ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ

ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ


RU (11) 2091980 (13) C1

(51) 6 H03K3/00, H05K7/02, H05G1/24 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 95106704/07 
(22) Дата подачи заявки: 1995.04.21 
(45) Опубликовано: 1997.09.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Месяц Г.А., Насибов А.С., Кремнев В.В. Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения. - М.: Энергия, 1970, с. 41, рис. 2 - 4. 2. Белкин Н.В., Кульгавчук В.В., Павлоский Н.Г., Тараканов М.Ю., Цукерман В.А., Эльяш С.Я. Малогабаритный наносекундный ускоритель электронов на 600 кВ. - ПТЭ, N 5, 1977, с. 36 - 37, рис. 1. 
(71) Заявитель(и): Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно- исследовательский институт экспериментальной физики 
(72) Автор(ы): Эльяш С.Л.; Москвин Н.И.; Королев В.Н.; Калиновская Н.И. 
(73) Патентообладатель(и): Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно- исследовательский институт экспериментальной физики 

(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ 

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике и может быть использовано в составе импульсных рентгеновских аппаратов и малогабаритных ускорителей прямого действия. Генератор импульсов напряжения, собранный по схеме Маркса, содержит несколько каскадов с конденсаторами и разрядником в каждом каскаде. Конденсаторы в каскаде собраны в пакет, ось разрядника параллельна оси пакета конденсаторов. Оси всех пакетов конденсаторов расположены в одной плоскости, а оси всех разрядников в другой плоскости, параллельной плоскости осей пакетов. Эти плоскости максимально приближены друг к другу, что достигается таким взаимным расположением элементов генератора, при котором расстояния от оси любого пакета конденсаторов до осей соседних разрядников, электрически соединенных с ним, равны. Такая компоновка генератора приводит к уменьшению габаритов высоковольтного блока ускорителя и, как следствие, к уменьшению в полтора раза массы заливаемого в него жидкого диэлектрика. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Генераторы импульсов напряжения используются в импульсной высоковольтной технике, например, в составе импульсных рентгеновских аппаратов и малогабаритных ускорителей прямого действия.

С помощью заявляемого генератора решается задача создания малогабаритного ускорителя, который может применяться как источник импульсов электронного и рентгеновского излучения в физических исследованиях, дефектроскопии и медицине.

Техническим результатом предложения является снижение габаритов и массы ускорителя, в составе которого работает заявляемый генератор импульсов напряжения. Снижение габаритов и массы импульсного рентгеновского аппарата или ускорителя является актуальной задачей, так как это повышает их транспортабельность, удешевляет, расширяет возможности их применения. Например, это важно для дефектоскопов, применяемых в полевых условиях.

Известна конструкция малогабаритного генератора импульсов высокого напряжения: Месяц Г.А. Насибов А.С. Кремнев В.В. Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения, М. Энергия, 1970, с. 41, рис. 2-4. Генератор выполнен по каскадной схеме Маркса. Каскад состоит из высоковольтных конденсаторов и разрядника, расположенных по одной оси, которая является осью других каскадов и всего генератора. Зарядка осуществляется через зарядные сопротивления. Выходное напряжение генератора подается на рентгеновскую трубку. Особенностью компоновки генератора является последовательное расположение вдоль одной оси конденсаторов и разрядника одного каскада, а также последовательное вдоль той же оси размещение каскадов, что приводит к большой длине генератора и его корпуса.

Прототипом заявляемого является генератор импульсов высокого напряжения, описанный в статье Белкина Н.В. Кульгавчука В.В. Павловской Н.Г. Тараканова М. Ю. Цукермана В.А. Эльяш С.Л. Малогабаритный наносекундный ускоритель электронов на 600 кВ, ПТЭ, N 5, 1977, с. 36.38, рис. 1. Описанный в статье генератор импульсов напряжения содержит несколько каскадов с двумя конденсаторами и разрядником высокого давления в каждом каскаде. Элементы каскадов генератора крепятся в плоской вертикальной стойке из оргстекла друг над другом, оси конденсаторов параллельны между собой и перпендикулярны стойке, а оси разрядников расположены под углом -45o к плоскостям осей конденсаторов в каскадах, и плоскость осей разрядников параллельна стойке. Зарядка генератора осуществляется от импульсного трансформатора через зарядные индуктивности. Нагрузкой является ускорительная трубка источник электронного излучения. Импульсный трансформатор, генератор импульсов высокого напряжения, ускорительная трубка помещены в общий герметичный металлический корпус, заполненный трансформаторным маслом, это высоковольтный блок ускорителя.

