Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника

Подождите немного. Документ загружается.

250

Глава 13. Разрядники

пробоем твердого и жидкого диэлектриков

разрядники с искажением поля, жидкостные тригатроны, коммутаторы с лазер-

ным запуском, со взрывом микропроводника и т.д. В самых мощных импульсных

генераторах для получения мощных электронных, ионных и рентгеновских пуч-

ков используют трехэлектродные разрядники («Аигога», «РИЬЗЕКАВ», «0\УЬ»,

«ОашЫе» и т.д.). Один из первых таких коммутаторов предложил Мартин [3]

(рис. 5). Если используется импульсный заряд накопительной линии, то за счет

перераспределения напряжения из-за наличия собственных емкостей разрядника

срабатывает газовый промежуток 4. Это приводит к пробою промежутка между

электродами 2 и 5, а затем и между основными электродами 1 и 2. При парал-

лельной работе нескольких таких разрядников необходимо в газовый разрядник 4

подавать пусковой импульс. Для разрядников с водяным наполнением в [3] реко-

мендуется использовать соотношение 7:1 между длинами промежутков 1-3 и 3-2.

Смит [22] описал работу установки «Аигога», которая содержит четыре коакси-

альных накопительных линии Блюмляйна с управляемым трехэлектродным раз-

рядником. Характеристики установки следующие: напряжение 15 МВ, ток 1,6 МА,

длительность импульса 125 не.

Уникальной особенностью линий Блюмляйна, используемых в этой установ-

ке, являются специально разработанные многоканальные масляные разрядники с

внешним запуском. Воспроизводимость неуправляемых (самопробойных) масля-

ных разрядников недостаточна для синхронизации четырех выходных импуль-

сов. К тому же они в любом случае формируют один искровой канал, и поэтому

будут иметь слишком большую индуктивность. Волновое сопротивление каждой

внутренней передающей линии 12 Ом, через коммутатор идет ток в 1 МА.

Конструкция коммутатора линии Блюмляйна показана на рис. 6. Он работает

по принципу трехэлектродного разрядника с запуском по методу искажения элект-

рического поля. Межэлектродное расстояние в разряднике можно изменять с по-

мощью гидравлического привода, передвигая часть промежуточного цилиндра в

аксиальном направлении. Максимальное межэлектродное расстояние в разряд-

нике может достигать 61 см. Запускающим электродом служит большой диск с

очень ровной поверхностью, расположенный примерно на расстоянии 7,6 см от

плоского торца внутреннего цилиндра. Это расстояние изменяется с помощью

гидравлической системы в стальной колонне, которая как консоль выдвигает диск

Рис. 13.5.

Управляемый жидкостный разрядник: 1,2 - основные электроды (7 - катод), 3 -

поджигающий электрод,

- газовый разрядник

§13.3

Жидкостные коммутаторы

251

Рис. 13.6. Схема масляного разрядника в системе «Аигога». 1 - электрод с положительной

полярностью, 2 - электрод с отрицательной полярностью, 3 - электрод запуска, 4 - управ-

ляемый газовый разрядник

из внутреннего электрода линии Блюмляйна, где расположены узлы запускающей

цепи. Частью конструкции консоли является газовый разрядник на 2 МВ. Когда

линия Блюмляйна заряжена до 12 МВ, напряжение на запускающем диске вырас-

тает, так как он образует емкостный делитель. Газовый разрядник запускается

извне и пробивается, после чего примерно через 200 не следует множественный

пробой в масле, инициируемый на острой кромке запускающего диска. Нестабиль-

ность составляет около 10 не, меньшее значение может быть достигнуто в разряд-

нике аналогичной конструкции при использовании более высокого запускающего

напряжения.

Такой разрядник используется для ускорителя «ОашЫе II» [23]. Отрицательный

и положительный электроды соединены с внутренними проводниками накопи-

тельной и передающей линий соответственно. Средний поджигающий электрод

имеет форму диска с острым краем, который поддерживается и изолируется от

передающего электрода газовым коммутатором, заполненным элегазом. В нужный

момент зарядки газовый коммутатор поджигается, что резко нарушает электриче-

ское поле в районе среднего электрода и вызывает прорастание стримеров к отри-

цательному электроду. Когда эти стримеры перемыкают промежуток, потенциал

среднего электрода приближается к быстрому пробою всего разрядника. Такой

водяной разрядник [24] при напряжении 4,5 МВ и токе 670 кА формировал им-

пульс с фронтом 40 не. Обычно зажигалось не менее пяти каналов, что обеспечи-

вало стабильные амплитуду и фронт выходного импульса. Разброс времени сраба-

тывания коммутатора был менее 6 не.

