Генератор высоковольтных импульсов

(51)М, Кл,Н 03 К 3/53 с присоединением заявки МГосударственный комитет СССР во делам изобретений н отирытий(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 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 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,содержащйй. в качестве разрядников во втором и последующих каскадах наполненные ,сильно электроотрицательным газом, 30 тригатроны, анод каждого изкоторых присоединен через свой резистор, а управляющий электрод - непосредственно к положительно заряженной обкладке конденсатора своего или после" дующего каскадов, катод присоединен к выходу предыдущего каскада 21.Однако этот генератор недостаточно стабилен в работе и имеет большой разброс времени задержки включения генератора при запасе электро- прочностиразрядников 100 ,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 конденсатора "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 промежутокв месте примыкания торцов этих электродов, причем длина рязрядного промежутка составляет 2,5-4 длины кольцевоГо зазора между управляющим.электродом и анодом, а величинаэлектрических емкостей между управляющим электродом и анодом, анодоми заземленным токопроводом генератора, между анодом и катодом образуют следующее соотношениеСЫ С СЪ,где С 1 - емкость между управляющимэлектродом и анодом;С - емкость. между, анодом изаземленным токопронодомгенератора;С - емкость между анодом икатодом.Кроме того, анод тригатрона вкаждом последующем каскаде соединенчерез резистор с находящейся подположительным потенциалом обкладкойконденсатора предыдущего каскада,причем величина сопротивлений резистора выбрана такой по отношению квеличине емкости между анодом изаземленным токопроводом генератора,что постоянная времениКСгде В - величина сопротивления ре-зистора, через который анодтригатрона в, последующем каскаде соединен с находящейсяпод положительным потенциалом обкладкой конденсаторапредыдущего каскада,- время задержки срабатываниятригатрона в последующемкаскаде относительно моментасрабатывания тригатронав 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 34 ), 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 89) с сопротивлением 7причем цепь из последовательного соединения этих резисторов подключена к заземленному токопроводу10 генератора, управляющий электрод11 тригатрона 3 первого каскадаприсоединен через разделительныйконденсатор 12 к зажиму 13 источникапускового напряжения. Электрод 11соединен с охватывающим его электродом 14 через резистор 15. Штриховымилиниями во втором каскаде обозначеныэлектрические емкости электродовтригатрона 4 и присоединения к егоэлектродам резисторов: 16 - емкость. С 1 между управляющим электродом 17и анодом 18 соответствующего тригатрона, 19 - емкость С анода 18соответствующего тригатрона относительно заземленного токопронода 10генератора, 20 - емкость С междуанодом 18 и катодом 21 соответствую 30 щего тригатрона, 22 - емкость Смежду управляющим 17 и катодом 21соответствующего тригатрона, 23емкость С управляющего электрода17 соответствующего тригатронавместе с присоединенными к немупроводниками и элементами каскадаотносительно заземленного токопровода 10. 24 и 25 - резисторы, величины сопротивлений которых соответственно равныи К .Величины емкостей 16, 19 и 20 находятся всоотношении ССС 3.Конструктивно каскады генератораразмещены в металлическом баке 26.Резисторы 5, 6, 8 и 9 не показаны,конденсаторы 1 и 2 установлены наизолирующих опорах 27, тригатроны3 и 4 однотипные, герметнзированные их изолирующие корпуса 28 выполнены, например, из капролона,40 анод 18 и катод 21 тригатрона выполнены коаксиальными и протяженными,анод 18 имеет стаканообразную форму и охватывает катод 21, образуяразрядный промежуток в месте примыка 45 ния торцов этих электродов, причемдлина разрядного промежутка составляет 2,5-4 длины кольцевого зазорамежду упранляющим электродом 17 ианодом 18, такое выполнение анодаи катода в сочетании с наполнениемтригатрона сильно электроотрицательным газом под давлением свяше 10 Па,например давлением 710 Н Па,позволяет