Генератор высоковольтных импульсов

 

Использование: в качестве источников питания импульсных озонаторных установок, импульсных лазеров. Сущность изобретения: генератор высоковольтных импульсов содержит высоковольтный источник 1 питания переменного тока, выпрямитель 2 с токоограничивающим элементом 3 и емкостным накопителем 4 энергии, вращающийся разрядник 10 с двумя коммутаторами 8 и 9, разветвленную цепочку их согласующего элемента 7 и двух частозадающих конденсаторов 5 и 6. Особенностью изобретения является введение конденсатора 6, что позволяет упростить генератор. 1 ил.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в качестве источников питания импульсных озонаторных установок, импульсных лазеров в радиолокации в области нагрева электромагнитным полем и других подобных устройствах, работающих в режимах с частотой следования импульсов.

Известен генератор высоковольтных импульсов содержащий формирующий элемент, трехэлектродный формирующий разрядник и зарядное устройство, выполненное в виде трехэлектронного разрядника, причем поджигающие электроды обоих разрядников размещены равномерно по окружности в сквозных отверстиях диэлектрического диска, снабженного устройством вращения.

Работа такого устройства характеризуется низким КПД.

Здесь имеют место два рабочих цикла: заряд формирующего элемента и его разряд на нагрузку. Известно, что заряд формирующего элемента (в простейшем случае конденсатор накопителя энергии) КПД не выше 50%.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее высоковольтный источник питания переменного тока, выпрямитель с токоограничивающим элементом, емкостный накопитель энергии, вращающийся разрядник и последовательную цепочку, состоящую из частотозадающего конденсатора и согласующего устройства.

Данное устройство обладает высокими энергетическими показателями, так как заряд конденсатора осуществляется через нагрузку.

Одним из недостатков известного устройства является то, что импульсы, следующие друг за другом, т.е. соседние, разнополярные импульсы отличаются по своим параметрам (амплитуде, собственной частоте колебаний, коэффициенту затухания). Действительно, если первый импульс на нагрузке обусловлен цепью заряда, контур которого состоит из емкостного накопителя энергии, коммутатора вращающегося разрядника и последовательной частотозадающей цепочки. Следующий импульс обусловлен цепью разряда, в контуре которой отсутствует емкостный накопитель энергии. Диэлектрические потери внутри емкостного накопителя энергии, его внутренняя индуктивность, активное сопротивление токопроводов и их индуктивность оказывают заметное влияние на параметры импульса. Есть нелинейные нагрузки, которые очень чувствительны к параметрам импульса, например озонаторная камера, где для генерирования озона используется тлеющий барьерный разряд. При незначительном превышении амплитуды зажигания разряда образуются тонкие высокотемпературные каналы, что приводят к резкому понижению производительности озонатора. На производительность значительное влияние оказывает и собственная частота импульса. Аналогичным образом ведут себя и ряд других нагрузок, в частности импульсные газовые лазеры.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем стабилизации параметров (амплитуды, частоты, коэффициента затухания) разнополярных импульсов при сохранении высоких энергетических показателей.

Указанная цель достигается тем, что генератор высоковольтных импульсов, содержащий высоковольтный источник питания переменного тока, к которому подсоединен выпрямитель с токоограничивающим элементом и емкостным накопителем энергии, вращающийся разрядник, содержащий два коммутатора, последовательную цепочку, состоящую из частотозадающего конденсатора и согласующего устройства, которая включена на один из коммутаторов, а через другой коммутатор подключена к емкостному накопителю энергии, снабжен дополнительным частотозадающим конденсатором, причем согласующее устройство и два частотозадающих конденсатора образуют разветвленную цепочку, которая со стороны согласующего устройства подключена к обоим коммутаторам вращающегося разрядника, двумя другими концами со стороны частотозадающих конденсаторов поочередно с одним и другим выводами емкостного накопителя энергии.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что известно устройство для поверхностной закалки металлических заготовок импульсами тока. Здесь использована разветвленная цепочка, состоящая из двух одинаковых конденсаторов и согласующего устройства. Заряд частотозадающих конденсаторов осуществляется через реактор, минуя нагрузку. Такой режим также характеризуется высоким использованием электроэнергии.

Однако, использование заряда через реактор требует дополнительных блоков управления для запуска коммутирующих разрядников, что приводит к усложнению повышению стоимости и понижению надежности работы генератора высоковольтных импульсов. Поэтому предлагаемое устройство обладает отличительными свойствами, т.е. имеет существенное отличие из-за использования разветвленной цепочки в режимах одновременного заряда одного конденсатора и разряда другого через нагрузку. При этом отпадает необходимость в дополнительных блоках управления, так как заряд одного конденсатора и разряд другого осуществляется одним коммутатором, т.е. предлагаемое схемное решение внутри себя содержит управления процессами заряда и разряда.

На чертеже показана электрическая схема предлагаемого генератора.

Генератор содержит высоковольтный источник 1 переменного тока, который выполнен, например, в виде повышающего высоковольтного трансформатора, подключенного к сети переменного тока промышленной частоты. К источнику 1 питания подключен выпрямитель 2 с токоограничивающим элементом 3, представляющем собой зарядное сопротивление для заряда емкостного накопителя энергии. К обоим выводам емкостного накопителя 4 энергии со стороны частотозадающих конденсаторов 5 и 6 подключена разветвляющаяся цепочка, а со стороны согласующего устройства 7, например первичная обмотка кабельного трансформатора или же непосредственно индуктор, цепочка через коммутаторы 8 и 9 вращающегося разрядника 10, также подключена к емкостному накопителю 4 энергии.

Генератор работает следующим образом.

Диск вращающегося разрядника 10 раскручивается от механизма вращения до оборотов от сотен до тысяч об/мин. При включении источника 1 питания переменного тока емкостной накопитель 4 энергии заряжается через токоограничивающий элемент 3 и выпрямитель 2 от высоковольтного источника 1 питания. В процессе вращения диэлектрического диска вращающегоcя разрядника 10 при поочередном вхождении инициирующих электродов в воздушные промежутки коммутаторов 8 и 9 проиcходит их поочередной поcледовательный пробой через равные промежутки времени. При этом чаcтотозадающие конденcаторы 5 и 6 поочередно заряжаютcя и разряжаютcя через cоглаcующее уcтройcтво 7. Разряд и заряд оcущеcтвляютcя одновременно: через коммутатор 8 - заряда конденcатора 6 и разряд конденcатора 5, через коммутатор 9 - заряд конденcатора 5 и разряд конденcатора 6. Импульcы на cоглаcующем уcтройcтве еcть результат двух cоcтавляющих процеccов: разряд одного чаcтотозадающего конденcатора и разряд другого конденcатора. Kаждая из этих cоcтавляющих имеет вид затухающей cинуcоиды, чаcтота которой определяетcя параметрами cоответcтвенно разрядной и зарядной цепей. Еcли выполнить cхему полноcтью cимметричной, т. е. емкоcти чаcтотозадающих конденcаторов равны, равны также и индуктивноcти cоединительных проводов, то cоcедние cледующие друг за другом равнополярные импульcы будут совершенно идентичны как по амплитуде, так и по напряжению.

Выделяемая в нагрузке мощность может регулироваться скоростью вращения диска вращающегося разрядника и количеством электродов на этом диске, а также изменением зарядного напряжения. Регулировка отбора мощности производится выбором емкостью частотозадающих конденсаторов. Создано несколько действующих установок изобретения, которые были использованы в качестве источников питания озонаторных установок. Результаты экспериментов дали повышение производительности по озону озонаторных установок в 1,5-2 раза по сравнению с классическими синусоидальными источниками той же частоты.

Формула изобретения

ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий соединенные последовательно высоковольтные источник питания переменного тока и выпрямитель, первая клемма выхода которого соединена с первой клеммой токоограничивающего резистора, вторая клемма которого соединена с первой клеммой емкостного накопителя, первого коммутатора, вторая клемма которого соединена с первой клеммой второго коммутатора, вращающийся диэлектрический диск с электродами, первый частотозадающий конденсатор и согласующий элемент, соединенные последовательно, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в него введен второй частотозадающий конденсатор, первая клемма которого соединена с входом согласующего элемента, выход согласующего элемента соединен с первой клеммой второго коммутатора, первая клемма первого частотозадающего конденсатора соединена с второй клеммой токоограничивающего резистора, емкостного накопителя и второго коммутатора, вторая клемма второго частотозадающего конденсатора соединена с первой клеммой первого коммутатора, причем первый и второй коммутаторы установлены противоположно по диаметру вращающегося диэлектрического диска с электродами.

РИСУНКИ

Рисунок 1