В работах [25, 26] описаны ускорители электронов «Натр» и «Рго1о I», в кото-

рых использованы трехэлектродные масляные управляемые многоискровые раз-

рядники. Эти ускорители имеют следующие параметры выходного импульса:

3 МВ, 0,8 А, 24 не. Генератор Маркса заряжает три промежуточных водяных на-

копителя за 0,9 мкс. Из промежуточных накопителей через трехэлектродный раз-

рядник линии Блюмляйна заряжаются за 0,18 мкс. Для запуска трехэлектродного

252

Глава 13. Разрядники

пробоем твердого и жидкого диэлектриков

коммутатора используются элегазовые тригатроны. Разрядники обеспечивают

разброс времени срабатывания менее 1 не при использовании поджигающего

импульса с

= 150 кВ и /

= 70 не.

Из линии Блюмляйна в нагрузку энергия передается через трехэлектродные

маслонаполненные разрядники рельсового типа (рис. 7) [26]. Пусковой электрод

длиной 120 см и толщиной 6,4 мм имеет острую кромку с радиусом 0,1 мм. Пуско-

вой импульс имел амплитуду 2 МВ и фронт 30 не. Для нормальной работы разряд-

ника необходимо, чтобы расстояние между поджигающим и заземленным электро-

дом составляло 1/3 от общего межэлектродного расстояния рельсового разрядника.

Время срабатывания такого разрядника составляло 25 не при разбросе 1,3 не.

С использованием установки «Рго1о I» были проведены также испытания неуправ-

ляемых двухэлектродных разрядников рельсового типа.

Таблица! 3.1.

Время зарядки,

не

Нестабильность много-

искровой работы, не

Среднее число

каналов

Время коммутации,

НС

3,9 4,2

8,8

120 4,8

4,1

9,4

130 5,5 3,2

9,7

170

7,3

2,5 11,0

В таблице 1 приведены результаты этих испытаний. Если время зарядки

< 200 не, то имеют место высокая стабильность времени пробоя и малое время

коммутации разряда.

В работах [27, 28] исследован тригатронный запуск водяных коммутаторов.

Тригатрон с напряжением до 1 МВ работает наиболее эффективно, если поджи-

гающий электрод-стержень выступает на некоторое расстояние

с1

над поверхно-

стью основного электрода. Оптимальные условия, обеспечивающие получение

наименьших /

и АГ

, сводятся к следующему:

1. Инициирование разряда необходимо производить со стороны анода импуль-

сом положительной полярности.

2. Длина выступа поджигающего электрода должна составлять (0,1-5-0,2)^, где

с1

- расстояние между катодом и анодом.

Рис.

13.7.

Трехэлектродный рельсовый жидкостный разрядник

§13.3

Жидкостные коммутаторы

253

3. Оптимальное значение амплитуды пускового импульса (0,2-Ю,3)(У

, где С/

основное напряжение между катодом и анодом.

4. Поджигающий импульс должен подаваться за 10(Ы50 не до момента мак-

симума основного напряжения, а длительность его фронта должна быть не менее

50 не.

В этих условиях удается запускать мегавольтные тригатроны за время /

« 100 не

при А/

= ±6 не [27]. Если к такому тригатрону приложить (0,75-5-0,95)С/

, где С/

статическое пробивное напряжение, то можно обеспечить параллельную работу

трех тригатронов.

Рядом авторов исследовался лазерный поджиг разрядников с водой [29] и

трансформаторным маслом [30]. Наилучшие результаты были получены Понте-

ром и др. [30], которые показали, что путем лазерного инициирования разряда в

перенапряженном искровом промежутке с трансформаторным маслом можно

инициировать разряд с « 15 не, А(

= ±1 не при напряжении 700 кВ.

В [28] исследована возможность запуска разрядника с помощью электрически

взрываемых проволочек. На медную проволоку диаметром 50 мкм и длиной 14 мм,

установленную на расстоянии 2 мм от поверхности электрода, разряжался конден-

сатор с емкостью 10~

Ф и напряжением 21 кВ. В случае инициирования разряда у

анода разброс А/

составлял ±50 не, а у катода - на порядок больше. Этот способ

инициирования не нашел применения, так как после каждого срабатывания раз-

рядника требуется установка новой проволочки, а кроме того, после нескольких

срабатываний удельное сопротивление воды заметно уменьшается и требуется ее

очистка. Обстоятельные обзоры по жидкостным разрядникам даны в монографиях

[5] и [31].

Литература к главе 13

1. Месяц Г.А. Разработка и исследование высоковольтных наносекундных импульсных

устройств с искровыми разрядниками: Дис. ... канд. техн. наук. Томск, 1961.

Комельков

В.С.,

Аретов Г.Н.

Получение больших импульсных токов // Докл. АН СССР.

1956. Т. 110, №4. С. 559-561.

3. 1.С. Магйп оп

Ри1зес1

Ро^ег / Её. Ьу Т.Н. Магйп, А.Н. Оиеп1Ьег, апё М. Кпзйапзеп. М.У.:

Ркпитргезз, 1996.

Ко%ег8

Р.ЖНШ1е

Н.К.

Е1ес1гота§пе11са11у

АсШа1ес1,

Раз1:-С1озт§

Т_Ып§

Ро1у1Ьепе

аз Маш В1е1ес*пс //

Ргос.

1ЕЕ. 1969.

Уо1. 116,

1. Р.

173-179.

5. ШоуПзку

Ш§Ь Ро\уег 8шксЫп§. К.У.:

Уап Ыоз^гапё

ЯетЬоЫ, 1987.

НиЪег Н. Уо11а§е

Яап§е

Ш§Ь

Епег§у

8оН(1

В1е1ес*пс //

Яеу.

8сь1пз*гит. 1964.

Уо1. 35,

N 8.

7. Нетт /.,

МагзкаП

1 Раз! Ме*аШс Согйас*

8оНс1

В1е1ес{пс 8\УИСЬ

&>Г

НщЪ

Уо1*а§е апё

Сиггет //

1ЪЫ.

1968.

Уо1.

39, N 10.

8. Вауез

П.У., НисЫе&Ьу

К.1, ШЫ В.Х А Разз1уе Сго^Ъаг

&>г

1Ье 1.0 М1 ТЬеШгоп Вапк

Шп§ 32 8о1к1 Б1е1ес1пс ^шксЬез т Рага11е1 // Ргос. IV 8утр. оп Еп§. РгоЫетз т

ТЬегтопис1. Яез. РгазсаШ, 1966.

Месяц Г.А.

Генерирование мощных наносекундных импульсов. М.: Сов. радио, 1974.

10. ЬоотзХ8.Т.

8то1сЫп§ Ьу

8игГасе В1зсЬаг§ез //1. 8сь1пз1шт. 1961.

Уо1.

38.

Р.

380.

11. ОазкикРМ

Соп*го11ес1

018сЬаг§ег.

Ра*.

4092559 ША. 1976.

12. Дашук

П.И., Чистов Е.К.

Некоторые особенности распределения электрического поля в

системах формирования скользящего разряда //

ЖТФ.

1979.

Т.

49, вып. 6. С. 1241-1244.

254 Глава

13. Разрядники

пробоем твердого и жидкого диэлектриков

13. Наззоп У,

Уоп Вег&папп Н.М.

Ш§Ь Ргеззиге 01о\у 01зсЬаг§ез

Гог

Ыапозесопё Ехскайоп оГ

Оаз Ьазегз апё Ьо\у 1пёис1апсе

8\уксЫп§

АррНсайопз //I РЬуз. Е.

1976.

N 9. Р. 73.

14.

Зокпзоп

В.,

КпзИапзеп

М, НафеЫЬ. МиШсЬаппе1 8иг!асе 01зсЬаг§е 8\уксЬ. //

Ргос.

СопГ.

оп Е1ес1пса11пзи1. апё 01е1ес. РЬепош. АшЬегз!, 1982. Р. 573.

15.

Уоп Вег%тапп Н.М.

8игГасе 01зсЬаг§е ВшксЬез // Оаз 01зсЬаг§е С1озт§ 8шксЬез / Её. Ьу

О. 8сЬае*ег, М. Кпзйапзеп, апё

А.

