Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке

Авторы патента:


Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке
Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке
Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке
Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке
Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке
Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке
Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке
Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке
Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке
Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке
Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке
Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке
Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nuзарядн на согласованной нагрузке
H03K3/012 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

Владельцы патента RU 2674884:

Кабламбаев Бейсенгазы Асхатович (RU)

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования мощных высоковольтных наносекундных импульсов в различных электрофизических устройствах. Технический результат изобретения заключается в увеличении быстродействия и уменьшении весогабаритных характеристик генератора высоковольтных наносекундных импульсов. Технический результат достигается за счет генератора высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nUзарядн на согласованной нагрузке, содержащего последовательно соединенные на выходе 2n формирующих линий с распределенными параметрами, нагрузку и коммутатор, при этом работа генератора организована в волновом режиме, для чего конец высоковольтного электрода нечетной линии соединен последовательно с началом высоковольтного электрода следующей четной линий, начало низковольтного электрода четной линии последовательно с концом низковольтного электрода следующей нечетной линии, начала высоковольтных электродов нечетных линий и зарядное напряжение подключены к общему коммутатору, а согласованная нагрузка Rнагр=2np подключена между низковольтными электродами первой и последней линий. 2 ил.

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования мощных высоковольтных наносекундных импульсов в различных электрофизических устройствах. Например, генератор может быть изготовлен в зависимости от параметров выходного импульса и свойств используемых комплектующих элементов (при напряжении на согласованной нагрузке 250÷400 кВ и мощности несколько гигаватт) с габаритными размерами (длина⋅ширина⋅высота) от единиц до 50 дм3.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Известен генератор высоковольтных, наносекундных импульсов с умножением напряжения, содержащий n последовательно соединенных на выходе спаренных формирующих линий, начала потенциальных электродов которых, подключены через резисторы и дроссели к общему управляемому коммутатору, и неуправляемые коммутаторы, включенные между потенциальными электродами на выходе формирующих линий (авторское свидетельство №444310, опубликовано 25.09.1974). По назначению генератор по авторскому свидетельству №444310 близок к заявляемому генератору и может рассматриваться как прототип.

Работает генератор следующим образом. После заряда линий 1-8 (см. рис. 1) через резисторы 17-20 и 26 высоким напряжением Ео запускается управляемый коммутатор 16. Начинается колебательный разряд линий 2, 4, 6, 8 через дроссели 21, 22, 23 и 24. Через время, соответствующее половине периода колебаний контура, образованного индуктивностью дросселей и эквивалентной емкостью линий 2, 4, 6, 8, произойдет переполюсовка напряжения и линии зарядятся до потенциала равного -Еo. Таким образом, между электродами неуправляемых коммутаторов 9, 10, 11 и 12, находившихся до запуска под нулевой разностью потенциалов, появляется удвоенное зарядное напряжение 2Ео. Пробой коммутаторов происходит несколько раньше полной переполюсовки. После пробоя одного из коммутаторов 9, 10, 11, 12 на остальных появляется многократное перенапряжение, в результате чего происходит мгновенный пробой всех коммутаторов. После пробоя всех коммутаторов на нагрузочном резисторе 25 формируется прямоугольный, импульс напряжения с амплитудой U=nEo, где n - количество двухступенчатых линий.

Генератор имеет следующие недостатки применительно к целому ряду задач (например, при синхронизации с быстропротекающими процессами или другими устройствами, при создании мобильных генераторов и др.):

а) Большое мертвое время генератора. При пробое коммутатора 16 происходит перезарядка четных линий. Чтобы эти линии с распределенными параметрами после полупериода LC-колебаний были заряжены равномерно по всей длине, необходимо чтобы полупериод LC-колебаний был много больше (обычно на порядок) времени пробега электромагнитной волны по линии, для чего в схему и включены дроссели 21-24 с соответствующей величиной L. А для того чтобы нечетные линии не разряжались за время перезарядки четных линий необходимо в свою очередь чтобы RC (где С-емкость линии, a R-номинал резисторов 17-20) было много больше полупериода LC-колебаний. Таким образом, «мертвое» время генератора, по крайней мере, на два порядка больше длительности выходного импульса.

б) Большие размеры генератора. Все из-за той же колебательной перезарядки линий в каждой паре формирующих линий включены (рассчитанные на полное зарядное напряжение) резисторы, развязывающие дроссели и неуправляемые коммутаторов, которые усложняют конструкцию и увеличивают весогабаритные характеристики генератора.

в) Возможный разброс срабатывания неуправляемых коммутаторов. При генерации импульсов длительностью десятки наносекунд разброс срабатывания коммутаторов 9-12 имеет статистический характер и, несмотря на утверждение авторов о «мгновенном пробое всех коммутаторов», может составить несколько десятков наносекунд, что может удлинить фронт и уменьшить амплитуду выходного импульса генератора.

Цель изобретения - увеличение быстродействия и уменьшение весогабаритных характеристик генератора.