Недостатками прототипа являются недостаточно малые габариты и масса высоковольтного блока. Это вызвано такой компоновкой элементов генератора импульсов высокого напряжения, при которой емкость в каскаде разделена на две части, разнесенные в пространстве, а разрядники расположены под углом -45o к плоскостям осей конденсаторов в каскадах, сто не дает сблизить эти плоскости соседних каскадов. В результате длина высоковольтного блока по прототипу и его поперечные размеры оказываются больше, чем в заявляемом генераторе, а масса заливаемого в корпус высоковольтного блока масла примерно в полтора раза больше.

Указанные недостатки устраняются тем, что по сравнению с прототипом, содержащим несколько каскадов с конденсаторами и разрядником, новым является то, что в каждом каскаде конденсаторы собраны в пакет, ось разрядника параллельна оси пакета конденсаторов. Оси всех пакетов конденсаторов расположены в одной плоскости, а оси всех разрядников в другой плоскости, параллельной плоскости осей пакетов, причем расстояния от оси любого пакета конденсаторов до осей соседних разрядников, электрически соединенных с ним, равны.

В заявляемом генераторе импульсов напряжения емкость в каскаде представляет собой плотно собранный из нескольких последовательно соединенных конденсаторов пакет, а разрядник этого каскада располагается параллельно ему и максимально близко к нему, причем расстояние выбирается из соображений электропрочности диэлектрической среды. Таким образом собирается очень компактный каскад. Соседние каскады, расположенные в параллельных плоскостях, максимально сближены, насколько позволяет электропрочность среды, это позволяет уменьшить длину генератора до минимума.

Плоскость осей пакетов конденсаторов и параллельная ей плоскость осей разрядников расположены на минимально возможном расстоянии друг от друга. Это достигается при заданных расстояниях между элементами внутри каскада и между каскадами таким расположением пакетов конденсаторов и разрядников, что все токопроводящие шины, соединяющие соседние элементы генератора, имеют равную длину. Это позволяет уменьшить поперечные размеры заявляемого генератора. Таким образом, диаметр и длина корпуса высоковольтного блока, основу которого составляет генератор импульсов напряжения, уменьшаются по сравнению с прототипом, и, как следствие, уменьшается масса жидкого диэлектрика, заливаемого в корпус высоковольтного блока.

На фиг. 1 изображен заявляемый генератор импульсов напряжения; на фиг. 2 один каскад заявляемого генератора импульсов напряжения.

Генератор импульсов напряжения содержит несколько каскадов 1 с конденсаторами 2 и разрядником 3 в каждом каскаде. В каждом каскаде 1 конденсаторы 2 собраны в пакет 4, ось разрядника 3 параллельна оси пакета 4 конденсаторов 2. Оси всех пакетов 4 конденсаторов 3 расположены в одной плоскости 5, а оси всех разрядников 3 в другой плоскости 6, параллельной плоскости 5 осей пакетов 4. Расстояния от оси любого пакета 4 конденсаторов 2 до осей соседних разрядников 3, электрически соединенных с ним, равны. Пакеты 4 конденсаторов 2 соединены с разрядниками 3 токопроводящими шинами 7 равной длины.

Кроме того, генератор содержит зарядные индуктивности 8, импульсный трансформатор 9 и нагрузку (например, рентгеновскую трубку) 10. Все элементы генератора импульсов напряжения, импульсный трансформатор 9 и нагрузка 10 располагаются в корпусе 11, заполненном жидким диэлектриком.

