ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Полезная модель относится к импульсной высоковольтной технике и может быть использована в ускорительной технике, для создания систем запуска искровых коммутаторов мощных импульсных электрофизических установок различного функционального назначения.
Совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков полезной модели присуща известному семейству высоковольтных генераторов [Kudasov В., Pavlov S., Tananakin V. et al. Module pulse nanosecond generators (BING) for universal high-voltage synchronization systems. Digest of Technical Papers, 11-th IEEE International Pulsed Power Conference, - 1997. - V. 2. - PP. 1572-1574].
6
Генератор высоковольтных импульсов включает в себя высоковольтный формирователь, состоящий из каскадного генератора Маркса с применением управляемых разрядников тригатронного типа, и заполняющийся смесью газа гексафторида серы (SF) и азота, блок запуска, предназначенный для запуска высоковольтного формирователя и содержащий повышающий импульсный трансформатор, и блок индикации и контроля готовности генератора высоковольтных импульсов.
6
В отличие от заявляемой полезной модели, известное устройство того же назначения представляет собой систему из двух генераторов: блочный импульсный наносекундный генератор (БИНГ-4) и используемый для его запуска, генератор (БИНГ-5). Генератор БИНГ-4 содержит импульсный высоковольтный формирователь, блок индикации и контроля готовности генератора высоковольтных импульсов. Формирователь выходных импульсов генератора БИНГ-4 состоит из трехкаскадного генератора Маркса с применением открытых управляемых разрядников тригатронного типа, собранного в цилиндрическом металлическом корпусе, и заполняется смесью газа SF и азота.
Недостатками известного устройства, принятого за наиболее близкий аналог, являются то, что:
- сигнал контроля напряжения высоковольтного формирователя и блока запуска гальванически связан с устройством индикации и контроля готовности генератора высоковольтных импульсов, что является причиной возникновения электрических помех в измерительном тракте при срабатывании генераторов;
- запуск высоковольтного формирователя (генератора БИНГ-4) осуществляется от сигнала амплитудой около 20кВ, подводимого по кабельной высоковольтной линии. Этот сигнал формируется блоком запуска (генератором БИНГ-5), и содержит значительное количество энергии, многократно превышающее требуемую энергию для запуска разрядников. Это приводит к ускоренному износу поджигных узлов разрядников, и, как следствие, к ухудшению их пусковых характеристик в процессе эксплуатации, и снижению их ресурса;
- характеристики формируемых выходных импульсов, такие как задержка от сигнала запуска, стабильность, в значительной степени зависят от состава и давления газовой смеси, задуваемой в колбу формирователя, и являющейся рабочей средой искровых разрядников. Это усложняет эксплуатацию генераторов, поскольку затрачивается значительное количество времени на подбор газовой смеси и ее давления. Также возможны изменения характеристик, вследствие утечки рабочего газа из ампулы формирователя и расслоения рабочей смеси, состоящей из разных газов;
- высоковольтный формирователь (генератор БИНГ-4) используется в связке с блоком запуска (генератором БИНГ-5), это увеличивает вероятность отказа связки, и увеличивает габариты системы, использующей эти генераторы.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является создание надежного компактного генератора высоковольтных импульсов, устойчивого к сильным уровням электромагнитных помех.
Техническим результатом настоящей полезной модели является уменьшение габаритов генератора высоковольтных импульсов при повышении надежности и устойчивости к электромагнитным помехам.
Технический результат обеспечивается тем, что генератор высоковольтных импульсов включает в себя высоковольтный формирователь, состоящий из каскадного генератора Маркса с применением управляемых разрядников тригатронного типа, и заполняющийся смесью газа гексафторида серы и азота, блок запуска, предназначенный для запуска высоковольтного формирователя и содержащий повышающий импульсный трансформатор, и блок индикации и контроля готовности генератора высоковольтных импульсов. Согласно полезной модели, высоковольтный формирователь содержит не менее четырех каскадов генератора Маркса с применением отпаянных управляемых разрядников тригатронного типа, блок запуска представляет собой компактный узел и содержит дополнительный повышающий импульсный трансформатор, при этом трансформаторы выбраны компактные, в блоке индикации и контроля использованы онтоэлектронные преобразователи, обеспечивающие его связь с высоковольтным формирователем и блоком запуска, при этом все элементы генератора находятся в едином корпусе.
Увеличение надежности достигается за счет того, что высоковольтный формирователь содержит не менее четырех каскадов генератора Маркса с применением отпаянных управляемых разрядников тригатронного типа, корпус формирователя заполняется смесью газа гексафторида серы и азота до давления, обеспечивающего электропрочность генератора Маркса.
Применение не менее четырех каскадов в генераторе Маркса и отпаянных разрядников позволяет исключить перенапряжение на элементах генератора, приводящие к пробоям и формированию паразитных электромагнитных импульсов, что в конечном итоге исключает нештатное срабатывание генератора,.
