Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано при питании ускорителей заряженных частиц, источников рентгеновского излучения и других электрофизических установок импульсами высокого напряжения с горизонтальной вершиной. Генератор импульсов высокого напряжения выполнен по схеме Аркадьева-Маркса и содержит n накопительных конденсаторов, n разрядников, 2n зарядных резисторов, источник питания, нагрузку, корректирующий конденсатор, последовательно соединенные индуктивность, разрядник, резистор, диод. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2012129
Класс(ы) патента: H03K3/53
Номер заявки: 4753333/21
Дата подачи заявки: 25.10.1989
Дата публикации: 30.04.1994
Заявитель(и): Институт электрофизики Уральского отделения РАН
Автор(ы): Любутин С.К.; Рукин С.Н.; Словиковский Б.Г.
Патентообладатель(и): Институт электрофизики Уральского отделения РАН
Описание изобретения: Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано для питания ускорителей заряженных частиц, источников рентгеновского излучения и других электрофизических установок импульсами высокого напряжения с горизонтальной вершиной.
Известен генератор импульсных напряжений, в котором коррекция вершины импульса происходит благодаря разряду корректирующего конденсатора через резистор [1] .
Недостаток устройства состоит в неравномерности напряжения на вершине импульса. Это связано с тем, что начальный участок экспоненциально уменьшающегося выходного напряжения генератора, подвергаемый коррекции, имеет практически линейный характер, а корректирующее напряжение изменяется во времени нелинейно, так как представляет собой полный экспоненциальный разряд корректирующего конденсатора через резистор.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является генератор импульсов высокого напряжения, выполненный по схеме Аркадьева-Маркса, в котором спад напряжения на нагрузке компенсируется колебательным перезарядом корректирующего конденсатора через катушку индуктивности и разрядник, а корректирующий конденсатор включен между накопительными конденсаторами и общей шиной [2] .
Недостаток генератора заключается в неравномерности вершины импульса на нагрузке, поскольку корректирующее напряжение изменяется нелинейно.
Цель изобретения - повышение равномерности вершины импульса на нагрузке.
Цель достигается тем, что в генераторе импульсов высокого напряжения, выполненном по схеме Аркадьева-Маркса, содержащем накопительные конденсаторы, разрядники, зарядные резисторы, источник питания, нагрузку и корректирующий конденсатор, включенный между накопительными конденсаторами и общей шиной и шунтированный последовательно соединенными индуктивностью и разрядником, индуктивность зашунтирована параллельно соединенными резистором и полупроводниковым диодом, включенным в обратном направлении по отношению к полярности напряжения на корректирующем конденсаторе, а величина емкости корректирующего конденсатора С, индуктивности L и сопротивления резистора R выбраны в соотношении:
1 ≅ R/ ≅ 3.
Существенным отличительным признаком заявленного устройства является шунтирование индуктивности параллельно соединенными резистором и диодом и выбор величин R, L, C в контуре коррекции в соответствии с вышеприведенным соотношением. Выполнение этого соотношения приводит к тому, что уменьшение тока через резистор контура коррекции при разряде корректирующего конденсатора компенсируется увеличением тока через корректирующую индуктивность так, что корректирующий конденсатор разряжается практически в режиме постоянного тока, т. е. напряжение на нем падает линейно. Коррекция линейно убывающего напряжения на выходе генератора с помощью также линейно изменяющегося напряжения корректирующего контура и приводит к достижению цели, а именно позволяет существенно повысить равномерность вершины импульса на нагрузке. В том случае, если вышеприведенное соотношение между величинами R, L и С элементов корректирующего контура не выполняется, то происходит увеличение неравномерности вершины импульса генератора из-за того, что корректирующий конденсатор начинает разряжаться нелинейно. Так, при R/ < 1 корректирующий конденсатор начинает разряжаться в основном через резистор в апериодическом режиме по экспоненциальному закону, а при R/ > 3 основной ток разряда корректирующего конденсатора проходит через индуктивность в колебательном режиме.
При анализе научно-технической и патентной литературы не было обнаружено устройство с описанными признаками. Таким образом считаем, что заявленное устройство является новым и отвечает критерию "существенные отличия".
На фиг. 1 приведена принципиальная схема генератора импульсов высокого напряжения; на фиг. 2а-в - осциллограммы напряжений и токов на элементах генератора, поясняющие принцип его работы.