Заявляемый генератор используется в составе малогабаритного импульсного ускорителя источника рентгеновского или электронного излучения. Конденсаторы К-15-10 (3300 пФ, 31,5 кВ), собранные в плотные пакеты из 5 штук, и разрядник Р-49 образуют очень компактный каскад. Зарядные индуктивности выполнены в виде двух столбов, расположенных вдоль стоек из оргстекла, к которым крепятся каскады. Расстояние между каскадами, т.е. расстояние между осями разрядников в соседних каскадах, 60 мм. Таким образом, длина десятикаскадного генератора около 600 мм, а высота корпуса высоковольтного блока, куда входят, кроме генератора импульсов, импульсный трансформатор, рентгеновская трубка и компенсатор (устройство для компенсации изменения объема масла при повышении или понижении температуры окружающей среды), составляет около 900 мм. Диаметр корпуса высоковольтного блока 200 мм.

Масса трансформаторного масла, заливаемого в корпус высоковольтного блока, 17,5 кг.

Основные параметры малогабаритного ускорителя, в состав которого входит заявляемый генератор импульсов напряжения: амплитуда импульса выходного напряжения, подаваемого на ускорительную (рентгеновскую или электронную) трубку, 1 МВ, длительность импульса электронного или рентгеновского излучения на полувысоте 10 нс.

Доза излучения на окне рентгеновской трубки 3 Гр/имп. доза электронного излучения на окне электронной трубки 2104 Гр/имп.

Устройство работает следующим образом. Зарядка генератора импульсов напряжения осуществляется от импульсного трансформатора через зарядные индуктивности. Емкость всех n каскадов заряжаются до напряжения U. В момент пуска аппарата происходит последовательное срабатывание разрядников за счет перенапряжения на их электродах, и все конденсаторы оказываются включенными последовательно. К нагрузке генератора (рентгеновской или электронной трубке) прикладывается суммарное выходное напряжение Uвых.=nU. Происходит сильноточный пробой трубки, что сопровождается выходом электронного или рентгеновского излучения.

Сравним по техническому результату, то есть по габаритам и массе, два генератора. Первый описанный выше как пример конкретного выполнения заявляемого генератора импульсов напряжения, а второй условный генератор, выполненный из тех же элементов, что и первый, но скомпонованный так, как прототип.

В заявляемом генераторе емкость каждого каскада представляет собой плотно собранный (стянутый между стойками) пакет из пяти конденсаторов, а разрядник этого каскада расположен максимально близко к нему, ось пакета и ось разрядника параллельны. Плоскость осей пакетов конденсаторов и плоскость осей разрядников расположены максимально близко и параллельны, при этом все токоведущие шины, соединяющие пакеты и разрядники, имеют равную длину. Это позволяет уменьшить диаметр корпуса высоковольтного блока до 200 мм. Диаметр высоковольтного блока по прототипу нельзя сделать меньшим, чем 220 мм, из-за того, что емкость в каскаде разделена на две части, занесенные в пространстве. Взаимное расположение каскадов в заявляемом генераторе, а именно друг над другом на расстоянии 60 мм, таково, что позволяет уменьшить его длину до 600 мм. В прототипе из-за взаимного расположения в каскаде конденсаторов и разрядника нельзя сблизить каскады более, чем до 90 мм между ними. Тогда длина генератора по прототипу 900 мм. Длина корпуса высоковольтного блока с заявляемым генератором 900 мм, а с прототипом 1250 мм. Масса заливаемого в корпус масла: для заявляемого генератора 17,5 кг, а для прототипа 27,5 кг, что в полтора раза больше.

таким образом, заявляемый генератор импульсов напряжения дает выигрыш в габаритах и весе высоковольтного блока ускорителя. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Генератор импульсов напряжения, содержащий несколько каскадов с конденсаторами и разрядником в каждом каскаде, отличающийся тем, что в каждом каскаде конденсаторы собраны в пакет, ось разрядника параллельна оси пакета конденсаторов, оси всех пакетов конденсаторов расположены в одной плоскости, а оси всех разрядников в другой плоскости, параллельной плоскости осей пакетов, причем расстояния от оси любого пакета конденсаторов для осей соседних разрядников, электрически соединенных с ним, равны.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru