Генератор импульсных напряжений (повышенной надежности)

Результат выполнения конструкторско-технологической работы. Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и предназначено для генерирования импульсов высокого напряжения с целью использования в ускорителях заряженных частиц. Технический результат - стабилизация работы генератора импульсных напряжений, повышение надежности и ресурса генератора импульсных напряжений. Для этого в отличие от известного генератора импульсных напряжений, собранного по каскадной схеме умножения Аркадьева-Маркса, состоящего из n каскадов, включающих зарядные цепи и искровые разрядники с генератором запуска, в предложенном генераторе импульсных напряжений по меньшей мере в первые четыре каскада последовательно искровым разрядникам установлены защитные элементы, снижающие токовую нагрузку на разрядник при самопроизвольном пробое и предотвращающие его разрушение. В качестве защитных элементов могут быть использованы мощные резисторы с номиналом близким к нагрузке каскада. Установка защитных элементов (резисторов) позволяет при самопроизвольном срыве: - избавиться от колебательного режима работы разрядника; - - снизить почти вдвое амплитудное значение протекающего через разрядник тока; - - уменьшить втрое выделяющуюся в иске энергию. Фактически наличие защитных элементов в 4-х каскадном ГИН позволяет обеспечить сорвавшемуся разряднику режим, близкий к штатному по уровню выделившейся в нем энергии и амплитуде тока. Генератор импульсных напряжений собран по каскадной схеме умножения Аркадьева-Маркса и состоит из n каскадов включающих ИП - источник питания, зарядные цепи и искровые разрядники. В качестве зарядных цепей используют комбинацию индуктивностей, резисторов, которые имитируют активное сопротивление индуктивностей и накопительные конденсаторы. Установка защитных резисторов выдвигает дополнительные требования к системе управления и контроля за работой разрядников. Это связано с увеличивающимся в этом случае временем протекания тока через разрядник при его самопроизвольном пробое. При достаточно высокой частоте следования импульсов (~200 Гц) восстановление электропрочности после самопроизвольного пробоя к приходу следующего импульса зарядки может и не произойти. Таким образом, для обеспечения работы с высокой частотой следования импульсов система управления многокаскадного ГИН должна отслеживать самопроизвольные пробои разрядников и запрещать появление штатного следующего импульса зарядки, что гарантированно обеспечит восстановление электропрочности. Генератор импульсных напряжений работает следующим образом. На начальном этапе работ проведено компьютерное моделирование схемы ГИН в программе Micro-Cap, состоящей из четырех каскадов, для подтверждения возможности защиты ключевых элементов. В схему для имитации подключения нагрузки к каскадам генератора добавлен коммутатор, для имитации сопротивления разрядника в разрядную цепь добавлены низкоомные резисторы, с помощью которых удобно контролировать ток через искровой разрядник. Зарядка накопительных конденсаторов осуществляется от источника питания, ток которого подобран таким образом, чтобы имитировать работу реального высоковольтного источника питания, который обеспечивает заряд емкостей. При этом ток зарядки каждого каскада составляет около 0,5 А, что согласуется с величиной, измеренной на практике. Емкость накопительного конденсатора каждого каскада выбрана равной суммарной емкости одиночной формирующей линии реального ГИН. Разработка защищена патентом РФ№ 2832911.