ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНЫХ ТОКОВ

Полезная модель относится к сильноточной импульсной технике и может быть использована в электрофизических установках для получения мощных электромагнитных импульсов с длительностью импульса в несколько десятков наносекунд, рентгеновского излучения и т.д.
Известен аналог - генератор импульсных токов (ГИТ), содержащий многоэлементный коммутируемый емкостный накопитель (блок из секций-элементов, представляющих емкостные накопители), зарядные резисторы и выходной электрод [авторское свидетельство SU 1261538, опубликовано БИ №6, 1986 г.]. Его недостатком является высокая индуктивность общего контура, что снижает надежность системы и Соответственно, приводит к снижению выходных параметров токовых импульсов.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является генератор импульсных токов, выполненный по схеме Маркса (Г. А. Месяц, "Генерирование наносекундных импульсов", 1974 г., стр.135), содержащий несколько параллельно заряжаемых и коммутируемых рабочих секций. Секции объединены в блоки емкостных накопителей. Коммутация ГИТ производится от многоэлементного пускового устройства, каждый из элементов которого запускает соответствующую ему рабочую секцию блока емкостных накопителей. При этом зарядка рабочих секций блока происходит от одного зарядного устройства, а зарядка пускового устройства от другого. Его недостатком является сложная схема коммутации генератора, связанная необходимостью жесткой синхронной коммутации секций блока многоэлементным пусковым устройством.
Задачей предлагаемого устройства является повышение надежности работы генератора импульсного тока, что обеспечит увеличение амплитуды генерируемого им тока. Технический результат заключается в упрощении схемы синхронной коммутации секций блока генератора, снижении индуктивности общего контура.
Технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного ГИТ, содержащего по крайней мере один блок, разделенный на рабочие секции, каждая из которых представляет собой емкостной накопитель, а также электрически связанное с рабочими секциями пусковое устройство и зарядное устройство, в предлагаемом ГИТ новым является то, что в состав блока встроена пусковая секция, соединенная с рабочими секциями кабельными линиями одинаковой длины и коммутируемая общим пусковым
устройством с обеспечением одновременной коммутации рабочих секций, а в качестве общей части пускового устройства использован одноэлементный пусковой генератор.
В предлагаемом генераторе коммутация встроенной в блок пусковой секции от общего пускового устройства (общая часть - одноэлементный пусковой генератор) и соединение пусковой секции с рабочими секциями кабельными линиями одинаковой длины обеспечивает возможность одновременного запуска (синхронной коммутации) рабочих секций. Общая схема существенно упрощена за счет упрощения схемы коммутации рабочих секций. Произведена замена сложной схемы коммутации прототипа, включающей многоэлементное пусковое устройство с группой кабельных линий, связывающих секции пускового устройства с соответствующими рабочими секциями блока и вносящих существенный вклад в индуктивность общего контура, на упрощенную схему, включающую соединенную с общим пусковым устройством встроенную пусковую секцию, где в качестве общей части пускового устройства используют одноэлементный пусковой генератор. В этом случае произведенная от одного общего задающего импульса коммутация пусковой секции приводит к одновременному срабатыванию всех рабочих секций блока за счет передачи сигнала по кабельными линиями одинаковой длины.
Если генератор импульсных токов состоит из нескольких блоков, разделенных на рабочие секции, одноэлементный генератор, входящий в общую часть пускового устройства, соединен с встроенными пусковыми секциями каждого из блоков генератора импульсных токов кабельными линиями одинаковой длины, что обеспечивает синхронную коммутацию пусковых секций всех блоков.
Система зарядки пускового устройства, пусковой секции и рабочих секций может быть обеспечена от независимых зарядных устройств, а может быть упрощена путем совмещения функций двух зарядных устройств (прототип) в одном общем едином для генератора зарядном устройстве. Это зарядное устройство связано с пусковой секцией и обеспечивает зарядку до одного напряжения емкостных накопителей рабочих и пусковой секций блока. В тех случаях, когда рабочие секции заряжаются до напряжения большего, чем амплитуда импульса общей части пускового устройства, обеспечивается более надежный и синхронизированный пуск рабочих секций.
Удобным с точки зрения упрощения конструкции является использование пусковой секции, представляющей собой конденсаторную батарею, коммутируемую пусковым устройством через искровой разрядник. Встраиваемая пусковая секция может быть дополнительно введена в состав блока как самостоятельный элемент, а может ее функцию взять на себя одна из рабочих секций за счет соответствующего ее подключения в схему.
Таким образом, данная конструкция существенно упрощает схему коммутации всего устройства благодаря обеспечению синхронной коммутации секционного блока, что приводит к существенному уменьшению индуктивности общего контура, а, следовательно, и к повышению надежности работы генератора импульсного тока.