Оиеп1Ьег.

Ы.У.:

Р1епит ргезз, 1990.

Р.

345-373.

16.

Биндер Л.

Блуждающие волны в электрических сетях /

Пер.

с нем. под

ред.

А.Ф. Вальтера,

Н.Н. Миронова. М.;

Л.:

ОНТИ, 1935.

17.

Месяц Г.А., Воробьев Г.А.

О возможности использования жидкостных разрядников в высо-

ковольтных наносекундных импульсных схемах //

Изв.

вузов. Физика.

1962.

№ 3. С. 21.

18.

Ьеуте Ь.8.

УНкочШку 1.М.

Ри1зеё Ро\уег ТесЬпо1о§у

Гог Соп1го11её

ТЬегшопис1еаг Ризюп //

ШЕЕ Тгапз.

N1*1.

8сь 1971.

Уо1. 18,

N 4,

р*

2. Р. 105-112.

19.

ВиПоп

1К.,

СоШе

В., ЬирШ

ЖН. еХ а1.

МиШр1е

СЬаппе1

8>уксЫп§ т

ЭДйег

01е1ес1пс Ри1зе

ОепегаЮгз //

Ргос.

V 8утр.

оп Еп§.

РгоЫетз оГРизюп

Кез.

Рппсе1оп, 1973.

Р.

679-683.

20.

Никсонов

В.И.,

Сидоров

Ю.Л.,

Смирнов

В.П. Генерация и фокусировка сильноточного

электронного пучка в низкоимпедансном диоде // Письма в ЖЭТФ. 1974. Т. 19, вып. 8.

С.516-520.

21.

Уап

Векепйег 1Р.,

МагПп Т.Н.

Шй^егеё \Уа*ег-8м*сЫп§ // ШЕЕ Тгапз. Ыис1. 8сь 1975.

Уо1.

22, N3.

Р.

305-309.

22.

8тИН

I. Ы^шё 01е1ес1тю Ри1зе Ыпе ТесЬпо1о§у // Епег§у 8Юга§е, Сотргеззюп, апё

8>УЙСЫП§: Ргос.

оГ 1Ье

11п1егп. СопГ. оп Епег§у 81ога§е, Сотргеззюп апё 8\У11сЫп§ (]ЧОУ.

5-7,1974) / Её. Ьу \У.Н. ВозИск.

Ы.У.;

Ь.: Р1епит ргезз, 1976. Р. 15-23.

23.

8Ыртап

1В. ТЬе Е1ес*пса1 Оез1§п

оГ Ше

>ЖЬ «ОатЫе II» 100 Клкуои1е, 50 Nапозесопё,

\Уа*ег В1е1ес1пс Ри1зе Оепега*ог изеё т Е1ес1гоп Веат Ехрептеп1з // ШЕЕ Тгапз. Кис1.

8с1. 1971.

Уо1. 18,

N 4,

рХ 2.

Р. 243-246.

24.

ВоЪЫе С.В., Раг%о У, Ко1ЬА.С. е1 а1. А Ш§Ь Сиггеп! Яе1а11У1з11с

Е1ес1гоп Веат Ассе1ега*ог

&г Ризюп АррИсайопз. 8апО1е§0, 1974. (МЬК-357).

25.

РгезШсН

К. К. «Наф» а 8ЬоП Ри1зе, №§Ь Сиггеп^ Е1ес1хоп Веат Ассе1ега1ог // ШЕЕ Тгапз.

Кис1. 8с1. 1975.

Уо1.

22, N 3. Р. 975-978.

26.

РгезШсИ

К.К.,

МШег Р.А.,

МсВатеI В.Н. е! а1. «РгоЮ-1» 8\уксЫп§ апё Бюёе 8шё1ез //

Ргос. Торюа1 СопГ. оп Е1ес1гоп Веат КезеагсЬ апё ТесЬпо1о§у. 8апё1а, 1976. Рх 1.

Р.

423-428. (8АШ; 76-5122).

27.

Муратов В.М., Ушаков В.Я.

Исследование управляемого инициирования разряда в воде //

Разработка и применение источников интенсивных электронных пучков / Отв. ред.

Г.А.

Месяц. Новосибирск: Наука, 1976. С. 36-42.

28.

Ушаков В.Я.

Импульсный электрический пробой жидкостей. Томск: Изд-во ТГУ, 1975.

