Генератор импульсов высокого на-пряжения

ОП ИСАНИЕИЗЬБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциапистическиаРеспублик м 843185(51)М. Кл. Н 03 К 3/53 Геаударстааииыа комитет СССР ао делан иаааретеиий и открытийДата опубликования описания 31.06.81(72) Автор изобретения В. И. Золотых Харьковский ордена Ленина политехницескийинститут. им. В. И. Ленина(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ изобретение относится к,высоковольтной импульсной технике и предназ-начено для получения импульсов высокого напряжения с коротким фронтом,необходимых для питания искровых камер,и может быть использовано для питания ускорителей электронов,рентгеновских трубок,а также в исследованиях в области электрофизики диэлектриков.1 оИзвестен генератор для получения импульсов высокого напряжения,содержащий линии, выходные концы которых соединены между собой и с нагрузкой последовательно, при этом указанные линии не расположены на эквипотенциальных поверхностях электромаг- .нитного поля нагрузки 11,Недостатками этого генератора являются большие потери энергии при формировании импульса, вызванные распро"странением импульса в систему паразит,иых линий, образованных указанными ли"ниями, н высокочастотные искажения 2формы этого импульса. Применение в этих генераторах линий, свернутых в катушки, использование ферромагнитных сердечников и колец для затруднения распространения импульса в паразитные линии являетсявесьма слабым средством ограничения указанных недостатков, так как катушки вносят дополнительные искажения за счет своих паразитных параметров и имеют небольшую электрическую прочность из-за трудности создания межвитковой и межкатушечной изоляции, примерно то же самое можно сказать и об использовании ферромагнитных сердечников и колец. Эти средства ограничивают амплитуду получаемого импульса напряжения величиной, не превышающей нескольких киловольт. В этом случае при большом числе линий количество применяемой изоляции и искажения формы импульса превышают разумные пределы.Наиболее близок к предлагаемомупо технической сущности генератор,3. 8431 содержащий ливии, выходные концы которых последовательно соединены между собой и нагрузкой через электроды переходных секций, при этом нагрузка имеет проводники, подсоединенные к выводам этого генератора. Линии расположены между собой параллельно на расстоянии друг от друга и не находятся на эквипотенциальных поверхностях электромагнитного поля 10 нагрузки Г 23. 35 45 Известный генератор работает следующим образом,На входные концы линий подаетсяимпульсное напряжение и по линиям отвходных концов к выходным начинаютраспространяться импульсынапряжения.Достигнув выходнцх концов, импульсыпереходят в переходные секции,и,пройдя переходные секции, суммируются на выводах генератора. В результате на нагрузку поступает импульснапряжения с амплитудой, большейамплитулы импульсного напряжения, 25поданного на входные концы линий.Пройдя переходные секции, импульсэлектрического поля начинает распрострааяться, а его энергия поглощается не только в нагрузке и ее ЭОпроводниках, но и в системе паразитныхлиний, которую образуют указанные.линии, т.е. кроме полезного расходаэнеРгии на нагРУзке, пРоисходЯт бесполезные потери энергии на заряд. пардзитных линий, что вызывает спадамплитуды суммарного импульса, которая при большом количестве линий оказывается значительно меньшесуммы амплитуд импульсов напряжения 1 распространяющихся по лйниям,а при некотором количестве линий дальнейшее увеличение числа линий практически не приводит к увеличению амплитуды суммарного импульса. Крометого, при указанном расположениилиний выходные концы линий, электроды переходных секций и проводникинагрузки имеют значительные паразитные емкости на ликии, поэтому нм пульсы, достигнув выходных концов.,линий и, еще не пройдя переходныесекции, уже испытывают влияние паразитных емкостей выходных концов линий и электродов переходных секцийна линии, что вызывает высокочастотные,искажения импульса, в частности,увеличение длительности его фронта,и, связано с дополнительной потерей 85 4некоторого количества энергии назаряд паразитных емкостей. Послетого, как импульсы пройдут переходные секции, на форму импульса начинают сказываться паразитные емкости проводников нагрузки на линии,заряд которых также представляет собой потерю .