Формирующая линия высокого напряжения для получения импульсов нано- и микросекундного диапазона по форме близких к прямоугольной

 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. Цель изобретения - улучшение формы импульса, приближение его по форме к прямоугольному. Для достижения этой цели формирующая линия выполняется в виде двух плоских шин, между которыми размещаются пакеты емкостных элементов, выполненных в виде последовательно соединенных спирально намотанных секций конденсаторов. Соединение секций в пакете осуществляется путем закладывания максимально широких выводов на середину обкладок или применением нескольких пар выводом в каждой секции. Длина обкладок конденсаторов определяется из условия , где τ_и - длительность импульса, с; n - количество пакетов секций; μ₀ - абсолютная магнитная постоянная, Гн/м; ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрика секции, Ф/м. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтной импульсной технике, и может быть использовано при создании мощных формирующих линий (ФЛ) высокого напряжения для получения импульсов нано- и микросекундного диапазона по форме, близко к прямоугольной, на согласованной низкоомной нагрузке.

Известны конструкции подобных линий с распределенными параметрами, которые представляют собой коаксиальные или плоские системы электродов требуемых размеров, с использованием в качестве диэлектрика жидкости (деионизированная вода, минеральные масла и др.) [1] или твердых диэлектриков [Емкостные накопители и генераторы импульсных магнитных полей, разработанные в ИЯФ СО АН СССР/ А. М. Искольдский, В. А. Капитонов, В. М. Лагунов и до. В кн. Электрофизическая аппаратура и электрическая изоляция. М. Энергия, 1970] Однако эти линии, выполненные на напряжение до нескольких миллионов вольт, с использованием жидких диэлектриков обладают значительными габаритными размерами. Использование в качестве диэлектрика детонизированной воды требует дополнительного источника питания. Использование твердых диэлектриков в линиях на напряжение 100 кВ и более требует для повышения рабочей напряженности применения градиентных экранов или соединенных секций, что вызывает чрезвычайно большие конструктивные трудности.

Наиболее близким аналогом является конструкция формирующей линии, примененной в генераторе высоковольтных наносекундных импульсов [2] состоящая из полосковых линий, размещенных в изоляционном корпусе между проводящими шинами. Каждая линия выполнена в виде двух металлических обкладок, окруженных изоляцией, разноименные обкладки расположены на противоположных сторонах линии, линии наложены одна на другую, формируя пакеты. Разноименные шины накладываются на ряд пакетов. Формирующая линия, выполненная указанным способом, состоит из полосковых линий, обладающих значительными индуктивностью и активным сопротивлением обкладок.

Как было установлено специальными расчетами на ЭВМ и прямыми опытами, такие параметры как распределенная индуктивность и активное сопротивление обкладок секций полосковых линий отрицательно сказываются на форме импульса, приводя к значительному спаду вершины, увеличению длины фронта и длины спада импульса.

На чертеже изображена конструкция формирующей линии высокого напряжения. В предлагаемой конструкции формирующая линия выполнена в виде двух плоских шин, между которыми размещены пакеты емкостных элементов 1, выполненных в виде последовательно соединенных спирально намотанных секций конденсаторов 2, изготовленных по обычной технологии для силовых конденсаторов. Длина обкладок l, при которой секции утрачивают свойства линии с распределением параметрами и приближаются к сосредоточенной емкости, определяется из условия: где τ_и длительность высоковольтного импульса, с; n количество пакетов последовательно соединенных спирально намотанных секций конденсаторов, μ₀ абсолютная магнитная постоянная, Гн/м; ε диэлектрическая проницаемость диэлектрика секций, Ф/м. Соединение секций в пакете осуществляется путем закладывания максимально широких выводов 3 на середину обкладок или применением нескольких пар выводов в каждой секции. Такое соединение секций приводит к значительному уменьшению индуктивности, сопротивлению обкладок и уменьшению отрицательного влияния этих величин на форму импульса. Основным индуктивным элементом в предлагаемой конструкции являются проводящие шины, по ширине равные ширине обкладок секций, выполненные для увеличения индуктивности в виде двух плоских шин с поперечными разрезами 4. Пакеты конденсаторов секций рассчитаны на полное напряжение линии и присоединяются поочередно к противоположным кромкам соответствующих плоских шин равномерно по всей их длине.

Такая конструкция ФЛ значительно улучшает форму импульса на согласованной нагрузке, приближая его по форме к прямоугольному уменьшает длительность переднего и заднего фронтов и спад на ожидаемой плоской части.

Формула изобретения

Формирующая линия высоковольтных импульсов, содержащая последовательно соединенные LС-звенья с индуктивным элементом, выполненным в виде двух плоских шин, и пакетами емкостных элементов, которые размещены между плоскими шинами и соединены с ними соответствующими выводами, отличающаяся тем, что плоские шины снабжены поперечными прорезями, а емкостные элементы в каждом пакете выполнены в виде последовательно соединенных спирально намотанных секций конденсаторов, длина l обкладок которых выбрана из условия где τ_и - длительность высоковольтного импульса, с;
n количество пакетов последовательно соединенных спирально намотанных секций конденсаторов;
μ_o - абсолютная магнитная постоянная, Гн/м;
ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрика секций, Ф/м,
а выводы пакетов последовательно соединенных спирально намотанных секций конденсаторов подсоединены поочередно к противоположным кромкам соответствующих плоских шин равномерно по всей их длине.

РИСУНКИ

Рисунок 1