Безруков М Ю, Горбачов К В, Ісаєнко Ю І, Нестеров Е В, Михайлов В М, Петров В Ю, Плаксина С Д, Рощупкин С А, Семенов Ю В, Строганов В А Інститут теплофізики екстремальних станів Обєднаного інституту високих температур РАН Ижорская 13/19, Москва, 125412, Росія Тел: (095) 484-18-77, e-mail: nst@ihedrasru

Анотація – У доповіді описаний компактний генератор електромагнітних імпульсів на основі джерела високої напруги до 320 кВ з регульованою частотою проходження імпульсів від одноразових режимів до 40 Гц Як навантаження використаний випромінювач типу вібратора Герца

I                                       Введення

Для різних додатків, зокрема, для дослідження проблем електромагнітної сумісності, потрібні компактні автономні джерела електромагнітних імпульсів, що працюють в одноразових та частотних режимах У даній роботі представлені результати розробки і випробувань такого джерела, що базується на вьюоковольтном імпульсному трансформаторі з регульованою напругою до 320 кВ і з регульованою частотою проходження імпульсів від одноразових режимів до 40 Гц Як навантаження трансформатора використаний дипольний випромінювач типу вібратора Герца Дана робота була виконана в розвиток результатів, отриманих в [1]

II Схема і опис установки

Структурна схема автономного імпульсночастотного джерела показана на рис1 У даній схемі є два ступені перетворення напруги У першій щаблі використаний двотактний перетворювач, який живиться від акумуляторної батареї з електроємністю 2,3 А ч Первинна двосекційна обмотка трансформатора перетворювача, зібраного на феррите і комутується транзисторами MOSFET Транзистори управляються блоком електроніки, частота комутації 15 кГц Вихід перетворювача після випрямляча (на схемі не показаний) навантажений на ємнісний накопичувач, який після досягнення заданого рівня напруги на ньому в межах 5-10 кВ комутується на первинну обмотку резонансного трансформатора керованим разрядником

Рис 1 Структурна схема автономного імпульсно-частотного джерела

Fig 1 Structure chart of autonomous pulse-repetitive source

Ємнісний накопичувач має ємність 66,1 нФ і зібраний з конденсаторів типу КВІ-3, які володіють кращими частотними властивостями з доступних нам конденсаторів

Рівень напруги на ємнісному накопичувачі стабілізується блоком електроніки, які отримують сигнал по ланцюгу зворотного звязку, утвореної високоомним резистором R Після досягнення заданого рівня напруги блок електроніки виробляє сигнал запуску розрядника (тф = 0,5 мкс, Umax =

7 кВ) з регульованою затримкою в часі, чим забезпечується регулювання частоти проходження імпульсів

Максимальна частота проходження імпульсів визначається швидкістю зарядки ємнісного накопичувача, яка, в свою чергу, визначається потужністю, развиваемой акумуляторною батареєю, потужністю і ккд перетворювача У нашому випадку при вибраних параметрах акумуляторів і перетворювача максимальна частота проходження становила 40 Гц, при цьому середня потужність була 132 Вт

Для полегшення умов деионизации зазору іскрового розрядника блок електроніки забезпечував безтоковую паузу ~ 1 мс між двома послідовними імпульсами зарядного напруги

Другий ступінь перетворювача напруги від 10 кВ до 300 кВ виконана на основі резонансного трансформатора, коефіцієнт звязку між первинною і вторинною обмотками якого близький до 0,6

При розрахунку і конструюванні трансформатора були враховані паразитні ємності між первинною і вторинною обмотками, паразитні індуктивності первинного контуру, вкпючая індуктивність ємнісного накопичувача В якості основної ізоляції використовувалося трансформаторне масло

Рис 2 Загальний вигляд

Fig 2 Appearance of the device

Форма вихідної напруги відрізняється від класичної форми напруги трансформатора Тесла [1] при коефіцієнті звязку обмоток, рівному 0,6 Ця відмінність пояснюється більш вьюокім коефіцієнтом звязку, отриманому в реальної конструкції При цьому характеристика передачі енергії трансформатором кілька погіршується, і в даному випадку вона склала 0,78

Запуск схеми здійснюється з пульта дистанційного керування через оптичний кабель довжиною до 50 м