энергии.Недостатками описанного генератора являются большие потери энергиина формирование импульса и высокочастотные искажения его формы.Цель изобретения - повышение КПД.Поставленная цель достигаетсятем, что в генераторе импульсов выского напряжения, содержащем линии,выходные концы которых последовательно соединены между собой и нагрузкой через электроды переходных секций, и при этом нагрузка имеет прЬводники, подсоединенные к выводам этого генератора, указанные линии расположены на соответствующих эквипотенциальных поверхностях электромагнитного поля нагрузки.1Линии могут быть размещены междупроводниками нагрузки,Кроме того, они могут быть электрически соединены с электродами переходных секций по их длине.При этом линии представляют собойчасть электродов переходных секцийи могут располагаться над, под этимиэлектродами, внутри этих электродови побоку от них, часть линий или все,линии могут быть электрически соединены с проводниками нагрузки по ихдлине. При этом линии представляютсобой часть этих проводников и могутрасполагаться над,.под ними, внутриних и побоку от них.ч,На фиг. 1 показан генератор импульсов высокого напряжения, имеющий четыре линии, расположенныемежду проводниками стримерной камеры, которая является нагрузкой генератора, вид сбоку; на фиг. 2 - стримерная камера, показанная на фнг. 1, поперечный, разрез; на фиг.З - генератор, имеющий четыре линии, электрически соединенные с электродами переходных секций по их длине, вид сбоку; на фиг. 4 - генератор, имеющий две линии, которые электрически соединены с проводниками стримерной камеры по их длине, при этом одна из них расположена внутри одного из проводников.стримерной ка5 8431меры, вид сбоку; на фиг. 5 - стримерная камера, поперечный разрез по)казанная на фиг.4; на фиг. 6 - стримерная камера, один из проводниковкоторой состоит из пластин и линийгенератора, соединяющих эти пластины,поперечный разрез; на фиг. 7 - генератор, у которого последовательнос линиями включены конденсаторы.Генератор импульсов высокого на- щпряжения содержит линии 1, выходныеконцы 2 которых соединены последовательно между собой и с нагрузкой 3через электроды 4 переходной секции.Каждая линиясостоит из трех сое- ддиненных между собой параллельноотрезков коаксиального кабеля. Нагрузкой является стримерная камера,имекпцая проводники 5, образующиесимметричную полосковую линию. При щэтом линии 1 размещены на эквипотенциальных поверхностях 6 электромагнитного поля нагрузки 3. Линии 1 имеютвходные концы 7, они могут бытьрасположены как снаружи нагрузки 3, итак и между ее проводниками 5 и соединены электрически с электродами 4 ис проводниками 5 по их длине. При этомлинии 1 могут располагаться внутрипроводников 5 и представлять собой ЗЕих часть,Генератор работает следующим образом.,85 6ми 1, совпадают по конфигурации.Таким образом, энергия идет тольков один объем, определяемый нагрузкой, т,е, энергия, которая идет назаряд системы паразитных линий, является в то . же время и энергиейнагрузки 3, поэтому заряд системыпаразитных линий - это не дополнительный расход энергии к полезномурасходу энергии на заряд нагрузки 3.Заряд паразитных линий в генераторе -это заряд нагрузки 3, и он не является потерей энергии, вызывающейспад амплитуды импульса и увеличение энергоемкости генератора.Размещение линий 1 между проводниками 5 нагрузки 3 существенноупрощает конструкцию генератора, таккак уменьшает объем, в котором располагаются нагрузка 3 и линии 1,что значительно сокращает расходматериалов.на несущйе изоляционныеконструкции,и таким образом. уменьшаетстоимость генератора. При этом линии 11 и проводники 5 могут располагатьсякак на общих эквипотенциальных поверхностях,так и на разных.При совмещении линийс электродами 4 переходных секций практически полностью устраняются паразитныеемкости выходных концов 2 и электродов 4 на линии 1, так как линиистановятся частью электродов 4 переходных секций, а следовательно, исчезают высокочастотные искажения , потери энергии, вызываемые наличием этихемкостей.