Генератор высоковольтных импульсов

(19) (И) СООЗ СОВЕТСНИХМИВВОЮЕКиниРЕСПУБЛИН ЗШ) Н 03 К 3 53 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1.Авторское свидетельство СССР Р 158320 кл, Н 01 Н 33/66, 19732. Авторское свидетельство СССР М 600702, кл. Н 03 К 3/53, 30.03.78 прототип)(54)57 ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМ 11 УЛЬСОВ, содержащий источник питания, индуктивный накопитель, дроссель насыщения,. два управляемых раз рядника, два конденсатора, вакуумный выключатель и нагрузку, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения крутизны переднего фронта импульса на нагрузке, он вы- . полнен в виде моста, два противоположных плеча которого образуют дополнительно введенные дроссели насыщения,а двадругих - цепочки, каждая из которых состоит из последовательно соединенных управляемого разрядника, дополнительно введенной катушки инд)(ктивности и конденсатора, параллельно которым подключен дополнительно введенный контактный выключатель, при этом в одну иэ диагоналей моста включены последователь. но соединенные источник питания,дополнительно введенный коммутатор и индуктивный накопитель, а в другую - последовательно соединенные вакуумный выключатель и дроссель насыще- ЕС ния, параллельно которым подключена нагрузка,параллельно которым подключен дополнительно введенный контактный выключатель. В одну диагональ моста включены последовательно соединенные источник питания, дополнительно введенный коммутатор и индуктивный накопи=тель, а в другую - последовательносоединенные вакуумный выключатель и дроссель насыщения, параллельно которым подключена нагрузка.На чертеже показана функциональная схема генератора высоковольтных импульсов.Генератор высоковольтных импульсов содержит последовательно соединенные индуктивный накопитель 1, источник 2 питания и коммутатор 3, включенные в одну диагональ моста, который. содержит в своих противоположных плечах дроссели 4 и 5 насыщения и контактные выключатели б и 7. Один конденсатор шунтирован цепью из соединенных последовательно конденсатора 8, катушки 9 индуктивности и управляемого разрядника 10, другой - цепью из соединенных последовательно конденсатора 11, катушки 12 индуктивности и управляемого разрядника 13.В другую диагональ моста включена нагрузка 14, шунтированная соединенными последовательно вакуумным выключателем 15 и дросселем 16 насыщения.Генератор работает следующим образом.В исходном состоянии коммутатор 3 разомкнут, а выключатели 6,7 и 15 замкнуты. Управляемые разрядники 10 и 13 находятся в непроводящем состоянии. Конденсаторы 8 и 11 предварительно заряжены с полярностью, показанной на чертеже. Затем замыкаются контакты коммутатора 3. При этом напряжение от низковольтного источника 2 прикладывается параллельно дросселям 4,5 и 16. Дроссели 4 и 5 насыщения выбраны такими, чтобы у них индуктивность в ненасыщенном состоянии была значительно больше, чем у дросселя 16. С этой целью дроссель 16 выполнен одновитковым на пермалоевом сердечнике. Поэтому дроссель 16 раньше, чем дроссели 4 и 5, переходит в состояние насыщения и резко уменьшает свою индуктивность на два-три порядка, в зависимости от типа железа сердечника. 11 ри этом гачинается зарядка током индуктивного накопителя 1 от источника 2 питания через коммутатор 3, замкнутый выключатель 7, насыщенный дроссель 16, вакуумный выключатель 15 и замкнутый вьплючатель 6. Дроссель 4 шунтирован при этом эамкнутьии выключателями 7 и 15 и насыщенным дросселем 16Изобретение относится к областиимпульсной техники, а именно, к уст.ройствам коммутации цепей постоянного тока с индуктивными накопителямиэнергии и может быть использованодля импульсного питания генераторовсильноточных электронных пучков болвшой длительности, находящих применение, например, для нагрева плазмы.Известно коммутирующее устройство,содержащее последовательно соединенные источник питания, индуктивный на.