Генератор высоковольтных импульсов

 

Союз Советеиик"Социалистичесиик

9еспублик

О ГМ- : А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ нц790135

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 050476 (21) 2344110/18-21 (Я)м. Кд.

Н 03 К 3/53 с присоединением заявки МГосударственный иомнтет

СССР во делам изобретений н отирытнй (23) Приоритет

Опубликовано 23/280, Бюллетень ИЯ 47

Дата опубликования описания 231280 (53) УДК 621 ° 373 ° .431 (088.8) (72) Авторы изобретения

A.H.nàâëoâñêèé, A.È.Ãåðàcèìoâ, A.Ñ.Ôåäîòêèí и С.Я.Слюсаренко (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания узлов ускорителей заряженных частиц.

Известен генератор высоковольтных 5 импульсов, основанный на умножении напряжения по методу Аркадьева-Маркса, содержащий в каскадах накопительные конденсаторы, резисторы и разрядники, причем между каскадами до- 10 полнительно присоединены конденсаторы связи, в разрядниках установлены коронирующие электроды, а зарядка накопителей нечетных и четных каскадов производится раздельно через 15 две зарядные цепи 1 .

Недостатком этого генератора является небольшой диапазон изменения рабочего напряжения, так как при запасе электропрочности 100% разряд- 29 ников в каскадах возможно несраба тывание некоторых из них.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор высоковольтных импульсов, 25 собранный по схеме Аркадьева-Маркса,. состоящий из конденсаторов,содержащййв качестве разрядников во втором и последующих каскадах наполненные . сильно электроотрицательным газом, 30 тригатроны, анод каждого из которых присоединен через свой резистор, а управляющий электрод — непосредственно к положительно заряженной обкладке конденсатора своего или после" дующего каскадов, катод присоединен к выходу предыдущего каскада 2 1.

Однако этот генератор недостаточно стабилен в работе и имеет большой разброс времени задержки включения генератора при запасе электропрочности разрядников 100 В.

Цель изобретения — повышение точности срабатывания генератора и увеличение запаса электрической прочности тригатронов.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторе высоковольтных импульсов, собранном по схеме Аркадьева-Маркса, состоящем из конденсаторов, резисторов и разрядников, образующих каскады, содержащем в качестве разрядников во втором и последующих каскадах наполненные сильно электроотрицательным газом тригатроны, анод каждого из которых присоединен через свой резистор, а управляющий электрод — непосредственно к положительно заряженной обкладке конденса790135 тора "своего или последующего каскадов, катод подключен к выходу предыдущего каскада, анод и катод в каж- дом тригатроне ныполнены коаксиальными и протяженными, анод имеет стаканообразную форму и охватывает катод, образуя разрядный промежуток в месте примыканий торцов этих электродов, причем длина рязрядного промежутка составляет 2,5-4 длины кольцевоГо зазора между управляющим .электродом и анодом, а величина электрических емкостей между управляющим электродом и анодом, анодом и заземленным токопроводом генератора, между анодом и катодом образуют следующее соотношение

С1Ы с ((СЪ, где С - емкость между управляющим электродом и анодом;

С вЂ” емкость. между, анодом и заземленным токопронодом генератора;

С - емкость между анодом и катодом.

Кроме того, анод тригатрона в каждом последующем каскаде соединен через резистор с находящейся под положительным потенциалом обкладкой конденсатора предыдущего каскада, причем величина сопротивления резистора выбрана такой по отношению к величине емкости между анодом и заземленным токопроводом генератора, что постоянная времени С (( где В - величина сопротивления ре- зистора, через который анод тригатрона в, последующем кас. каде соединен с находящейся под положительным потенциалом обкладкой конденсатора предыдущего каскада, - время задержки срабатывания тригатрона в последующем каскаде относительно момента срабатывания тригатрона в предыдущем каскаде.

На фиг. 1 показана электрическая схема генератора высоковольтных импульсов (для упрощения показаны только первый и второй каскады, так как последующие каскады аналогичны по схеме второму каскаду); на фиг. 2 — конструкция предлагаемого генератора (показаны детали только первого и второго каскадов).

Каждый каскад генератора содержит свой конденсатор 1(2) с емкостью С и,наполненный сильно электроотрицательным газом, например элегазом, тригатрон 3 (4 ), а также соответствующий резистор 5 (6) с сопротивлением

К, цепь из последовательного соедйнения которых подключена к зажиму

7 источника тока зарядки. Кроме того, каждый каскад содержит соответствующий резистор 8(9) с сопротивлением

7, причем цепь из последовательного соединения этих резисторов подключена к заземленному токопроводу

10 генератора, управляющий электрод

11 тригатрона 3 первого каскада присоединен через разделительный конденсатор 12 к зажиму 13 источника пускового напряжения . Электрод 11 соединен с охватывающим его электродом 14 через резистор 15. Штриховыми линиями во втором каскаде обозначены электрические емкости электродов тригатрона 4 и присоединения к его электродам резисторов: 16 — емкость . С между управляющим электродом 17 и анодом 18 соответствующего тригатрона, 19 - емкость С анода 18 соответствующего тригатрона относительно заземленного токопронода 10 генератора, 20 — емкость С между анодом 18 и катодом 21 соответствую30 щего тригатрона, 22 — емкость С между управляющим 17 и катодом 21 соответствующего тригатрона, 23 емкость С5 управляющего электрода

17 соответствующего тригатрона вместе с присоединенными к нему проводниками и элементами каскада относительно заземленного токопровода 10. 24 и 25 — резисторы, величины сопротивлений которых соответственно равны и . .Величины емкостей 16, 19 и 20 находятся в соотношении С1 ((C ((C3.

Конструктивно каскады генератора размещены в металлическом баке 26.

Резисторы 5, 6, 8 и 9 не показаны, конденсаторы 1 и 2 установлены на изолирующих опорах 27, тригатроны

3 и 4 (однотипные, герметнзированные их изолирующие корпуса 28 выполнены, например, из капролона, 40 анод 18 и катод 21 тригатрона выпол-. нены коаксиальными и протяженными, анод 18 имеет стаканообразную форму и охватывает катод 21, образуя разрядный промежуток в месте примыка45 ния торцов этих электродов, причем длина разрядного промежутка составляет 2,5-4 длины кольцевого зазора между упранляющим электродом 17 и анодом 18, такое выполнение анода и катода в сочетании с наполнением тригатрона сильно электроотрицательным газом под давлением свяше 10 Па, например давлением 7 ° 105 Па, позволяет увеличить величину емкости

20 (С емкость 19 (С ) анода 18 относительно заземленного бака 26, образующего заземленный токопровод

10 генератора, определяется, в основном, расстоянием-от анода 18 до стенок бака 26.

60 Приближая электрод 18 к стенке бака 26 просто выполнить условие, чтобы величина емкости 19 была много больше величины емкости 16 (С1) для уменьшения емкости 22 (С ), 65 параллельно к которой подключена

790135

50 емкость рассеяния между конденсатором 1 (2), последние разнесены межд собой и обращены один к другому торцами с малыми площадями поверхностей; бокове поверхности имеют значительно большие площади и образуют относительно стенок бака емкости рассеяния 23(С5) такие, что

С4 14 С5 (4 С. Для повышения электрической прочности элементов генератора ,между собой и относительно стенок бака последний заполняется газом, под давлением, например элегазом, электропрочность которого не менее чем в 2,5 раза превышает электропрочность воздуха при том же давлении. Возможно заполнение бака изоляционным маслом. В качестве конденсаторов служат конденсаторы, например, типа ИК 100-0,25У4 (100 кВ,0,25 мкФ)

ТУ 16-562.137-3 с корпусами из диэлектрического материала.

Генератор высоковольтных импульсов работает следующим образом.

Пусть первоначально резистор 24 (фиг. 1) отсутствует, а присоединен только резистор 25. От источника тока зарядки через зажим 7 заряжаются до напряжения + Ц конденсаторы 1 и 2 каскадов. При передаче через зажим

13 пускового напряжения срабатывает тригатрон 3 и на резисторе 8 выделяется импульсное напряжение с амплитудой Ц отрицательной полярности.

При обычно выполняемых в каждом каскаде условиях С уЬр С q

К,С )) ) где — длительность импульса высоГ ковольтного напряжения на выходе генератора, длительность интервала времени задержки срабатывания тригатрона 4 относительно момента срабатывания тригатрона 3.

Импульсное напряжение U делится по величинам емкостей 16,. 19, 20 и

22, 23 так, что, если промежутки в тригатроне 4 не перемкнуты искровыми каналами, оно полностью приложено к емкости 22 и к емкости 16 и

19. Между управляющим электродом

17 и катодом 21 разность потенциалов достигает по амплитуде величины 2g, причем электрод тригатрона 17 находи-. тся относительно анода 18 и катода

21 под положительным потенциалом.

В результате тригатрон 4 срабатывает с большей точностью, например с разбросом в несколько наносекунд, и имеет меньшее время задержки срабатывания при более высоком запасе электропрочности, например 120Ъ, по сравнению с аналогичными параметрами разрядника в таком же каскаде в известном. Для получения наибольшей

f5

2О

35 точности при минимальной задержке срабатывания тригатрона 4 необходимО, чтобы разряды между электродами 17 и 8, 17 и 21 завершались одновременно, или чтобы пробой между электродами 17 и 18 произошел несколько ранее. Эти условия обеспечиваются, если длина промежутка между торцами катода 21 и анода 18 в тригатроне

4 составляет 2,5-4 длины радиального кольцевого зазора между управляющим электродом 17 и охватывающим его анодом 18.

При соединении анода тригатрона

18 с высоковольтной обкладкой конденсатора 1 через резистор 24, а не через резистор 25 с управляющим электродом 17, и выполнении укаэанного условия RC <(4 потенциал анода 18 изменяется за счет разряда емкости

19 через резистор 24 и тригатрон 3, в результате чего тригатрон 4 срабатывает точнее, чем в известном, при большем запасе электрической прочности. При таком техническом решении упрощаются требования к соотношению величин емкостей 16, 19 и 20, что, упрощает конструкцию тригатронов и требования к их размещению в каскадах генератора.

Изложенное выполнение генератора высоковольтных импульсов применимо и к другим схемам генераторов умножения напряжения по методу Аркадьева-Маркса, в час-,ности к генератору, конденсатор первого каскада в котором непосредственно присоединен одной обкладкой к заземленному токопроводу генератора.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышение точности включения генератора высоковольтных импульсов и увеличение запаса электрической прочности разрядников в его каскадах.

Особенно перспективны предложенные генераторы при требовании точной синхронизации (несколько наносекунд) большого числа генераторов в сочетании с высокой надежностью к неуправляемому самопробою при одновременном включении генераторов на общую или раздельные нагрузки.

Формула изобретения

1. Генератор высоковольтных импульсов, собранный по.схеме АркадьеваМаркса, состоящий из конденсаторов, резисторов и разрядников, образующих каскады, содержащий в качестве разрядников во втором и последующих каскадах наполненные сильно электроотрицательным газом тригатроны, анод каждого иэ которых присоединен через свой резистор, а управляющий электрод — непосредственно к положительно заряженной обкладке конденса790135 тора своего или последующего каскадов, катод подключен к выходу предыдущего каскада, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности срабатывания генератора и увеличения запаса электрической прочйости тригатронов, анод и катод в каждом тригатроне выполнены коаксиальными и протяженными, анод имеет стаканообразную форму и охватывает катод, образуя разрядный промежуток в месте примыкания торцов этих элект- родов, причем длина разрядного промежуТка составляет 2,5-4 длины кольцево.го зазора между управляющим электродом и анодом, а величины электрических емкостей между управляющим элек- тродом и анодом, анодом и заземленным токопроводом генератора, анодом и катодом образуют следующее соотношение

С1(с С2 а(СЪу N где С - емкость между управляющим электродом и анодом, C — емкость между анодом и заземленным токопроводом генератора, 25

С вЂ” емкость между анодом и катодом.

2. Генератор по п. 1, о т .л и ч а ю шийся тем, что анод каж30 цого тригатрона в последующем кас каде соединен через резистор с находящейся под положительным потенциалом обкладкой конденсатора в предыдущем каскаде, причем величина сопротивления резистора выбрана такой по отношению к величине емкости между анодом и заземленным токопроводом генератора, что постоянная времени

W С (Ь, где к, — величина сопротивления резистора, посредством которого анод каждого тригаюрона в последующем каскаде соединен с находящейся под положительным потенциалом обкладкой конденсатора в предыдущем каскаде, -Ь вЂ” время задержки срабатывания тригатрона в последующем каскаде относительно момента срабатывания тригатрона в предыдущем каскаде.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ройфе И.М. и др. "ПТЭ", 1971, Р б, с. 87.

2. Авакян К.M. и др. "ПТЭ", 1969, с. 87.

Составитель В. Чорба

Редактор Г. Волкова ТехредИ.,Табакович Корректор Е. Папп

Заказ 9058/57 Тираж 995 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

I по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4