При электрическом соединении линийс проводниками 5 по их длине полностью устраняются все паразитные параметры, связанные с линиями 1, а вместе с ними полностью ликвидируютсяэнергетические и амплитудные потери. При подаче импульсного напряжения на входные концы 7 импульсы напряжения начинают распространяться по линиям 1 к выходным концам 2. При достижении выходных концов 2 импульсы напряжения проходят по электродам 4 и суммируются по амплитуде. Суммарный импульс поступает на нагрузку 3. В области, окружающей проводники 5, и в частности между проводниками 5, появляется электромагнитное поле с45 эквипотенциальными поверхностями 6 Т.е. происходит заряд полосковой линии стримерной камеры, выделение энергии из линии 1 в нагрузку 3. Благодаря тому, что линии 1 расположены на эквипотенциальных поверх-, ностях 6, а потенциалы линийрав-ны потенциалам эквипотенциальных поверхностей, линии 1 не искажают поле полосковой линии, т.е. электромагнитное поле полосковой линии и поле, которое образуется за счет поступле" ния импульса напряжения: на систему параэитных линий, образованных линияГенератор импульсов может содержать конденсаторы 8, включенные последовательно с линиями 1, коммутаторы 9,к которым могут быть подключены входные концы 7, и резисторы 10.Генератор с конденсаторами 8 работает следующим образом,Заряд конденсаторов 8 производитсячерез входные концы 7. После заряданапряжения на линияхи конденсаторах 8 направлены встречно и равны повеличине, поэтому напряжение на переходных секциях равно нулю. При включении коммутатора 9 линии 1 закорачиваются и напряжение в них становится843185 Формула изобретения 40 7равным нулю, становится оно равным нулю и на входных концах 7. В результате напряжение от конденсаторов 8 начинает поступать на электроды 4 переходной секции, а далее генера 5 тор работает так же, как и в предыду. щих вариантах.Вместо конденсаторов 8 могут быть включены генераторы Аркадьева- Маркса.10Генератор благодаря меньшим расходам энергии на формирование одного ,импульса имеет меньшую, энергоемкость а поскольку это достигается за счет всего лишь иного. расположения линий, то стоимость генератора и стоимость формирования в нем одного импульса меньше. Уменьшение стоимости предлагаемого генератора:вызвано также размещением линий между проводниками нагрузки. При большьи количестве линий энергоемкость предлагаемого генератора в два и более раз меньше, чем у известного. Амплитуда получаемых импульсов напряжения в генераторе 15 может превышать 1 МВ.Входные концы линий генератора могут быть соединень,между собой параллельно и в таком виде подсоединены к импульсному источнику энергии или З 0 к коммутатору, а также могут быть подсоединены по отдельности или группами к отдельным источникам энергии или к коммутаторам.В генераторе с проводниками нагруз ки могут быть соединены электрически по длине этих проводников как все линии, так и только часть линий.При выполнении электродов переходных секций из отдельных проводников линий могут быть расположены между этими проводниками по аналогии их размещения между проводниками нагрузки,При наличии в предлагаемом устройстве генераторов Аркадьева-Маркса указанными линиями, расположенными на эквипотенциальных поверхностях электромагнитного поля нагрузки, могут быть линии, по которым подаются поджигающие импульсы на запускающие разрядники генераторов Аркадьева-Маркса. 1. Генератор импульсов высокого напряжения, содержащий линии, выходные концы которых последовательно соединены между собой и нагрузкой через электроды переходных секций и при этом нагрузка имеет проводники, подсоединенные к выводам этого генератора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД, указанные линич расположены на соответствующих эквипотенциальных поверхностях электромагнитного поля нагрузки.2. Генератор по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что линии размещены между проводниками нагрузки е3, Генератор по и. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что линии электрически соединены с указанными электродами по их длине. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Месяц Г. А. Генерирование мощных наносекундных импульсов,М.,"Советское радио", 1974, с. 71-79.2. Экспресс-информация,Сер, "Элекюг рические станции, сети и системы 1976, У 4, с. 11-16.