УСТРОЙСТВО ЗАРЯДА ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ БОЛЬШОЙ ЕМКОСТИ С ИМПУЛЬСНЫМ ТРАНСФОРМАТОРОМ

Полезная модель относится к преобразовательной импульсной технике, в частности к вторичным источникам электропитания. Предложенное решение может применяться в качестве устройства заряда высоковольтных конденсаторов большой емкости, направленное на сокращение времени заряда конденсатора, сокращение числа высоковольтных элементов, и повышения эффективности передачи энергии, в заряжаемый конденсатор.
Широкое применение в высоковольтной импульсной технике нашли генераторы, основанные на многоступенчатом способе заряда емкостных накопителей энергии [1]. Типовая конструкция генераторов, основанных на многоступенчатом способе заряда емкостных накопителей энергии, включает в себя отдельные «зарядные ступени», состоящие из высоковольтных конденсаторов и коммутирующих элементов. Количество используемых ступеней определяет параметры выходного импульса, кроме того, их число определяет массогабаритные параметры генератора в целом [2].
Одним из применений является построение импульсных модуляторов, выполненных по схеме Аркадьева-Маркса (генераторы Аркадьева-Маркса). Применяя вместо традиционных искровых разрядников твердотельные коммутаторы, удалось существенно увеличить электрические параметры проектируемых модуляторов, в частности сократить потери на проводимость в момент разряда на нагрузку, увеличить частоту следования импульсов и среднюю выходную мощность, кроме того, появилась возможность контроля времени заряда и разряда конденсатора, за счет применения системы управления твердотельными коммутаторами.
Однако, при проектировании подобных систем, рассчитанных на значительные величины токов и напряжений, выбор твердотельных коммутаторов накладывает ряд ограничений. Большие величины токов и напряжений достигаются за счет применения сборок твердотельных коммутаторов, потому как единичный элемент не рассчитан на такие значения, за счет этого увеличивается стоимость его построения. Для качественного управления твердотельными коммутаторами необходима сложная система управления, с целью уменьшения мощностных потерь на переключении, внедрение такой системы для каждого коммутатора, за счет большого количества сопутствующих элементов этой системы, уменьшается эффективность работы генератора в целом.
Предлагаемое устройство заряда высоковольтных конденсаторов большой емкости, на основе генератора высоковольтных импульсов мощности с индуктивным накопителем энергии и газоразрядным коммутатором тока [3], способным формировать импульсы напряжения до 100 кВ и выходной мощностью порядка 70 МВт от низковольтного источника питания (рисунок 1). Конструкция данного устройства позволяет заменить собой зарядные ступени, при сохранении заданных параметров выходного импульса, а работа газоразрядного прерывателя тока в непрерывном частотном режиме позволяет значительно сократить время заряда высоковольтных конденсаторов и регулировать амплитуду напряжения, путем изменения амплитуды тока обрыва, исходя из выражения ε=-Ln*dI/dt, где L - значение индуктивности накопителя энергии, N -коэффициент трансформации импульсного трансформатора (N=w1/w2), dI - величина обрываемого тока, dt - время выключения газоразрядного прерывателя тока [4].
Устройство заряда высоковольтных конденсаторов большой емкости с импульсным трансформатором, включает в себя импульсный трансформатор, где вторичная обмотка подключена к нагрузочному конденсатору через защитный диод, на первичную обмотку подводится выходное напряжение с генератора высоковольтных импульсов с индуктивным накопителем энергии и газоразрядным коммутатором тока, где индуктивным накопителем энергии выступает первичная обмотка импульсного трансформатора. В конструкции трансформатора может отсутствовать, а может использоваться магнитопровод. Регулировка уровня выходного напряжения обеспечивается за счет, изменения величины обрываемого тока. В данном случае устройство позволяет сохранить на первоначальном уровне свои массогабаритные показатели, при этом оно считается гальванически развязанной с высоковольтным конденсатором (рисунок 2).
Список литературы
1. Д.В. Молчанов, И.В Лавринович Оптимальная конструкция высоковольтного генератора для электроимпульсного бурения глубоких скважин - Международная конференция по прикладной физике, энергетике и материаловедению 2019. (Journal of Physics: Серия конференций).
2. Н.И. Бойко, А.В. Макогон. Генератор по схеме Аркадьева - Маркса с покаскадным обострением фронта импульсов для обеззараживающей обработки пищевых продуктов - Электротехника и электромеханика 2017. №4
3. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Шатилов С.Г., Агальцов К.Д., Павлов М.Б. Газоразрядные прерыватели тока низкого давления в генераторе высоковольтных наносекундных импульсов с индуктивным накопителем энергии//ПТЭ. 2017. №6
4. Шатилов С.Г. Исследование газоразрядных прерывателей тока в режиме генерации высоковольтных импульсов: дис.канд. тех. наук. - Рязань. -2016.