Техника высоких напряжений

Предельные электрические поля Воздух – 30 кВ/см Вакуум – кВ/см Поверхность – 3 кВ/см Высокое напряжение используется для ускорения частиц (электронов или ионов) Для получения больших токов необходимо получение электрического поля большой напряженности -закон Чайлда-Ленгмюра

Пути повышения рабочего напряжения Полировка поверхности изоляторов Увеличение длины поверхности изоляторов Уменьшение напряженности поля вдоль изолятора Уменьшение электрического поля в тройных точках (металл- диэлектрик-вакуум) Ограничение по пробою по поверхности

Пути повышения рабочего напряжения Экранирование областей повышенного поля Применение газовой или масляной изоляции Ограничение по пробою в воздухе Элегаз (1 атм) – 90 кВ/см – сосуды под давлением Масло (1 атм) – 250 кВ/см – горючая жидкость

Пути повышения рабочего напряжения Экранирование областей повышенного поля Полировка поверхности электродов Тренировка зазоров (ограничение мощности в пробое) Ограничение по пробою в вакууме

Особенности конструирования ускорительных трубок Экранирование областей повышенного поля Снижение поля в тройных точках Защита поверхности изоляторов Принудительный разнос потенциала

Получение высоких напряжений Генератор Ван де Графа Напряжение – до 25 МВ

Получение высоких напряжений Трансформаторы U, f ~ N*U m Эквивалентная схема трансформатора R п1 L п1 M R п2 /k 2 L п2 /k 2

Использование напряжения повышенной частоты (20 кГц) Опасность резонансов LpLp L CрCр ~U 0 C UсUс

Секционирование вторичной обмотки А.А. Бабкин, П.В. Быков, Г.С. Крайнов, Г.И. Сильвестров, В.В. Широков Высокочастотный компактный генератор ускоряющего напряжения на 500 кВ. Атомная энергия, том 93, вып. 6, декабрь 2002, стр. 471 Изоляция – элегаз (SF 6 ) Использование напряжения повышенной частоты (20 кГц)

Каскадный генератор Схема Кокрофта-Уолтона

Каскадный генератор Динамитрон

Трансформатор Тесла L RнRн K C

Генераторы импульсных напряжений Схема Аркадьева - Маркса Недостатки -Разрядники в цепи конденсаторов (влияние индуктивности) -Надежность разрядников

Генераторы импульсных напряжений Схема Фитча -Разрядники вне основной цепи конденсаторов -Полное число разрядников n/2+1 UзUз RнRн UзUз UзUз UзUз 0 0 0

Генераторы импульсных напряжений Схема Фитча -Разрядники вне основной цепи конденсаторов -Полное число разрядников n/2+1 UзUз RнRн 5Uз5Uз 3Uз3Uз UзUз 2Uз2Uз 4Uз4Uз 6Uз6Uз

Генераторы импульсных напряжений

Формирующие линии Получение прямоугольного импульса C L RнRн

Формирующие линии Линия с распределенными параметрами RнRн Мощность на нагрузке l d h Кабель Ом Водяная линия – 0,5 – 5 Ом

Формирующие линии Двойная формирующая линия RнRн Кабельный трансформатор RнRн Спиральный генератор

LTD – linear transformer driver Томск, Институт сильноточной электроники Ячейка – конденсатор + разрядник с низкой индуктивностью 100 кВ, 25 кА Параллельное и последовательное объединение ячеек – 6 МВ, 60 МА

Коммутаторы Полупроводниковые -тиристоры Время включения мкс, dI/dt ~ 1кА/мкс -оптотиристоры (совместно с Nd лазером) нс, 10 кВ -IGBT транзистор 1200 В, 80 А, ~1 мкс

Коммутаторы -тиратрон 50 кВ, 5 кА, 50 нс требуется накал не допускается обратный ток

Коммутаторы -Псевдоискровой разрядник кВ, 5-50 кА, А/с не требуется накал

Коммутаторы Игнитрон 25 кВ, 100 кА, 1 мкс

Коммутаторы -Разрядники t~1 нс, I~100 кА, U кВ Для повышения электрической прочности заполняются газом при высоком давлении

Коммутаторы Многозазорные разрядники