Газоразрядные коммутаторы тока низкого давления для индуктивных накопителей энергии

• Автор: Фокин, Роман Викторович
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 164 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Генераторы высоковольтных импульсов

1.2 Коммутаторы тока для индуктивных накопителей энергии

1.3 Конструкции газоразрядных приборов низкого давления

1.3.1 Конструкции тиратронов

1.3.1.1 Род газа для наполнения

1.3.1.2 Г енератор водорода

1.3.1.3 Катод

1.3.1.4 Анод

1.3.1.5 Сетка
1.3.2 Особенности конструкции псевдоискровых разрядников
1.4 Физика обрыва тока в диафрагмированных промежутках
1.5 Выводы к главе и постановка задачи
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ГЕНЕРАТОРАХ С ИНДУКТИВНЫМИ НАКОПИТЕЛЯМИ ЭНЕРГИИ И ГАЗОРАЗРЯДНЫМИ КОММУТАТОРАМИ
2.1 Описание методики эксперимента
2.2 Описание конструкций исследуемых приборов
2.2.1 Тиратрон ТГИ10
2.2.2 Тиратрон ТГИ20
2.2.3 Тиратрон ТГИ10
2.2.4 Тиратроны ТГИ15 и ТГИЗ5
2.2.5 Тиратрон ТГИ20
2.3 Результаты экспериментов
2.3.1 Исследование возможностей управления моментом обрыва разряда
2.3.2 Исследование времени выключения коммутаторов
2.3.3 Исследование предельных характеристик коммутаторов
2.3.4 Исследование нестабильности момента обрыва
2.4 Исследование экспериментального псевдоискрового разрядника
2.4.1 Методика эксперимента
2.4.2 Описание конструкции
2.4.3 Результаты эксперимента
2.5 Выводы к главе ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В
ГЕНЕРАТОРАХ С ИНЭ И ГРП НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
3.1 Физические процессы, протекающие в течение периода формирования импульса
3.2 Расчет времени обрыва разряда
3.2.1 Расчет времени обрыва разряда без учета диффузии
3.2.2 Расчет времени обрыва разряда с учетом диффузии
3.2.3 Расчет времени обрыва разряда по величине плотности заряда
3.2.4 Расчет критического значения концентрации атомов в сужении
3.3 Расчет минимального тока, необходимого для обрыва разряда
3.4 Расчет времени выключения газоразрядных коммутаторов
3.5 Программная реализация расчетов
3.5. Выводы к главе
ГЛАВА 4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И ПРИМЕНЕНИЮ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ КОММУТАТОРОВ И ГЕНЕРАТОРОВ С ИНЭ
4.1 Применение генератора с ИНЭ в качестве временного
импульсного модулятора
4.2 Рекомендации по конструированию ГРП низкого давления с самостоятельным обрывом разряда для ИНЭ
4.3 Рекомендации по проектированию генераторов с ИНЭ и
4 газоразрядными коммутаторами
4.4 Генератор высоковольтных импульсов с ИНЭ
4.5 Газоразрядный коммутатор тока с полным управлением
4.5.1 Расчет расстояния между витками сетки
4.6 Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Но при их построении элементы должны быть четко согласованы между собой и необходима оптимизация с помощью ЭВМ. В [] описывается малогабаритный высоковольтный наносекундный генератор с коаксиальной формирующей линией и трансформатором Тесла с большим коэффициентом связи. На выходе использовался обостряющий разрядник. При использовании данной схемы были получены импульсы длительностью 4 не, частотой Гц, амплитуда на согласованной нагрузке составляет порядка 0 кВ, мощность 1 кВт. Для работы схемы требуется довольно точная настройка разрядника по времени срабатывания, т. Для увеличения частоты импульсов и их мощности необходимо использовать дополнительные охлаждающие элементы. Довольно большое распространение получили генераторы Маркса [-]. Схема состоит из нескольких звеньев, каждое включает в себя высоковольтные конденсаторы и индуктивности. При его использовании были получены импульсы амплитудой до 0,9 МВ, длительность импульсов порядка 0 не. В [] описан генератор мощных мегавольтных импульсов с наносекундным фронтом, в котором в качестве накопителей энергии используются малоиндуктивный конденсатор и линия с водяным диэлектриком. Генератор зарядных импульсов собран по схеме Аркадьева-Маркса и состоит из ступеней. На выходе генератора использовался обостряющий разрядник. Описанный генератор обеспечивает формирование на нагрузке Ом импульсов напряжения амплитудой до 2 МВ, длительностью - не, длительностью фронта 1,5 не и мощностью 0,1 ТВт. Он позволяет получать на нагрузке импульсы амЙлитудой до 2 кВ, длительностью 2 не, нестабильностью времени срабатывания 0, не и частотой следования 1 кГц. Описанные выше генераторы высоковольтных импульсов основаны на емкостных накопителях энергии. Обзор этих устройств показывает, что они способны формировать стабильные импульсы с хорошими временными и энергетическими характеристиками. Однако их массогабаритные показатели оставляют желать лучшего. В работах [8, 9] сделаны попытки уменьшить напряжение источника питания, но всего лишь на % от амплитуды импульса. Для улучшения временных параметров импульсов используются обостряющие элементы, что усложняет устройства. Рассмотрим альтернативные генераторы с индуктивными накопителями энергии. В [, ] описаны мощные полупроводниковые генераторы колоколообразных наносекундных импульсов с промежуточными индуктивными накопителями энергии (ИНЭ). Передача энергии из ИНЭ в нагрузку осуществляется с помощью дрейфовых диодов с резким восстановлением (ДДРВ) [4]. Описанный генератор формировал на нагрузке Ом импульс напряжения амплитудой 4 кВ и полушириной 5 не, мощность в импульсе порядка 1,6 МВт. ИНЭ, т. В [, ] предложен генератор высоковольтных импульсов с ИНЭ. В качестве коммутаторов используются полупроводниковые прерыватели. На нагрузке Ом формируются импульсы амплитудой до 0 кВ, длительностью около 0 пс на частоте 2 кГц. Для обострения фронтов используются газовые разрядники. В [] для предмодуляции электронного пучка виркатора использован малогабаритный генератор с ИНЭ и коммутатором из взрывающихся проволочек. На выходе формировался импульс амплитудой 0 кВ, длительностью не от источника питания кВ. Для формирования прямоугольных импульсов длительностью мс, амплитудой кВ может быть использован генератор на основе ИНЭ и двухступенчатой схемой коммутации, изображенный на рис. Генератор содержит регулируемое зарядное устройство (ЗУ), накопительную индуктивность Ь, контактный аппарат с индукционно-динамическим приводом (КА), газоразрядные коммутирующие элементы (ГП1 и ГП2), формирующие фронт и спад импульса, стабилизатор напряжения на основе нелинейных оксидно-цинковых резисторов (СН) и нагрузку (Н). Рис. Схема работает следующим образом. После заряда индуктивности через КА его контакты размыкаются и ток переводится в ГП1. Последний через время, необходимое для восстановления электрической прочности КА, переводится в непроводящее состояние, в результате чего ток переходит в цепь СН и нагрузки. Через время соответствующее длительности импульса срабатывает ГП2, шунтирующий нагрузку. На рис. В, мощностью до МВт и длительностью в сотни микросекунд.