29. Демидов Б. А., Пекин М.В., Петров В. А.,

Фанченко

С Д. Высоковольтный водяной раз-

рядник с лазерным поджигом // ПТЭ. 1974. № 1. С. 120-122.

30.

СиетНег А.Н., 2,щ1ег

С.Ь.,

ВеШз

АК.,

Соре1апс1 К.Р.

Ьазег Тп§§егеё 8\уксЫп§

оГ

а Ри1зеё

СЬаг§её ОН РШеё 8рагк Оар // Епег§у 8*ога§е, Сотргеззюп, апё 8ш*сЫп§: Ргос.

оГ 1Ье

11п1егп. СопГ. оп Епег§у 81ога§е, Сотргезз1оп апё 8\уксЫп§ (ЫОУ. 5-7, 1974) / Её. Ьу

Возйск. К.У.; Ь.: Р1епит ргезз, 1976.

Р.

441-449.

31.

Ковальчук

Б.М.,

Кремнев

В.В.,

Поталицын Ю.Ф.

Сильноточные наносекундные комму-

таторы / Отв. ред. Г.А. Месяц. Новосибирск: Наука, 1979.

Часть V ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ

С ЗАМЫКАЮЩИМИ ПЛАЗМЕННЫМИ

КОММУТАТОРАМИ

Глава 14

ГЕНЕРАТОРЫ С ГАЗОРАЗРЯДНЫМИ

КОММУТАТОРАМИ

§ 14.1 Принципы построения генераторов

Все рассмотренные нами в главах 11-13 коммутаторы являются по своей сути

плазменными. Только плазма в них создается при различных обстоятельствах:

при разряде в газе высокого или низкого давления, при разряде по поверхности

диэлектрика в вакууме или газе, при разрядах в жидкостях или твердых диэлек-

триках. Условно весь этот класс коммутаторов мы назовем плазменными замы-

кающими коммутаторами. Мы их называем «плазменными» потому, что еще

существуют полупроводниковые и магнитные замыкающие коммутаторы, кото-

рые мы рассмотрим ниже. Введение слова «замыкающие» обусловлено тем, что

существует также целый набор плазменных размыкающих коммутаторов, о кото-

рых мы будем говорить позже.

Подавляющее большинство наносекундных импульсных генераторов боль-

шой мощности используют газовые искровые разрядники при произведениях

давления газа на длину промежутка

рс1,

находящихся в дальней правой части

кривой Пашена. Для удовлетворительного функционирования таких генераторов

нужно выполнить два условия. Во-первых, иметь малое время коммутации (в

зависимости от параметров импульсов и их назначения 10~

-И0~

с). Во-вторых,

обеспечить необходимое время задержки разряда и его стабильность А/

(в за-

висимости от назначения /

« 10~

ч-10~

с, А/

= ±10~

ч-Ю~

с). В газоразрядных

коммутаторах обе эти задачи, как мы показали в главах 6 и 11, решаются тремя

путями - увеличением напряженности поля Е, давления газа и числа свободных

инициирующих электронов в промежутке.

Как мы показали в главах 3 и 4, известны две основные схемы получения мощ-

ных наносекундных импульсов с использованием газовых разрядников. Это схема

с разрядом предварительно заряженной накопительной линии на нагрузку и раз-

личные ее модификации и схема с разрядом емкости [1]. Этим типам генераторов

соответствуют схемы замещения разрядного контура, которые используются обычно

256

Глава

14.

Генераторы

газоразрядными коммутаторами

для расчета фронта импульса (рис. 1). На рисунке 2

- волновое сопротивление

линии, Ь - индуктивность разрядного контура, К

- нелинейное сопротивление

искры, *У

- зарядное напряжение, С - накопительная емкость. В главах 3 и 4 мы

рассмотрели работу импульсных генераторов с идеальными коммутаторами, когда

время коммутации равно нулю. Здесь же мы учтем сопротивление искры в про-

стейшей форме.

Для расчета формы импульсов, получаемых в приведенных схемах, необходимо

знать зависимость сопротивления искры К

от тока и времени. При сравнительно

небольших величинах тока до 10 кА можно использовать сопротивление искры,

полученное из модели Ромпе и Вайцеля [2] (см. главу 6). Следует заметить, что

хотя в этом разделе мы будем говорить о генераторах с напряжением до 100 кВ и

током до 10 кА, все основные принципы, которые здесь будут изложены, приме-

нимы и для мегавольтных и мегаамперных систем. Разница заключается только в

учете особенностей физических процессов в накопителях, линиях, коммутаторах и

обострителях, присущих большим токам и напряжениям.

§ 14.2 Генератор с накопительной линией

Для того чтобы проанализировать влияние различных факторов на процесс

роста тока на фронте импульса при разряде накопительной линии, рассмотрим пе-

реходный процесс в контуре, представленном на рис. 1, а. Такой контур имеет ге-

нератор с заряженной линией с волновым сопротивлением 2

и нагрузкой Я

при

разряде этой линии через искровой промежуток. Общая схема генератора приведе-

на на рис. 4.1. Будем интересоваться только интервалом времени, меньшим време-

ни двойного пробега волны по накопительной линии. Ток в контуре с учетом фор-

мулы (6.41) для сопротивления искры Я

будет описываться уравнением:

где х =

1ЯШ

;

т = //0; в =

2рд

/аЩ;

А =

Ь/Кв;

К =

+К

;

<3- длина искрового

промежутка; а - коэффициент в формуле Ромпе и Вайцеля, характеризующий сорт

Рис. 14.1. Схемы замещения разрядного контура импульсного генератора: а - генератор с

накопительной линией для времени

= 2г

; б- генератор с накопительной емкостью

(14.1)

§14.2

Генератор

накопительной линией

257

газа;

- зарядное напряжение линии. Вначале рассмотрим случай, когда величиной

индуктивности разрядного контура можно пренебречь. При этом А = 0 и уравне-

ние (1) существенно упрощается, а зависимость тока от времени будет иметь вид:

1п

7 Л

(3/

21)1 о

+-—

-г-+СОП81

/о-7 " "

4 (7

-/)

(14.2)

где

сопя!:

- постоянная интегрирования, которая зависит от способа отсчета начала

времени; /

= ио/К. При

= 0 7//

= 0,01, сопз1 = 1,537. Из (2) следует, что при токе

0,25Щ/К

крутизна роста тока принимает максимальное значение:

Л} 0,105а11

.Л)

рЯ

Для оценки длительности фронта импульса удобно время коммутации опреде-

лять из соотношения:

'еХ

, 04.4)

(Л/Л)

ар

где Е - напряженность электрического поля, при которой происходит пробой про-

межутка, р - давление газа.

Из (4) следует, что при неизменном давлении газа время /

будет уменьшаться

с ростом напряженности электрического поля

Е.

При неизменной длине искрового

промежутка напряженность поля Е можно увеличивать за счет перенапряжения на

промежутке при его импульсном пробое. При статическом пробое промежутка ве-

личину

Е/р

можно выразить через произведение давления газа на длину проме-

жутка. По закону Пашена при /7

= сопз* величина

Е/р

= сопз1, следовательно, из

(4) получим, что время /

- /г

, т.е. с ростом давления газа время /

будет умень-

шаться. На рис. 11.2 приведены зависимости /

(р) для различных длин промежут-

ков при их статическом пробое. Из рисунка следует, что при сравнительно длин-

ных промежутках время уменьшается с ростом давления быстрее, чем при ко-

ротких. Объяснение этому эффекту дано в главе 11 в формулах (11.1) и (11.2). При

коротких промежутках время /

становится равным Ю

-9

с даже при атмосферном

давлении газа [3].

Для учета влияния индуктивности разрядного контура на длительность фронта

импульса необходимо решить уравнение (1) при А

0. Численное решение этого

уравнения при А* 0 было проведено в работе [4]. Полученные в этой работе зави-

симости х = /(т) представлены на рис. 2, а. Пользуясь кривыми х = /(т), можно

рассчитать зависимость относительной величины напряжения на промежутке от

времени при различных А, так называемую характеристику коммутации у =

II/11о,

где

{У

- напряжение на газовом промежутке (рис. 2, б). Из рисунков следует, что

процессы роста тока и спада напряжения на промежутке можно разделить на два

периода: быстрый и медленный. Это соответствует экспериментальным результа-

там [1]. Такой ход характеристик коммутации и кривых тока затягивает область

перехода фронта к вершине импульса. Поэтому для определения фронта импульса

удобнее пользоваться формулой (4).