На рис2 показаний зовнішній вигляд пристрою, до складу якого ВХОДИТЬ випромінювальний пристрій Габаритні розміри: діаметр ізоляційної труби 160 мм, повна висота 670 мм Без навантажувального пристрою висота високовольтного трансформатора становить 320 мм

III Результати експериментів

На даній стадії роботи в якості навантаження трансформатора використовувався випромінювач типу вібратора Герца, підключений через загострюючий газонаповнений розрядник високого тиску Рівень спрацювання розрядника 250 кВ ± 10% Осцилограми напруженості електричного поля на відстані 10 м від пристрою показані на рісЗ Величина напруженості поля на 9 м від джерела склала 9 кВ / м На цій же осцилограмі представлений спектр випромінювання

Рис 3 Осцилограми напруженості електричного поля (верхній промінь) і спектру випромінювання (нижній промінь)

Fig 3 Waveforms of electric field intensity (upper curve) and radiation spectrum (lower curve)

IV                                   Висновок

Bo час випробувань створене пристрій продемонстрував надійну роботу Подальше поліпшення характеристик джерела для збільшення коефіцієнта корисної дії можливо шляхом оптимізації конструкції резонансного трансформатора Також можливе збільшення середнього рівня ПОТУЖНОСТІ за рахунок збільшення частоти проходження імпульсів Використовуваний нами коммутирующий розрядник дозволяє отримати підвищені частоти комутації аж до 200Гц

V                            Список літератури

[1] м Ю Безруков, К В Горбачов, В М Михайлов,

Є В Нестеров, В Ю Петров, С Д Плаксина,

С А Ращупкин, В А Строганов Генератор електромагнітних імпульсів Праці 13 Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», Севастополь, Вебер, 2003, с601-603

COMPACT AUTONOMOUS REPETITIVELY PULSED OSCILLATOR

Bezroukov M Yu, Gorbachev K V, Isaenkov Yu I, Nesterov E V, Mikhailov V IVI, Petrov V Yu, Plaksina S D, Roschoupkin S A,

Semenov Yu V, Stroganov V A

Institute for High Energy Density Associated Institute for High Temperatures RAS 13/19 Izhorskaya str, Moscow, 125412, Russia Ph: (495)484-1877, e-mail: nst@ihed ras ru

Abstract – Described in this paper is a compact pulsed oscillator powered by high voltage source for up to 320 kV with pulse repetition frequency control from single-pulse mode up to 40 Hz Radiator of Hertz dipole type was used as a load

I                                         Introduction

For different applications like, in particular, electromagnetic compatibility problems, there is a demand for compact autonomous high-voltage sources which can operate both in singlepulse mode and in pulse-repetition mode In the given paper results of design and tests of voltage-controlled source (up to 320 kV) with pulse repetition frequency ranged from single-pulse mode up to 40 Hz are presented This work continues the research described earlier in [1]

II                                        Main Part

structure chart of autonomous pulse-repetitive source is given in fig1 There are two stages of voltage conversion in the scheme In the first stage we use push-pull converter powered by rechargeable battery with power capacity of 23 Ah Output current from the converter is rectified and delivered to the capacitive storage with operating voltage of 5-10 kV Voltage level of capacitive storage is controlled by electronic unit which was also used for pulse repetition frequency adjustment

Maximum pulse-repetition rate is determined by charge rate of capacitive storage which, in its turn, depends on the power of accumulator battery and converter properties For the battery and converter we have achieved maximum pulse repetition frequency of 40 Hz and average power in the pulse of 132 W

The second stage of voltage converter was used for voltage flip from 10 kV to 300 kV It was designed on the basis of resonance transformer with coupling constant of primary and secondary windings close to 06

Fig2 shows appearance of the device with radiating unit Overall dimensions are: diameter of insulation pipe of 160 mm, total height of 670 mm The height of high-voltage transformer without load is 320 mm

At the current stage we have applied radiating element of Hertz dipole type connected through peaking gas-filled spark- gap switch Switch discharge voltage is 250 kV +10 % Waveforms of electric field intensity at the distance of 10 m apart from the device are given in fig3 Electric field intensity at the distance of 9 m from the source was 9 kV/m Radiation spectrum is presented in the same figure

III                                       Conclusion

The device designed has demonstrated a reliable operation during the trials The further increase in the source properties for better efficiency is possible by improving of resonance transformer design Average power level can also be increased provided increased pulse repetition frequency Spark-gap switch used makes possible rising in switching frequency of up to 200 Hz

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р