Генератор высоковольтных импульсов

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в электроимпульсной технологии при обработке различных материалов высоковольтными разрядами. Целью изобретения является расширение области применения и оптимизация передачи энергии в нелинейную нагрузку путем регулирования формы выходного импульса. Генератор содержит источник 1 питания, накопитель энергии, выполненный в виде двух LC-звеньев искусственной формирующей линии лестничного типа, в которых индуктивные элементы разделены на два равных 2.1, 2.2 и 3.1, 3.2 плеча, соединенных соответственно с положительными и отрицательными выводами конденсаторов 4.1 и 4.2, а также управляемый коммутатор 5 и нагрузку 6, дополнительный управляемый элемент 8, дополнительный коммутатор 9. Управление скоростью передачи энергии в нелинейную нагрузку позволяет оптимизировать процесс выделения в ней энергии. Повышение мощности излучения лазера достигается повышением крутизны фронта импульса. 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в электроимпульсной технологии при обработке различных материалов высоковольтными разрядами. Целью изобретения является расширение области применения и оптимизация передачи энергии в нелинейную нагрузку за счет регулирования формы выходного импульса. На чертеже представлена схема генератора высоковольтных импульсов. Генератор содержит источник 1 питания, накопитель энергии в виде двух LC-звеньев искусственной формирующей линии лестничного типа, в которых индуктивные элементы разделены на два равных 2.1, 2.2 и 3.1, 3.2, соединенных соответственно с положительным и отрицательным выводами конденсаторов 4.1 и 4.2. а также управляемый коммутатор 5 и нагрузку 6. Положительный вывод конденсатора 4.2 второго звена соединена с отрицательным выводом конденсатора первого звена 4.1 по схеме умножения через дополнительный управляемый коммутатор 7 и индуктивный элемент 8, который включен встречно с индуктивным элементом 2.1 первого звена. Отрицательный вывод конденсатора 4.2 второго звена подключен через дополнительный коммутатор 9 к заземленному выводу нагрузки 6 параллельно элементам 3. Вход тактовых сигналов обозначен а, входы задержанных сигналов соответственно b и с. Смещение во времени тактовых и задержанных сигналов реализуется с помощью генератора 10 тактовых сигналов и элемента 11 задержки. Генератор сработает следующим образом. Накопительные конденсаторы 4.1 и 4.2 формирующей линии заряжаются от источника 1 питания до необходимого зарядного напряжения U_o. Тактовый сигнал с генератора 10 тактовых сигналов открывает коммутатор 5 и напряжение U_o пробивает нагрузку 6. Накопитель разряжается по схеме искусственной формирующей линии лестничного типа с волновым сопротивлением Z₁= и формирует на нагрузке импульс тока амплитудой I=U_o/Z₁+R_н(t) и длительностью t= 4 , где R_н(t) - нелинейное сопротивление нагрузки. С задержкой времени Δt= (0,2-0,4)t, когда импульс тока на нагрузке достигает максимума, подаются управляющие импульсы на коммутаторы 7 и 9. Задержка времени обеспечивается с помощью элемента 11 задержки. За счет встречного включения индуктивных элементов 8 и 2.1 их общая индуктивность значительного падает и емкостный накопитель скачком перестраивается по схеме умножения напряжения. При этом волновое сопротивление основного разрядного контура скачком изменяется до Z₂= , где М - взаимоиндуктивность между катушками 2.1, 8. При M > волновое сопротивление Z₂<Z. Напряжение, приложенное к нагрузке, становится U=U_o+U₁, где U_o - напряжение на конденсаторе 4.2 второго звена; U₁ - основное напряжение на конденсаторе 4.1 первого звена. Таким образом, ток на нагрузке достигает величины I= . Если учесть, что в силу сильной нелинейности величины R_н(t) в момент достижения максимума тока I меньше, чем величина R_н(t) в момент достижения I, то следовательно ток скачком возрастает до величины I>>I. Длительность импульса достигает величины t= (0,2-0,4)t+ . В результате на нагрузке выделяется импульс тока с изменяющейся крутизной фронта (в сторону обострения) и резким спадом. Применение данного изобретения позволит управлять скоростью выделения энергии (амплитудой электрической мощности), уменьшить время выделения энергии и изменить форму импульса мощности на нелинейной нагрузке со спадающей зависимостью сопротивления от времени за счет регулирования крутизны фронта, длительности амплитуды и формы выходного импульса. Управление скоростью передачи энергии в нелинейную нагрузку позволяет оптимизировать процесс выделения энергии в ней. Регулирование формы выходного импульса позволяет расширить область применения генератора высоковольтных импульсов. Например, в электрогидроимпульсной технологии управление скоростью ввода энергии в нагрузку позволяет регулировать амплитуду ударной волны в рабочем теле жидкости, что придает гибкость импульсной технологии. Повышение крутизны фронта импульса в газоразрядных лазерах повышает мощность излучения лазера.

Формула изобретения

ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий источник питания, накопитель энергии, состоящий из двух звеньев искусственной формирующей линии лестничного типа, в которых индуктивный элемент разделен на два равных, включенных в прямой и обратный токопровод, также управляемый коммутатор и нагрузку, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и оптимизации передачи энергии в нелинейную нагрузку за счет регулирования формы выходного импульса, в него введен блок управления с элементом задержки, а также два дополнительных управляемых коммутатора и индуктивный элемент, который соединен с первым дополнительным коммутатором и встречно включен к индуктивному элементу прямого токопровода первого звена, при этом анод первого дополнительного коммутатора соединен с положительным выводом конденсатора второго звена, а катод через дополнительный индуктивный элемент соединен с отрицательным выводом конденсатора первого звена, второй дополнительный коммутатор анодом подключен к заземленному выводу нагрузки и катодом - к отрицательному выводу конденсатора второго звена, причем управляющий вход коммутатора генератора соединен с выходом блока управления, а управляющие входы дополнительных коммутаторов соединены с выходом блока управления через элемент задержки, задержка которого составляет
где L, C - индуктивность и емкость звена формирующей линии.

РИСУНКИ

Рисунок 1