17. Месяц Г.А.

258

Глава

14.

Генераторы

газоразрядными коммутаторами

>,0753т

А=50

О 20 40 60 80 100

Рис.

14.2.

Зависимости относительной величины тока на нагрузке х

(а)

и относительной вели-

чины напряжения на промежутке у в период коммутации (б) от нормированного времени т

В диапазоне 0 < А < 25 длительность фронта импульса определяется из при-

ближенной формулы:

/ф

= /«+ (14.5)

где /

- время коммутации, определенное по формуле (4). В этой формуле пер-

вый член определяется условиями в искровом промежутке, а второй - парамет-

рами К и Ь разрядного контура. Из формулы следует, что если пренебречь влия-

нием постоянной времени разрядного контура, то длительность фронта импульса

/ф

рс1

/11$.

Как мы уже упоминали, при постоянном напряжении пробоя про-

межутка Щ согласно закону Пашена величина

р<1

= сопз1, т.е.

(ф

\/р.

Кроме то-

го, из формулы (5) следует, что при весьма высоком давлении газа уменьшение

длительности фронта импульса ограничивается постоянной времени контура ЫК.

Следует обратить внимание на одну особенность характеристик коммутации,

рассчитанных из уравнения (1) (рис. 2, б). При А = 0-К25 кривые спада напряжения

на промежутке лежат близко одна к другой, поэтому характеристику коммутации

можно описать одной кривой, например экспонентой

= 17

ехр

(-а

/).

Как пока-

зано в работе [1],

(14.6)

РЛ

Зависимость

/11

=ехр(-0,075аЩ1/рс1

)

приведена на рис. 2, б.

Вывод о том, что для газоразрядного коммутатора длительность фронта им-

пульса определяется простым суммированием времени коммутации и постоянной

§14.2

Генератор

накопительной линией

259

времени разрядного контура

ЫК,

сделанный в [1], был позже подтвержден Марти-

ном [5] для твердотельного и жидкостного коммутаторов.

Проанализируем еще одну возможность определения крутизны фронта им-

пульса при А

О, которая следует непосредственно из уравнения (1). Из рис. 2, а

видно, что в области максимальной крутизны фронта зависимость х(т) близка к

прямолинейной. Поэтому для определения максимальной крутизны кривой х(т)

достаточно только приближенно найти то значение тока, при котором крутизна

принимает максимальное значение. В частности, можно принять, что в некотором

диапазоне величин А максимальная крутизна фронта тока и напряжения достигает-

ся при х = 1/4, (как и при А = 0). Исходя из этих соображений, в [1] получено сле-

дующее выражение для максимальной крутизны фронта импульса напряжения:

ЛЛ _ 27 аЩ

аг )

256 ра

где

Г(А),

(14.7)

1-(2

Ьф/3)/Узу 27.

ф = агс8

Ь^. (14.8)

Ас ^ 128

Проверка справедливости допущений, принятых при выводе формулы (7), показы-

вает, что при А

<10

расхождение не превышает 5%.

Теперь рассмотрим особенности работы генераторов с разрядом линии на на-

грузку через газоразрядный коммутатор. Из них простейшим является генератор,

разработанный Флетчером [6] (рис. 3). Генератор имеет трехэлектродный искровой

разрядник. Пространство разрядника заполнено азотом под давлением 40 атм.

Конденсатор подключается к электродам разрядника, как показано на эквивалент-

ной схеме (рис. 3, б). Здесь 2

- волновое сопротивление кабелей Л\ и

\ С

емкость корректирующего конденсатора. При помощи этого генератора получают

импульсы напряжения с амплитудой до 20 кВ при длительности фронта 0,4-10"

с.

Длительность импульса определяется длиной формирующего кабеля и составляет

(2-3)-10

-9

с.

Особенностью этого генератора является корректирующая емкость С

, которая

подключается параллельно накопительному кабелю и встраивается в разрядник

(рис. 3, б). При оптимальном подборе емкости С

фронт импульса в генераторе

можно увеличить в два раза. Подробный анализ этого эффекта дан Месяцем [3].

сЩШШЛ

Рис. 14.3. Генератор с емкостным обострителем. а - схема; 1 - импульс от запускающего

генератора, 2 - корректирующий высокочастотный конденсатор, 3 - выход, б - эквивалент-

ная схема разрядного устройства

17*