Генератор выполнен по схеме Аркадьева-Маркса и содержит накопительные конденсаторы 1, разрядники 2, зарядные резисторы 3, источник 4 питания, нагрузку 5. Корректирующий конденсатор 6 включен между накопительными конденсаторами и общей шиной и шунтирован последовательно соединенными индуктивностью 7 и разрядником 8. Индуктивность 7 в свою очередь зашунтирована параллельно соединенными резистором 9 и полупроводниковым диодом 10, включенным в обратном направлении по отношению к полярности напряжения на корректирующем конденсаторе. Указанное на фиг. 1 направление включения диода 10 соответствует положительной полярности напряжения источника 4 питания и корректирующего конденсатора 6. Импульс напряжения генератора на нагрузке 5 имеет при этом отрицательную полярность. При изменении полярности источника 4 питания направление включения диода 10 также меняется на противоположное.
Генератор работает следующим образом. От источника 4 питания происходит заряд накопительных 1 и корректирующего 6 конденсаторов через зарядные резисторы 3. В момент времени t1 (см. фиг. 2) производится запуск разрядников генератора 2 и разрядника 8 в корректирующем контуре и на нагрузке 5 генерируется импульс напряжения Uн, амплитуда которого равна алгебраической сумме напряжения на накопительных конденсаторах генератора Uг и на корректирующем конденсаторе Uк. В течение времени коррекции tкор. = t2 - t1 происходит разряд корректирующего конденсатора 6 от первоначального напряжения источника питания до нуля.
На фиг. 2а приведены полученные на физической модели осциллограммы токов в элементах корректирующего контура для случая, когда выполняется соотношение 1 ≅ R/ ≅ 3 При этом уменьшение разрядного тока через резистор 9 iRкомпенсируется нарастанием тока в индуктивности 7 iL, а ток разряда конденсатора 6 iC, равный их сумме, имеет квазипрямоугольную форму. Ток через диод 10 iD в течение времени коррекции равен нулю, а в момент времени t2 происходит переключение тока iL на диод 10, что приводит к шунтированию корректирующего конденсатора 6. Оптимальное отношение R/ близко к 2. Осциллограмма разряда корректирующего конденсатора для этого случая приведена на фиг. 2б (кривая 11). Изменение отношения R/ от 3 до 1 иллюстрируется кривыми 12 и 13. Таким образом, в заявленном генераторе реализуется линейный разряд корректирующего конденсатора в отличие от известных устройств, где корректирующий конденсатор за время коррекции разряжается по экспоненте через резистор (кривая 14), либо в колебательном режиме через индуктивность (кривая 15).
На фиг. 2а приведены осциллограммы напряжения на корректирующем конденсаторе Uк, на выходе генератора Uг при отсутствии контура коррекции и осциллограмма на нагрузке Uн = Uг + Uк при совместном включении накопительных и корректирующего конденсаторов. Видно, что линейный спад напряжения Uг на участке коррекции компенсируется также линейным изменением напряжения на корректирующем конденсаторе, что и приводит к постоянству вершины импульса на нагрузке в течение времени коррекции.
Экспериментальная проверка предложенного генератора была проведена на низковольтной физической модели при напряжениях ≈ 100-200 В. В качестве разрядников использовались тиристорные ключи. Характерное время коррекции tкорр составляло 20-40 мкс. Оптимальная величина отношения R/ подбиралась с помощью переменного резистора 9 в цепи коррекции. В качестве нагрузочного сопротивления 5 использовался также переменный резистор. Полученные осциллограммы приведены на фиг. 2а-в.
Измерения показали, что при выполнении условия
1 ≅ R/ ≅ 3 неравномерность напряжения на нагрузке Uн на вершине импульса составляет 1-2% , а при оптимальном отношении R/ ≃ 2 неравномерность напряжения была менее 1% . Измеренная неравномерность напряжения на вершине импульса для известных устройств с разрядом корректирующего конденсатора только через резистор, либо индуктивность составила 6-10% .
Таким образом, заявленный генератор позволяет повысить равномерность вершины импульса на нагрузке примерно в 6-10 раз по сравнению с известными устройствами.
Формула изобретения: ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ, выполненный по схеме Аркадьева-Маркса, содержащий накопительные конденсаторы, разрядники, зарядные резисторы, источник питания, нагрузку и корректирующий конденсатор, включенный между накопительными конденсаторами и общей шиной и шунтированный последовательно соединенными индуктивностью и разрядником, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности вершины импульса на нагрузке, индуктивность зашунтирована параллельно соединенными резистором и полупроводниковым диодом, включенным в обратном направлении по отношению к полярности напряжения на корректирующем конденсаторе, а величины емкости корректирующего конденсатора C, индуктивности L и сопротивления резистора R выбраны в соотношении
1 ≅ R/ <~ 3. .