Генератор высоковольтных импульсов

 

Использование: в высоковольтной импульсной технике для генерирования импульсов высокого напряжения с коротким фронтом в установках по получению электронных пучков, рентгеновского излучения и в высоковольтных импульсных технологиях. Технический результат - повышение выходного напряжения, кпд, мощности. Генератор высоковольтных импульсов включает последовательно соединенные источник импульсов, импульсный трансформатор с цилиндрическим сердечником и с коаксиально расположенным в нем токопроводом, соединяющим источник импульсов с первичной обмоткой трансформатора. Сердечник трансформатора размещен внутри токопровода, обмотки трансформатора - соосно внутри сердечника трансформатора. Один вывод вторичной обмотки присоединен к токопроводу, а другой - к нагрузке. Обмотка намотана на дополнительный сердечник, часть которого или весь имеет форму конуса. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, предназначено для генерирования импульсов высокого напряжения с коротким фронтом в установках по получению электронных пучков, рентгеновского излучения и в высоковольтных импульсных технологиях.

Известны и широко распространены генераторы высоковольтных импульсов на основе умножения напряжения в последовательном конденсаторном контуре - генераторы Аркадьева-Маркса (см., например, Месяц Г.А., Насибов А.С., Кремнев В. В. Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения. - М.: Энергия, 1970, 152 с.).

Недостатками таких генераторов, при применении их в технологических процессах, является сложность обслуживания и эксплуатации, обусловленные наличием нескольких коммутаторов и сложностью конструкции.

Более предпочтительными являются генераторы на основе импульсных трансформаторов. Они имеют меньшие габариты, только один коммутатор на сравнительно низкое напряжение, простую конструкцию и обслуживание, а также возможность изменения выходных параметров без изменения базовых элементов.

Наиболее эффективным из данной группы генераторов является генератор высоковольтных импульсов, выбранный нами за прототип, описанный в а. с. 728220 - опубл. в БИ 14, 1980, с. 252. Генератор высоковольтных импульсов включает последовательно соединенные источник импульсов, импульсный трансформатор со стержневым сердечником. В сердечнике выполнено продольное отверстие, через которое пропущен токопровод, соединяющий источник импульсов с первичной обмоткой трансформатора.

Недостатками этого генератора являются, особенно при применении его в технологических процессах, низкая степень координации изоляции относительно требуемого напряжения на нагрузке, что связано с тем, что высоковольтная обмотка расположена между корпусом и токопроводом и соответственно не позволяет развить достаточное напряжение, определяемое размерами корпуса, и относительно низкая мощность в импульсе ( см., например, Кривоносенко А.В., Семкин Б.В. Генератор высоковольтных импульсов // ПТЭ 6, 1980 г., с. 73-75.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение выходного напряжения, мощности, кпд и расширение области применения генератора.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением - повышение выходного напряжения при высокой надежности генератора, получаемый за счет повышения уровня координации изоляции между высоковольтной обмоткой и корпусом, а также повышение кпд и мощности.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном генераторе высоковольтных импульсов, включающем последовательно соединенные источник импульсов, импульсный трансформатор с цилиндрическим (ферритовым) сердечником и с коаксиально расположенным в нем токопроводом, соединяющим источник импульсов с первичной обмоткой трансформатора, согласно изобретению сердечник трансформатора размещен внутри токопровода, а обмотки трансформатора расположены в свою очередь соосно внутри сердечника трансформатора, при этом один вывод вторичной обмотки присоединен к токопроводу, а другой - к нагрузке. Такое выполнение генератора позволяет более полно использовать изоляцию в генераторе, поскольку высоковольтная обмотка находится внутри токопровода, что позволяет повысить выходное напряжение генератора.

Кроме того, вторичная обмотка намотана на дополнительный ферритовый сердечник. Введение дополнительного сердечника позволяет увеличить коэффициент связи между обмотками, а это всегда повышает кпд и мощность электромагнитных устройств.

Кроме того, часть или весь дополнительный сердечник имеет форму конуса - это позволит повысить коэффициент связи между обмотками и приведет соответственно к увеличению кпд и мощности.

На чертеже (а, б, в) приведены варианты конструкции генератора высоковольтных импульсов.

Генератор (см. чертеж а, б, в) содержит последовательно соединенные источник импульсов 1, содержащий последовательно соединенные коммутатор 1.1 и конденсатор 1.2, и токопровод 2, соединяющий один выход источника с концом первичной обмотки трансформатора и являющийся корпусом генератора. В корпусе размещен цилиндрический сердечник 3, внутри которого помещена первичная обмотка 4 трансформатора, начало которой подключено к другому выходу источника импульсов. Соосно первичной обмотке 4 размещена вторичная обмотка 5, один вывод которой подключен к топроводу, а другой - к нагрузке 6.

На чертеже (б) приведена конструкция генератора, снабженная дополнительным сердечником 7, на который намотана вторичная обмотка 5.

На чертеже (в) приведена конструкция генератора, в котором дополнительный сердечник имеет форму конуса или часть его имеет форму конуса.

Работа генератора происходит следующим образом: (а, б, в) от внешнего источника 8 производят заряд накопительного конденсатора 1.2. При заряде производят перемагничивание сердечника 3 током заряда. По окончании заряда конденсатора 1.2 срабатывает коммутатор 1.1, и импульс поступает на токопровод 2 и начало первичной обмотки 4. По мере распространения импульса по токопроводу 2 происходит его обострение и трансформация во вторичную обмотку 5 и соответственно передача в нагрузку 6.

Варианты б и в работают аналогично, только введение дополнительного сердечника 7 увеличивает коэффициент связи между обмотками, что приводит к увеличению кпд передачи энергии конденсатора, а также к увеличению мощности за счет уменьшения индуктивности рассеяния трансформатора.

Формула изобретения

1. Генератор высоковольтных импульсов, включающий последовательно соединенные источник импульсов, импульсный трансформатор с цилиндрическим ферритовым сердечником и с коаксиально расположенным токопроводом, отличающийся тем, что цилиндрический ферритовый сердечник импульсного трансформатора размещен внутри токопровода, являющегося корпусом генератора высоковольтных импульсов и соединяющего один выход источника импульсов с концом первичной обмотки импульсного трансформатора, начало которой подключено к другому выходу источника импульсов, обмотки импульсного трансформатора расположены соосно внутри вышеуказанного сердечника, причем соосно первичной обмотке расположена его вторичная обмотка, один вывод которой присоединен к токопроводу, а другой - к нагрузке.

2. Генератор высоковольтных импульсов по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным сердечником, на который намотана вторичная обмотка.

3. Генератор высоковольтных импульсов по п. 2, отличающийся тем, что образующие дополнительного сердечника образуют конус или часть конуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1