Генератор высоковольтных импульсов

 

(72) Автор изобретения

Ю. К. Пчелинцев 1

Р б

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт- - ----:- им. -М. И. Калинина (jI) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для испытания изоляционных конструкций, жидких и твердых диэлектриков импульсами высокого напряжения с дли. тельностью фронта, находящейся в наносекундном диапазоне.

Известны генераторы высоковольтных импульсов, выполненные по схеме

Аркадьева-Маркса.

Известен, например, генератор высоковольтных импульсов, в котором для уменьшения длительности фронта генерирующего импульса к среднему электроду твехэлектродного разрядника подключен одним выводом безындуктивный корректирующий конденсатор, второй вывод которого подключен к общей шине )

Недостатком данного генератора высоковольтных импульсов является значительное усложнение конструкции и трудность выполнения, высоковольтного конденсатора, который в условиях дан2 ного генератора можно считать безындуктивным.

Наиболее близким техническим реше-. нием .к изобретению является генератор высоковольтных импульсов, который содержит источник зарядного напряжения, к которому через зарядное сопротивление подключен ряд ступеней генератора, каждая из которых состоит из последовательно соединенных конденсата" ра и разрядника; В этом генераторе для увеличения его временной стабильности срабатывания конструктивно обеспечена увеличенная электрическая емкость между- ступенями генератора и общей шиной j2).

Недостатком известного генератора высоковольтных импульсов является сложность конструкции, приводящая к уменьшению ее электрической прочности.

Кроме того, наряду с увеличением электрической емкости на общую шину растет емкость между дополнительными элементами различных ступеней генера3 991582 ф тора, т. е. емкость между ступенями. нератора, и соответственно, к уменьЭто снижает эффект увеличения времен- шению длительности фронта генерируеной стабильности срабатывания генера- мого импульса. тора. К тому же увеличенные электри- . На чертеже представлена принципические емкости между ступенями гене- альная электрическая схема генератора ратора высоковольтных импульсов и об. высоковольтных импульсов. щей шиной снижают выходное напряже- Генератор высоковольтных импульсов м

l ние генератора, а процесс заряда этих - выполнен следующим образом. емкостей может привести к увеличению Конденсаторы 1 соединены последодлительности фронта генерируемого им 10 вательно с разрядниками 2, один из пульса. которых, преимущественно на первой

Целью изобретения является увели- ступени, может быть управляемым. Кончение диапазона рабочих напряжений и денсатор 1 с присоединенным к нему временной стабильности срабатывания разрядником 2 образуют ступень генегенератора высоковольтных импульсов, ратора высоковольтных импульсов. Стуа также уменьшение длительности фрон пени отсчитываются в направлении прита импульса, формируемого генерато-,ближения к нагрузке генератора 3. ром путем увеличения величины и ско- Конденсаторы 1 заряжают через зарядрости нарастания во времени импульса ные сопротивления 4 от источника 5 перенапряжения на разрядниках генера постоянного напряжения. Между сосед20 тора и уменьшения эквивалентной инними ступенями генератора высоковольт дуктивности генератора. ных импульсов включены передающие лиПоставленная цель достигнута в . нии 6; Одним из проводников этих перегенераторе высоковольтных импульсов дающих линий является общая шина 7. выполнЕнном по схеме Аркадьева МаРк Другие проводники состоят из отрез1 са, содержащем источник зарядного на- ков 8, соединяющих конденсатор кажпряжения, к которому через зарядные дой предыдущей ступени, например, сопротивления параллельно подключены конденсатор 1 с электродом 9 разрядступени генератора, каждая из которых ника последующей ступени. Если все состоит из последовательно соединен- конденсаторы 1 одинаковы, то волно30 ных конденсатора, и разрядника, и на- вое сопротивление передающей линии грузку, подключенную одним концом к определяют из выражения общей шине, а другим - к выходу пос- 1

w.- =R— ледней ступени генератора, в него вве- н и дены передающие линии, одним из про- где i — номер ступени генератора выводников которых является общая шина, З соковольтных импульсов; а другие проводники состоят из отрез- и — волновое сопротивление переков линий, соединяющих. конденсатор " дающей линии непосредственно каждой предыдущей ступени с электро- последующей 1-ой ступени; дом разрядника каждой последующей сту- R — сопротивление нагрузки генеИ пени, а также конденсатор последней ра тора; ступени с одним из концов нагрузки n - полное количество ступеней в генератора. генераторе.