копитель и вакуумный выключатель,шунтированный цепью из соединенныхпоследовательно управляемого коммутатора и конденсатора 1 .15Недостатком этого устройства является малая крутизна переднего фронта импульса на нагрузке, Это обусловлено полярностью исходного напряжения на коммутирующем конденса- Яторе и большим значением его емкости, необходимой для ограничения скорости нарастания напряжения, устанавливающегося на выключателе, которая должна быть ниже скорости восстановления его электрической прочности, связанной с изменением плотности нейтральной паравакуумнойдуги отключения.Известен также генератор высоковольтных импульсов, содержащий последовательно соединенные источникпитания, индуктивный накопитель ивакуумныи выключатель, шунтирован"ный цепью из последовательно вклю-.ченных первого управляемого разрядника и конденсатора, Параллельно вакуумному выключателю включена дополнительная цепь, содержащая последовательно соединенные дроссель насыщения, управляемый вентиль и конденсатор, шунтированный вторым управляемым разрядником 12 .Однако в этом устройстве недостаточна крутизна переднего фронта,что обусловлено величиной емкости 45коммутирующего конденсатора и напряжением на нем,Целью изобретения является увели"чение крутизны переднего фронта импульса на нагрузке., 50Поставленная цель достигаетсяза счет того, что генератор высоковольтных импульсов, содержащий источник питания, индуктивный накопитель, дроссель насыщения, два управ 55ляемых разрядника, два конденсатора,вакуумный выключатель и нагрузку,выполнен в виде моста, два противоположных плеча которого образуют дополнительно введенные дроссели насыщения, а два других - цепочки,каждая иэ которых. состоит из последовательно соединенных управляемогоразрядника, дополнительно введеннойматушки индуктивности и конденсатора,у1с очень малым значением омического сопротивления его обмотки, а дроссель 5 - выключателями б и 15 и насыщенным дросселем 16. При этомсердечники дросселей 4 и 5 остаются в ненасыщенном состоянии, т.е.5дроссели 4 и 5 имеют большую индуктивность, препятствующую прохождению тока через них, В момент дос=тижения током в накопителе 1 заданного значения разводятся контакты выключателей б и 7. Между контактами образуется дуга отклонения. После разведения контактов выключателей 6 и 7 на достаточноерасстояние поджигаются синхронно уп- "5равляемые разрядники 10 и 13,обеспечи. ,вающие колебательный разряд предвари,тельно заряженных конденсаторов 8 и 11 соответственно через катушки индук-тйвности 9 и 12 и выключатели б и 2 О7 в направлении, встречном относительно протекавшего в них тока.Постоянный ток в дуге выключателей б и 7 при этом доводится до нуля, что вызывает обрыв дуги в этот 25момент. Ток индуктивного накопителя начинает идти по цепи: конденсатор 11 - катушка индуктивности 12 -разрядник 13, насыщенный дроссель 16вакуумный выключатель 15 - разрядник 10 - катушка индуктивности 9 -конденсатор 8 - источник питания 2 -коммутатор 3 - индуктивный накопитель 1. При этом перезаряжаются конденсаторы Ь и 11 током индуктивного накопителя /полярность напряжения указана в скобках/. Величины индуктивностей катушек 9 и 12, а также емкостей конденсаторов В и 11 выбраны из следующих .условий. Скорость спада к нулю тока в выключа телях 6 и 7 должна быть не слишком высокой, чтобы не было затруднений при гашении дуги отключения в выключателях Ь и 7. С другой стороны необходимо стремиться к уменьшению 45 значенийи С , чтобы выполнить уст ройство более компактным. Кроме того, емкость конденсаторов определяется тем, что при заданном значении тока индуктивного накопителя скорость 50 нарастания напряжения на конденсаторе должна быть меньше скорости восстановления электрической прочности шунтируемого им выключателя во избежание повторного зажигания дуги в 55 выключателе. Одновременно с разведением контактов выключаталей б и 7 или несколько позже (в зависимости от времени перезарядки конденсаторов 8 и 11) начинается разведение контактов вакуумного