увеличить величину емкости20 (С емкость 19 (С) анода 18относительно заземленного бака 26,образующего заземленный токопровод10 генератора, определяется, в основном, расстоянием-от анода 18 достенок бака 26.60 Приближая электрод 18 к стенкебака 26 просто выполнить условие,чтобы величина емкости 19 быламного больше величины емкости 16 (С 1)для уменьшения емкости .22 С 1),65 параллельно к которой подключена40 45 50 емкость рассеяния между конденсато"ром 1 2), последние разнесены междсобой и обращены один к другомуторцами с малыми площадями поверхностей; бокове поверхности имеютзначительно большие площади и образуют относительно стенок бака емкости рассеяния 23(С 5) такие, чтоС 4 СС С 8 (С С. Для повышения электрической прочности элементов генератора,между собой и относительно стенокбака последний заполняется газом,под давлением, например элегазом,электропрочность которого не менеечем в 2,5 раза превышает электропрочность воздуха при том же давлении, Возможно заполнение бака изоляционным маслом. В качестве конденсаторов служат конденсаторы, например,типа ИК 100-0,25 У 4 (100 кВ,0,25 мкФ)ТУ 16-562,137-3 с корпусами из диэлектрического материала,Генератор высоковольтных импульсовработает следующим образом.Пусть первоначально резистор 24(фиг. 1) отсутствует, а присоединентолько резистор 25. От источникатока зарядки через зажим 7 заряжаютсядо напряжения + Ц конденсаторы 1 и 2каскадов, При передаче через зажим13 пускового напряжения срабатываеттригатрон 3 и на резисторе 8 выделяется импульсное напряжение с амплитудой О отрицательной полярности.При обычно выполняемых в каждом каскаде условияхС ,рС) ь,С 7), 1где 1 - длительность импульса высоГковольтного напряжения навыходе генератора;длительность интервала времени задержки срабатываниятригатрона 4 относительномомента срабатывания тригатрона 3. Импульсное напряжение Ц 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 2 Ц, 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 120, по сравнению с аналогичными параметрами разрядника в таком же каскаде в известном. Для получения наибольшей 10 15 2 О 25 30 35 точности при минимальной задержке срабатывания тригатрона 4 необходимО, чтобы разряды между электродами 17 и8, 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 ЧС 1 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 частности к генератору, конденсатор первого каскада в котором непосредственно присоединен одной обкладкой к заземленному токо- проводу 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, образующихкаскады, содержащий в качестве разрядников во втором и последующихкаскадах наполненные сильно электроотрицательным газом тригатроны,анод каждого иэ которых присоединенчерез свой резистор, а управляющийэлектрод - непосредственно к положительно заряженной обкладке конденсатора 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 проглежуТка составляет 2,5-4 длины кольцево.го зазора между управляющим электродом и анодом, а величины электрических емкостей между управляющим элек- ф тродом и анодом, анодом и заземленным токопроводом генератора, анодом и катодом образуют следующее соотношениеСС С 2с, ЗО где С 1 " емкость между управляющимэлектродом и анодом,С - емкость между анодом изаземленным токопроводомгенератора, 25С - емкость между анодом икатодом.. 2. Генератор по п. 1, о т .л ич а ю щ и й с я тем, что анод каж 30 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 времений с ь,где- величина сопротивления резистора, посредством которогоанод каждого тригаюрона впоследующем каскаде соединенс находящейся под положительным потенциалом обкладкойконденсатора в предыдущемкаскаде,Ь - время задержки срабатываниятригатрона в последующемкаскаде относительно моментасрабатывания тригатрона впредыдущем каскаде. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Ройфе И.М. и др. "ПТЭ", 1971,9 б, с 872. Авакян К.М. и др. "ПТЭ", 1969,с, 87,790135Составитель В. ЧорбаРедактор Г. Волкова ТехредИ.,Табакович Корректор Е. ПаппЗаказ 9058/57 Тираж 995 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР1по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4