Данная цель достигается за счет перевода генератора в волновой режим работы вместо колебательной перезарядки линий в каждой паре формирующих линий.

Предложенный нами генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения основан на дальнейшем развитии идеи использования отражения на неоднородности волны, распространяющейся по линии с импедансом ρ, заложенной в классической схеме двойной формирующей линии (ДФЛ). На рисунке 2 представлена схема предлагаемого генератора. Для увеличения выходного напряжения на согласованной нагрузке в n раз используются 2n одинарных, в частном примере коаксиальных, линий с волновым сопротивлением ρ и длиной , заполненные диэлектриком с высоким значением коэффициента диэлектрической проницаемости (ε»1). Конец высоковольтного электрода нечетной и начало высоковольтного электрода следующей четной линий соединены последовательно, а начало низковольтного электрода четной линии последовательно с концом низковольтного электрода следующей нечетной линии. Начала нечетных линий и зарядное напряжение U0 подключены к общему коммутатору К, а согласованная нагрузка Rнагр=2nρ подключена между внешними электродами линии 1 и 2n. Работает генератор следующим образом. После зарядки всех линий через резистор Rзар до напряжения U0, в момент времени t0 замыкается коммутатор K. При этом по нечетным линиям распространяются волны снятия напряжения. В момент времени распространяющаяся в нечетной линии электромагнитная волна, «переполяренная» при отражении от короткозамкнутого коммутатора (zk=0) по правилу на неоднородности порождает напряжение

Падение напряжения на Rнагр=2nρ равно

С этого же момента времени начинается разрядка четных линий, в каждой из которых волна, движущаяся в обратном направлении, на неоднородности порождает напряжение

Соответственно, на нагрузке Rнагр=2nρ появляется напряжение

Таким образом, в результате сложения всех волн, суммарное падение напряжения на согласованной нагрузке Rнагр=2nρ равно

где знак «минус» у второго слагаемого появился за счет встречного направления движения волн. Нетрудно показать, что за время равное вся энергия, запасенная в линиях выделяется на согласованной нагрузке

где - емкость коаксиального конденсатора, а

- волновое сопротивление коаксиальной линии. После включения коммутатора К высоковольтный импульс формируется на нагрузке через время пробега электромагнитной волны по линии.

Заявляемое изобретение позволяет решить следующие задачи, стоящие в данной области техники: упрощение конструкции, соответственно, повышение технологичности изготовления, увеличение быстродействия и уменьшение габаритов генератора.

Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nUзарядн на согласованной нагрузке, содержащий последовательно соединенные на выходе 2n формирующих линий с распределенными параметрами, нагрузку и коммутатор, отличающийся тем, что с целью увеличения быстродействия и уменьшения весогабаритных характеристик работа генератора организована в волновом режиме, для чего конец высоковольтного электрода нечетной линии соединен последовательно с началом высоковольтного электрода следующей четной линий, начало низковольтного электрода четной линии - последовательно с концом низковольтного электрода следующей нечетной линии, начала высоковольтных электродов нечетных линий и зарядное напряжение подключены к общему коммутатору, а согласованная нагрузка Rнагр=2np подключена между низковольтными электродами первой и последней линий.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу управления системой облучения, предназначенной для использования в установке для изготовления трехмерного изделия. На поверхности носителя задают первый и второй облучаемые участки, а также расположенный между ними перекрываемый участок.

Изобретение относится к ускорительной технике для получения ускоренных пучков тяжелых частиц - протонов, отрицательных ионов водорода, ядер атомов с током на уровне 1-150 мА при энергии 0,5-5 МэВ или выше.
Изобретение относится к области создания сфокусированных электронных пучков и вывода их в область повышенного давления, до атмосферного. Плазменный катод создается низковольтным отражательным разрядом с полым катодом, электрическим полем ускоряют вышедшие из плазменного катода электроны.

Изобретение относится к устройству для облучения образцов материалов электронами. Заявленное устройство состоит из герметичной камеры, представляющей собой цилиндрический корпус с патрубками, разделенный изолятором на две части, внутри которой расположены держатель образца, соединенный со средствами охлаждения, термопар, соединенных с вакуумным токовводом, расположенным на торцевой крышке камеры.

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц в сильных электрических полях, конкретно к методам коллективного ускорения ионов импульсными электронными потоками.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть применено для получения пучков заряженных частиц для ионной имплантации, нейтронозахватной терапии рака или для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, а также калибровки детекторов слабовзаимодействующих частиц темной материи и других приложений.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Ускоритель высокоскоростных твердых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, блок подачи напряжения на электроды, цилиндрические электроды, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блок сопряжения, электронно-вычислительную машину, усилитель пачки импульсов переменной длительности, каскадный генератор, мишень, согласно изобретению в ускоритель введен блок контроля и селектор координат, при этом блок контроля соединен к селектору координат, который подсоединен к генератору изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке.

