Генератор импульсного тока

 

399995

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски®

Социалистических

Реслублик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 07Х1.1971 (№ 1664279/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано ОЗ.Х.1973. Бюллетень ¹ 39

Дата опубликования описания 21.111.1974

М. Кл. Н ОЗЬ 1/04, 19/00

Н 01Ь 7/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР оа делам изобретений и открытий

УД К 621.373 (088.8) Автор изобретения

Г. А. Шнеерсон

Заявитель

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М. И. Калинина

ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНОГО ТОКА

Изобретение относится к электрофизике и может найти применение, например, при создании установок для получения сверхсильных магнитных полей в одновитковых соленоидах.

Известен способ получения быстронарастающего тока, по которому осуществляют разряд конденсаторной батареи на нагрузку, при этом скорость нарастания тока тем выше, чем меньше индуктивность цепи разряда, включающая в себя нагрузку, батарею и соединительные шины. В ряде случаев индуктивность нагрузки весьма мала, например, индуктивность соленоида, предназначенного для получения сверхсильного поля в малом объеме составляет доли напогенри. При этом линейные размеры участка, на котором ток «подтекает» к нагрузке, также малы; для упомянутых соленоидов длина рабочей области составляет доли сантиметра. Этим обусловлены высокие требования к собственной индуктивности генератора, осебенно к индуктивности токоведущих шин.

Наиболее удобной и широко распространенной конструкцией соединения нагрузки с батареей являются параллельные листы (шипы), разделенные слоем изоляции. Во всех выполненных до сих пор генераторах толщина изоляции шин выбиралась постоянной по всей площади шин из условия ее электрической прочности при колебательном разряде с амплитудой напряжения, равной начальному напряжению батареи (с учетом возможных перенапряжений). Ток в генераторе «стекается»

5 к нагрузке от конденсаторов, обычно присоединяемых непосредственно или через кабели к краю шин на участке большой длины.

В генераторе с постоянной толщиной изоляции шин невозможно обеспечить малоиндуктивное присоединение нагрузки малых размеров из-за сгущения тока вблизи нагрузки. Например, в частном случае круглых шин радиуса R, в которых нагрузка присоединена в

15 центре па участке радиуса ro, индуктивность при резком скин-эффекте, характерном для таких установок, составляет

L = 2 т 1п (нгн), R

20 0 где h — толщина изоляции в сантиметрах.

Если Ь=1 см, что соответствует напряжению около 100 кв, то при R/ro — 10 L„,=9 нгн. Это недопустимо большая величина как по срав25 нению с индуктивностью нагрузки, достигающей долей наногенри, так и по сравнению с индуктивностью батареи, которая, благодаря использованию твердотельных разрядников, может быть снижена также до долей нано30 генри.

399995

Целью изобретения является увеличение крутизны фронта импульса на выходе генератора.

Для этого токоведущие шины выполнены с переменным по длине изоляционным зазором, например так, чтобы в направлении от источника к нагрузке величина средней напряженности электрического поля во всем межэлектродном зазоре была постоянна. Закон изменения зазора выбирают таким образом, чтобы обеспечить постоянство среднего градиента вихревого электрического поля по всей площади шин, т. е. чтобы не нарушились условия, определяющие электрическую прочность изоляции.

В частном случае круглых шин возможным законом изменения толщины изоляции является

h=h,+(h,— h,)(— 1,,,Я/ где Ь вЂ” толщина изоляции у края шин (см), à ho — толщина изоляции вблизи нагрузки, причем

h, = — L„((h, 1L„ — индуктивность нагрузки в нгн). Расчет показывает, что напряжение между круглыми шинами при выбранной зависимости изменяется пропорционально h (при R » ro) .

При этом сохраняется постоянной средняя напряженность электрического поля

U, U(h, Ь, (где Ui — напряжение на краю шин), так что обеспечивается электрическая прочность изоляции на всей плоскости шин.

Индуктивность определяется соотношением

L = — h,IHãí .

lг

Индуктивность шин генератора, выполненного согласно предложенной конструкции, в несколько раз (в рассмотренном примере при

R/rp — — 102 и k=1 — в 4,6 раза) меньше индуктивности шин с постоянной толщиной изоляции.

Существенно, что в предложенном генераторе индуктивность шин не зависит от величины

rz, если rp((R, т. е. увеличение индуктивности

З5 за счет эффекта стекания тока к нагрузке малых размеров не играет роли.

Изобретение может быть использовано и при другой геометрии шин, например в случае секторных (в частности полукруглых), прямоугольных и других, к краю которых малоиндуктивная нагрузка подключается на коротком участке.

Изобретение пояснено чертежами.

На фиг. 1 приведена схема генератора; на фиг. 2 — полукруглая шина; на фиг. 3 — схема генератора, у которого профилирован зазор между шинами лишь на участке, прилегающем к нагрузке.

Генератор содержит полукруглые шины 1, к краю которых на участке 2, имеющем форму полуокружности радиуса R, по стрелкам присоединена конденсаторная батарея 3. Нагрузка присоединена на участке 4 длиной д ((R. Толщина изоляции 5 уменьшается от края шин к нагрузке. При включении батареи

3 ток в цепи нарастает вначале по линейному закону, при этом скорость его нарастания может достичь величины порядка 10" — 10" a/ñåê благодаря малой индуктивности шин генератора. Поскольку основной вклад в величину индуктивности шин вносят участки, непосредственно прилегающие к нагрузке, в ряде случаев достаточно выполнить профилированный зазор между шинами не на всей их плоскости, а лишь на участках, прилегающих к нагрузке. Пример такой конструкции шин приведен на фиг. 3. В этом случае участок шин 6 вблизи края на участке 2 имеет постоянную толщину изоляции и лишь на участке 7 изоляционный зазор уменьшается в направлении к нагрузке.

Предмет изобретения

Генератор импульсного тока, содержащий конденсаторную батарею, коммутаторы, токоведущие шины, соединяющие батарею с низкоиндуктивной нагрузкой, отличающийся тем, что, с целью увеличения крутизны фронта импульса на выходе генератора, токоведущие шины выполнены с переменным по длине изоляционным зазором, например так, чтобы в направлении от источника к нагрузке величина средней напряженности электрического поля во всем межэлектродном зазоре была постоянна.

3

pg3 _#_8 г, зл

5 1 фиг.1

К нагрузкг

Составитель В. Ким

Редактор А. Зиньковский Техред Е. Борисова Коррек гор Е. Михеева

Заказ 617/4 Изд. № 224 Тираж 780 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4, 5

Типографии, пр. Сапунова, д. 2