержащее емкостной накопитель энергии, подключенный посредством токопровода через разрядник, содержащий установленные в вакуумируемом корпусе два основных и управляющий электроды, к индуктивно-резистивной нагрузке, отличаюи4ееся тем, что, с целью повышения надежнос6 ти, в нем часть токопровода между одним кз выводов емкостного накопителя и нагрузкой нропущена внутри корпуса разрядника, основные электроды которого выполкены рельсового типа и расположены в одной плоскости

» с указанным участком токопровода перпендикулярно к нему, причем высоковольтный и низковольтный основные электроды разрядника расположены соответствекко напротив высоковольтного и низковольтного концов участка токопровода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Арцимович Л. А. Управляемые термоядерные реакции. М., Физматгиз, 1963, с. 496.

2. Ворончев Т. А. Импульсные ткратроны.

М., «Советское радио», 1958, с. 163.

3. Авторское свидетельство СССР № 139384, кл. В 23 К 9/06; 1961.