выключателя 15, между контактами которого также образуется дуга отключения. К моменту достижения напряжением на конденсаторах максимального значения переза-рядки контакты выключателя 15 должны быть разведены на расстояние, достаточное для предотвращения повторного зажигания дуги после ее отключения, Параметры дросселей насыщения 4 и 5 выбраны таким образом, что при достижении напряжением на конденсаторах 8 и 11 максимального значения заданной величины, сердечники дросселей 4 и 5 переходят в состо. яние насыщения и дроссели 4 и 5 резко уменьшают свою индуктивность на два-три порядка), шунтируя цепи,состоящие соответственно из элементов 11,12,13,16,15 и В 9,10,15,16. ПРи этом конденсатор В начинает разряжаться через катушку индуктивности 9 разрядник 10, вакуумный выключатель 15, насыщенный дроссель 16 и насыщенный дроссель 5, а конденсатор 11 - через насыщенный дроссель 4, ваккумный выключатель 15, насыщенный дроссель 16, управляемый разрядник 13 и катушку индуктивности 12. Направление тока разряда конденсаторов 8 и 11 обратно по отношению к току, протекавшему первоначально в вакуумном выключателе 15 и дросселе 16 насыщения. Параметры схемы выбраны так, что амплитуда суммарного тока разряда конденсаторов 8 и 11 превышает величину тока индуктивного накопителя, поэтому при подходе к нулю тока в ветви с дросселем 16 насыщения последний выходит из состояния насыщения, резко увеличивая свою индуктивность и формируя тем самым паузу почти нулевого тока в ветви с вакуумным выключателем 15. В результате этого дуга в вакуумном выключателе 15 гаснет. Большая индуктивность дросселя 16 препятствует увеличению тока в ветви с вакуумным выключателем и образованию повторной вакуумной дуги, способствуя тем самым восстановлению электрической прочности выключателя 15С момента выхода сердечника дросселя 16 из состояния насыщения, ток индуктивного накопителя замыкается через насыщенный дроссель 4, нагрузку 14, насыщенный дроссель 5 (направление тока показано на чертеже пунктиром), формируя на нагрузке 14 импульс высокого напряженияКонденсаторы 8 и 11, напряжение на которых равно напряжению на нагрузке 14, будучи подключенным параллельно нагрузке 14 через разрядники соответственно 10 и 13, .разряжаются на нагрузку 14 вместе с индуктивным накопителем 1К концу импульса запасов энергии в накопительных элементах устройства не остается, и разрядники 10 и 13 гаснут, После,этого отключается коммутатор 3, и замыкаются контакты выключателей 6,890941 10 Составитель ДаХодыревТехред Т,МаточкаКорректор А.Повх Редактор Л.утехина Заказ 10706/6 Тираж 936 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1 з.3035, Москва, Ж, "Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгородул. Проектная, 4 7,15, а гакже производится зарядка конденсаторов 8 и 11. После этого устройство приходит в исходное состояние.Скорость нарастания напряжения на нагрузке определяется в данном устройстве временем переключения сердечника дросселя 16 насыщения из насыщенного состояния в ненасыценное (оно обычно не превышает 1 мкс), В известном устройстве крутизна переднего фронта импульса на нагрузке определяется временем нарастания напряжения на коммутирующем .конденсаторе, которое обычно состав- ляет (при приемлемых уровнях коммутируемой мощности) десятки мкс.Следует также отметить, что импульс, формируемый на нагрузке, не имеет отрицательного предимпульса, как это имеет место в аналогичных устройствахПри сравнении с известным устройством, содержащим иелинейнйй дроссель последовательно с нагруз" кой, нетрудно убедиться, что длительность фронта формируемого им импульса в несколько раз больше,чем в, данном устройстве. Так, например, при сопротивлении нагрузки В=0,25 Ом (Ин =50 кВ, 1 =200 кА) и индуктивиос ти дросселя в насыщенном состоянии6нр 0,5 10 медлительность фронта импуль 05 10са составит 1 т 2,2 - с 4,410 с =0,26=4,4 мкс. Амплитуда предимпульса обратной полярности достигается при этом более 5 кВ.