БЕСТРАНСФОРМАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗАРЯДА ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ БОЛЬШОЙ ЕМКОСТИ

Полезная модель относится к преобразовательной импульсной технике, в частности к вторичным источникам электропитания. Предложенное решение может применяться в качестве устройства заряда конденсаторов большой емкости, при номинальном напряжении до 100 кВ, 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]. Модернизированные варианты подобных генераторов, с использованием современных коммутирующих элементов (металл оксидные и графитовые разрядники, дрейфовые диоды с резким восстановлением, фотоэлектронные полупроводниковые коммутаторы и пр.), активно применяются во многих областях науки, в качестве источников ускорителей частиц, импульсных источников питания формирователей фокусированных излучений и потоков частиц. В медицине и биотехнологиях генераторы нашли свое применение в качестве источника импульсов электрического поля наносекундной длительности, воздействующих на биологические клетки и органические вещества, на их основе осуществляется стерилизация медицинского оборудования, а также экстракция редких органических природных соединений. В промышленности подобные установки применяются при добыче полезных ископаемых (электроимпульсное бурение, обработка горной породы высоковольтными импульсами напряжения), в процессе создания новых перспективных материалов (нанокомпозиты), испытания новых изоляционных материалов повышенной электрической прочности.
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].
обр
вык
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, поскольку газоразрядный прерыватель тока способен выдерживать импульсное напряжение до 100 кВ за счет своей достаточной электропрочности, обусловленной прицепом работы прибора, основанном на протекающих процессах самообрыва тока. При этом его работа в непрерывном частотном режиме (500-800 Гц) позволяет значительно сократить время заряда высоковольтных конденсаторов и регулировать амплитуду напряжения, путем изменения амплитуды тока обрыва, исходя из выражения ε=-L⋅di/dt, где di=I величина обрываемого тока, dt=t -время выключения коммутатора [3].
Бестрансформаторное устройство заряда высоковольтных конденсаторов большой емкости, включает в себя высоковольтный диод, подключенный к нагрузочному конденсатору, к аноду которого подводится выходное напряжение с генератора высоковольтных импульсов с индуктивным накопителем энергии и газоразрядным коммутатором тока. В данном случае устройство позволяет сохранить на первоначальном уровне свои массогабаритные показатели, при этом оно считается гальванически связанной с нагрузкой (высоковольтным конденсатором), что обуславливает повышенные требования к электробезопасности на этапах проектирования электрической принципиальной схемы, сборки и отладки, в частности к схеме управления коммутатором (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.