На фиг.1 представлена блок-схема генератора импульсного тока, состоящего из одного секционированного блока.
На фиг.2 приведена электрическая схема, отражающая связь между пусковой секцией и рабочей в ГИТ, содержащем два секционированных блока.
Генератор по блок - схеме на фиг.1 включает в себя внешнее общее зарядное устройство (5), электрически связанное с одноэлементным пусковым генератором (общей частью пускового устройства) (1). Оно соединено с пусковой секцией (2) блока емкостных накопителей, связанной кабельными линиями одинаковой длины с рабочими секциями (3) блока емкостных накопителей. Устройство подключено к нагрузке (4).
Схема реализована следующим образом (фиг.2). В каждый блок емкостных накопителей, организованный по схеме согласно фиг.1, встроена пусковая секция (2), состоящая из конденсаторной батареи С1, резистора R1 и резистора R3. Эта секция связана кабелями равной длины с рабочими секциями (3). Каждая из рабочих секций (3) блока емкостных накопителей состоит из двух разрядников S2, двух рабочих конденсаторов С2 и двух резисторов R2. Зарядка пусковой (2) и рабочих (3) секций осуществляется от единого внешнего зарядного устройства (5). Коммутация пусковой секции происходит от одноэлементного пускового генератора (1) через искровой разрядник.
В реализованной схеме каждый блок содержал девять рабочих секций. Десятая секция, благодаря подключению, работала в режиме пусковой секции. Линия передач сигналов представляла собой кабельную линию типа КВИ-100. Источником энергии служило общее внешнее зарядное устройство, заряжающее пусковую и рабочую секции до одного значения напряжения, пусковая и рабочие секции были соединены кабельными линиями одинаковой длины. В схеме по прототипу пусковое устройство каждого блока состояло из низковольтного генератора, запускающего четыре генератора с выходным напряжением 10 кВ, которые задействовали шестнадцать генераторов с выходным напряжением 45 кВ. Импульсы этих генераторов использовались для коммутации рабочих секций. В предлагаемой схеме низковольтный генератор задействует одноэлементный пусковой генератор с выходным напряжением 45 кВ, а 2 пусковых сигнала последнего запускают две пусковые секции, встроенные в блоки емкостных накопителей. Каждая пусковая секция генерирует девять одновременных импульсов напряжения амплитудой 85...100 кВ.
Таким образом, в схеме прототипа разброс пусковых импульсов, коммутирующих рабочие секции обусловлен разбросом во времени срабатывания 20 генераторов, а в предлагаемой схеме - только разбросом срабатывания двух пусковых секций, каждая из которых генерирует пусковой импульс с амплитудой почти в два раза большей, чем в исходной схеме. Увеличение напряжения пусковых импульсов приводит к уменьшению времени срабатывания рабочих секций.
В качестве емкостных накопителей пусковой и рабочей секций могут быть использованы промышленные конденсаторы.
зар
Работа устройства начинается с включения внешнего единого зарядного устройства U (5) для зарядки конденсаторов пусковой (2) и рабочей (3) секций С1 и С2 до одного
напряжения. Далее от генератора пусковых сигналов (1) (одноэлементный пусковой генератор) на электрод разрядника пусковой секции S1 поступает пусковой сигнал, что приводит к срабатыванию искрового разрядника S1 пусковой секции. Напряжение на выходе пусковой секции достигает 85 кВ по сравнению с напряжением в 47 кВ, достигаемым пусковым устройством в прототипе. Это увеличение напряжения значительно улучшает синхронизацию процесса коммутации. Происходит разрядка конденсаторов С1 пусковой секции. Высоковольтный сигнал по кабельной линии через резисторы R2 поступает на электрод искрового разрядника S2 рабочей секции, что приводит к подключению конденсаторов рабочей секции С2 к нагрузке (4). Надежность системы повышается в 3-4 раза, т.е. на 10 включений в прототипе полное срабатывание ГИТ наблюдалось в 2-3 случаях из 10, а в предлагаемой полезной модели, после реализации схемы, полное срабатывание ГИТ наблюдается в 8-9 случаях из 10. В нагрузку передается импульс тока с максимально возможной расчетной амплитудой в случае срабатывания всех рабочих секций. То есть, вероятность генерации импульса тока с максимально возможной расчетной амплитудой повышается в 3-4 раза, благодаря существенному повышению синхронизации запуска секций (синхронной коммутации) и снижению индуктивности системы.
Таким образом, реализовано назначение заявляемого ГИТ, состоящее в формировании мощного импульса тока с высокой амплитудой, что связано с повышением надежности работы генератора за счет существенного упрощения системы коммутации в части, касающейся усовершенствования синхронизации процесса коммутации рабочих секций, а также снижения индуктивности общего контура.