Таким образом, включение между со- Длину передающей линии определяют

Ф седними ступенями генератора высоко- из условия, что двойное время пробега вольтных импульсов передающих линий 45 электрического сигнала по передающей приводят к возникновению на концах линии не меньше промежутка времени передающих линий в процессе работы от момента поступления основания фронгенератора волн отражения, которыми та напряжения на прилежащей к этой обеспечивают быстрое и значительное линии разрядник до момента его пропо амплитуде перенапряжение на раз- >0 боя. рядниках генератора. В результате раз- Генератор высоковольтных импульсов рядники срабатывают в широком диапа- работает следующим образом. зоне рабочих напряжений с малым раз- Первым срабатывает разрядник 2 пербросом времени запаздывания. Замена вой ступени. Конденсатор 1 первой стув генеоаторе соединительных шин пере- 55 пени, предварительно заряженный от исдающими линиями, не вносящими:искаже- точника 5 постоянного напряжения чений в форму импульса, приводят к умень рез зарядные сопротивления 4, начинашению эквивалентной индуктивности ге- ет разряжаться на первый отрезок пе991582

Формула изобретения редающей линии.Ь, подсоединенный к первой ступени. В результате по отрезку передающей линии побежит волна напряжения, которая, достигнув второй ступени, отразится, заряжая отрезок первой передающей линии до двойного. напряжения заряда электрической емкости. В целом на разряднике второй ступени напряжение может достигнуть тройного зарядного. В связи с этим диапа- ó зон напряжений срабатывания рассматриваемого генератора может достигнуть двух третей от напряжения самопроиз- . вольного срабатывания. Иинимальное время нарастания этого напряжения on- 15 ределяется постоянной времени заряда конструктивной электрической емкости, подсоединенной параллельно электродам разрядника второй ступени (показана пунктиром), через последовательно соединенные волновые сопротивления и, и и . Разрядник второй ступени пробьется прежде, чем по первой передающей линии придет к нему отраженная от. первой ступени волна спада напряжения 5 так как именно от этого условия выбирается длина передающей линии. После чего конденсатор второй ступени сов-. местно с первым отрезком передающей линии разряжаются на вторую передающую линию, причем отражение в первом,отрезке передающей линии от места ее подсоединения ко второй ступени прекратится, если волновые сопротивления. передающих линий удовлетворяет условию (1). По второму отрезку передаю щей линии побежит волна напряжения, и на третьей ступени процесс отражения волны и- пробоя разрядника происходит аналогичным образом. Напряжение на разряднике третьей ступени стремится .к пятикратному зарядному, т.е. к большему, чем на разряднике первой ступени. Аналогичные процессы происходят и при пробое остальных разряд45 ников. В момент пробоя каждый разрядник отделен от остальных элементов генератора отрезками передающих линий.

Это позволяет рассматривать процесс пробоя разрядника как независимый и настраивать разрядник каждой ступени как обостритель фронта проходящего через него импульса, уменьшая тем самым длительность фронта импульса, рас пространяющегося в следующей передающей линии. Такая настройка разрядников позволяет сократить длины отрезков передающих линий. Кроме того, быстрый рост напряжения и значитель6 иое перенапряжение на каждом из разрядников генератора высоковольтных импульсов уменьшает время задержки и время разброса срабатывания этих разрядников, что увеличивает диапазон рабочих напряжений, т.е. напряжений, при которых работоспособность генератора отвечает предьявленным к нему требованиям, и временную стабильность срабатывания генератора. Применение в качестве разрядников генератора высоковольтных импульсов многоискровых разрядников, а это позволяют сделать условия нарастания напряжения на разряднике, позволит уменьшить индуктив-. ность разрядников, а с ней и длйтельность фронта генерируемого импульса.

К тому же непосредственный- переход от разрядников к сравнительно широким шинам отрезков передающих линий определяет более низкое значение индуктивности генератора, значительная часть которой исключена- при замене соединительных шин на отрезки передающих линий, которые не искажают формы импульса. В результате этих мер . уменьшается длительность фронта генерируемого импульса.

Таким образом, обязательный, быстрый и значительный рост напряжения на разрядниках генератора высоковольтных импульсов увеличивает диапазон рабочих напряжений и временную- стабильность срабатывания этого генератора.

Независимость пробоя каждого разрядника позволяет использовать их в режиме обострения фронта генерируемого импульса, а конструктивные особенности рассматриваемого генератора позволяют уменьшить эквивалентную индуктивность цепи разряда генератора, уменьшая тем самым длительность фронта генерируемого импульса

Генератор высоковольтных импульсов, выполненный по схеме Аркадьева-Иаркса, содержащий источник зарядного напряжения, к которому через зарядные сопротивления параллельно подключены ступени генератора, каждая из которых, состоит из последовательно соединенных конденсатора и разрядника, и нагрузку, подключенную одним концом к общей шине, а другим " к выходу последней ступени генератора, о т л ич а ю шийся тем, .что, с целью

7 991582 8 улучшения выходных характеристик пу- ступени, а также конденсатор последтем увеличения диапазона рабочих на- ней ступени с одним из концов нагрузпряжений и временной стабильности мо- ки генератора. мента срабатывания генератора, а также уменьшения длительности фронта им- Источники информации, пульса, формируемого генератором, в принятые во внимание при экспертизе него введены передающие линии, одним 1. Авторское свидетельство СССР из проводников которых является общая 11 296233, кл. Н 03 K 3/02 1971. шина, а другие проводники состоят из 2. Мощные наносекундные импульсные отрезков линий, соединяющих конденса- 16 источники ускоренных электронов. Под тор каждой предыдущей ступени с элект- ред. Г.А. Месяца, Новосибирск, "Науродом разрядника каждой последующей ка", 1974. и, Составитель А. Борзиков

Редактор Н. Пушненкова ТехредТ. фанта Корректор А. Ференц

Заказ 162/75 Тираж 934 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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