Применение отпаянных управляемых разрядников положительно влияет на стабильность работы генератора, так как стабильность в значительной степени зависит от состава и давления газовой смеси, подаваемой в разрядник, и являющейся рабочей средой искровых разрядников. Применение отпаянных разрядников упрощает эксплуатацию генераторов, поскольку затрачивается меньше времени на подготовку генератора к работе. Исключается возможность изменения характеристик вследствие утечки рабочего газа из разрядника формирователя. К тому же, применение данных разрядников значительно уменьшает и упрощает конструкцию.
Блок запуска представляет собой компактный узел и располагается в одном корпусе с генератором, что уменьшает вероятность высоковольтных пробоев, приводящих к формированию паразитных электромагнитных импульсов, что в конечном итоге исключает нештатное срабатывание мощных электрофизических установок различного функционального назначения. Блок запуска содержит два компактных повышающих импульсных трансформатора, что позволяет уменьшить габариты генератора высоковольтных импульсов, а небольшой коэффициент трансформации трансформатора обеспечивает меньшие значения его паразитных емкостей и индуктивностей, которые влияют на фронт выходного импульса.
Применение в блоке индикации и контроля оптоэлектронных преобразователей, обеспечивающих его связь с высоковольтным формирователем и блоком запуска, увеличивает надежность генератора высоковольтных импульсов, повышает устойчивость к импульсным электромагнитным помехам. К тому же, конструкция оптоэлектронных преобразователей значительно проще и компактнее электрических передающих линий.
6
Генератор высоковольтных импульсов состоит из высоковольтного формирователя, содержащего не менее четырех каскадов генератора Маркса, с применением отпаянных управляемых разрядников, корпус формирователя заполняется газом SF до давления, обеспечивающего электропрочность генератора Маркса. Каждый каскад генератора Маркса включает в себя четыре соединенных параллельно конденсаторов. Для зарядки генератора используется регулируемый высоковольтный источник со стабилизацией выходного напряжения. Применяемый для запуска высоковольтного формирователя блок запуска, выполнен в виде компактного узла и располагается в одном корпусе с формирователем, содержит два компактных повышающих импульсных трансформатора, между которыми расположен компактный генератор импульсного напряжения на разрядниках, для зарядки которого используется свой регулируемый высоковольтный источник питания. Блок индикации и контроля связан с высоковольтным формирователем и блоком запуска, и располагается с ними в одном корпусе, дополнительно содержит программируемый микроконтроллер, оптоэлектронные преобразователи, обеспечивающие подключение оптоволоконных линий связи, и цифровой индикатор для отображения рабочих напряжений высоковольтных источников питания и давления газа в корпусе формирователя.
Каскады генератора Маркса заряжаются статическим напряжением от стандартного высоковольтного источника. Коммутация генератора на нагрузку осуществляется посредством управляемых металлокерамических разрядников. Высоковольтный электрический импульс формируется блоком запуска, который необходимый для «поджига» разрядников формирователя высоковольтных импульсов. Генератор импульсного напряжения блока запуска заряжается от регулируемого высоковольтного источника питания с питанием от низковольтного блок питания. При срабатывании разрядников генератора импульсного напряжения на выходе импульсного трансформатора возникает импульс высокого напряжения, который в свою очередь производит коммутацию каскадного генератора Маркса. Блок индикации и контроля в цифровом виде отображает рабочие напряжения высоковольтных источников питания и давления газа в корпусе формирователя.
6
Генератор высоковольтных импульсов представляет собой четырехкаскадный генератор Маркса, в качестве управляемых разрядников использованы отпаянные металлокерамические разрядники тригатронного типа РУ-62М с коаксиальным расположением управляющего электрода, корпус формирователя заполняется газом SF до давления 0,3 МПа, обеспечивающего электропрочность генератора Маркса, на корпусе размещен датчик с аналоговым выходом (MLH 100PGL02A) для контроля давления в корпусе формирователя. Каждый каскад генератора Маркса включает в себя четыре соединенных параллельно конденсаторов емкостью около 3300 пФ. Генератор нагружается на четыре кабельных линии с волновым сопротивлением 50 Ом каждая. Для зарядки генератора используется регулируемый высоковольтный источник питания HV6-25-N-12C со стабилизацией выходного напряжения, для питания которого использован низковольтный блок питания напряжением 12 В. Блок запуска выполнен в виде компактного узла и располагается в одном корпусе с формирователем, содержит два компактных повышающих импульсных трансформатора, между которыми использован компактный генератор импульсного напряжения на разрядниках, для зарядки которого используется свой регулируемый высоковольтный источник питания HVL5-20-P-12F с напряжением 12 В. Блок индикации и контроля дополнительно содержит программируемый микроконтроллер Atny2313, оптоэлектронные преобразователи, обеспечивающие подключение оптоволоконных линий связи, и цифровой индикатор для отображения рабочих напряжений высоковольтных источников питания и давления газа в корпусе формирователя.
Проведенные эксперименты показали высокую надежность работы генератора высоковольтных импульсов и устойчивость к электромагнитным наводкам в сравнении с известными устройствами. Разработанный генератор высоковольтных импульсов является компактным, с габаритами 210 мм*260 мм*480 мм и весом 15 кг.