Изобретение относится к технике ускорителей и может быть использовано при создании сильноточных импульсных ускорителей электронов, в частности вакуумных диодных узлов сильноточных ускорителя электронов с двойным катодом и механизмом оперативного изменения рабочего тока.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Устройство для исследования физических явлений при высокоскоростном ударе состоит из ускорительного тракта, содержащего инжектор, индукционные датчики, линейный ускоритель, мишень, согласно изобретению в ускорительный тракт введены соосно расположенные квадруполь, установленный за индукционными датчиками, и блок разряда частиц, сетки заземления, расположенные на входе и выходе блока разряда частиц после линейного ускорителя, приемник ионов, установленный перед мишенью, дополнительно введен второй ускорительный тракт, расположенный под углом от 1° до 10° к первому ускорительному тракту, состоящий из инжектора, индукционных датчиков, линейного ускорителя, мишени, квадруполя, блока разряда частиц, сетки заземления, приемника ионов, а также дополнительно в устройство введен измерительный блок, соединенный с блоком датчиков, приемниками ионов обоих усилительных трактов и блоком сбора информации, а также веден блок управляющих сигналов, соединенный с индукционными датчиками, квадруполями, линейными ускорителями, блоками разряда частиц обоих усилительных трактов и блоком сбора информации.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для создания пучков заряженных частиц наносекундной длительности с высокой частотой следования импульсов.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. Технический результат состоит в расширении диапазона коммутируемых напряжений.

Изобретение относится к области размагничивания кораблей. Источник питания для станций безобмоточного размагничивания кораблей содержит неуправляемый трехфазный источник питания переменного тока, зарядное устройство, емкостной накопитель энергии, датчик напряжения, мостовой коммутатор, датчик тока, обмотку размагничивания, устройство формирования импульсной последовательности и устройство задания параметров импульсной последовательности.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использована в радиоприемных устройствах декаметрового диапазона волн. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств указанного назначения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника синусоидальных колебаний, в том числе в интегральных схемах. Техническим результатом предлагаемого RC-генератора является повышение максимальной частоты формируемых синусоидальных колебаний и уменьшение уровня нелинейных искажений выходного сигнала.

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к электроразрядным технологиям, и может быть использовано для электрогидравлического разрушения, дробления и дезинтеграции материалов.

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике. Технический результат заключается в увеличении информационной емкости кода номера меток времени.

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике. Технический результат заключается в повышении стабильности работы генератора высоковольтных импульсов с оптическим управлением.

Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике. Технический результат – обеспечение самосинхронной реализации преобразователя унарного информационного сигнала в парафазный сигнал с единичным спейсером.

Изобретение относится к импульсной и вычислительно технике. Технический результат - обеспечение самосинхронной реализации преобразователя унарного информационного сигнала в парафазный сигнал с нулевым спейсером.

Изобретение относится к системам питания ускорителей заряженных частиц прямого действия, в частности к устройствам импульсного питания с индуктивными накопителями энергии.

Изобретение относится к области импульсной техники, а именно к многоступенчатым генераторам высоковольтных импульсов, выполненных по каскадной схеме умножения напряжения Аркадьева-Маркса. Технический результат заключается в формировании генератором импульсного напряжения заданных параметров импульса в нагрузке. Генератор может использоваться в качестве источника высоковольтных импульсов в электрофизических установках и как самостоятельный источник, формирующий заданные параметры высоковольтных импульсов в различных объектах при выполнении исследовательских и испытательных работ, когда по условиям рабочей программы или методики требуется оперативная перенастройка (подстройка) параметров формируемых высоковольтных импульсов. Сущность изобретения заключается в том, что у генератора, собранного по традиционной схеме Аркадьева - Маркса, дистанционно регулируются такие параметры, как межэлектродные зазоры разрядных промежутков и давление рабочей среды, куда помещены разрядные промежутки, кроме того, емкостные ступени генератора собраны в магазины, что позволяет оперативно менять выходную мощность или мощность в «ударе», в зависимости от заданной программы испытаний или исследований. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования мощных высоковольтных наносекундных импульсов в различных электрофизических устройствах. Технический результат изобретения заключается в увеличении быстродействия и уменьшении весогабаритных характеристик генератора высоковольтных наносекундных импульсов. Технический результат достигается за счет генератора высоковольтных наносекундных импульсов с умножением напряжения до nUзарядн на согласованной нагрузке, содержащего последовательно соединенные на выходе 2n формирующих линий с распределенными параметрами, нагрузку и коммутатор, при этом работа генератора организована в волновом режиме, для чего конец высоковольтного электрода нечетной линии соединен последовательно с началом высоковольтного электрода следующей четной линий, начало низковольтного электрода четной линии последовательно с концом низковольтного электрода следующей нечетной линии, начала высоковольтных электродов нечетных линий и зарядное напряжение подключены к общему коммутатору, а согласованная нагрузка Rнагр2np подключена между низковольтными электродами первой и последней линий. 2 ил.

Наверх