RU2014730C1

RU2014730C1 - Pulse current generator

Info

Publication number: RU2014730C1
Authority: RU
Inventors: С.П. Борткевич
Original assignee: Институт импульсных процессов и технологий АН Украины
Priority date: 1990-06-05
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: high-voltage pulse equipment. SUBSTANCE: pulse current generator includes capacitor bank 1, load 3, multichannel discharger 2 incorporating two main electrodes 6, 7 provided with auxiliary electrodes 8, 9 forming parallel spark gaps. Auxiliary electrodes 9 are connected with the aid of chokes 10 with reciprocal inductive couplings to main electrode 6. Circuit composed of auxiliary controlled discharger 11 coupled to anode of multichannel discharger 2, current-limiting element, for instance in the form of supplementary choke 12, connected in series is linked in parallel to discharger. Ignition device is manufactured in the form of generator of pulse voltages in compliance with Marx diagram. EFFECT: improved operational characteristics. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в электрогидравлических установках различного назначения, а также других устройствах, использующих разряд предварительно заряженного конденсатора на нагрузку. The invention relates to high-voltage pulse technology and can be used in electro-hydraulic installations for various purposes, as well as other devices using a discharge of a pre-charged capacitor to the load.

Известен генератор импульсных токов (ГИТ) для электрогидравлических установок, содержащий высоковольтный источник постоянного напряжения, подключенный к накопительному конденсатору, к которому через коммутационный разрядник подключена нагрузка, представляющая собой разрядный промежуток в воде (авт. св. N 1173525, кл. Н 03 К 3/53). Недостатком этого устройства является низкая надежность, связанная с малым ресурсом разрядника при коммутации импульсных токов в сотни килоампер. Known pulse current generator (GIT) for electro-hydraulic installations, containing a high-voltage source of constant voltage connected to a storage capacitor to which a load is connected via a switching arrester, representing a discharge gap in water (ed. St. N 1173525, class N 03 K 3 / 53). The disadvantage of this device is the low reliability associated with the small resource of the arrester when switching pulse currents of hundreds of kiloamperes.

Широко известны также разрядники, применяемые в генераторах больших импульсных токов, в которых с целью повышения пропускной способности по току используется многоканальная коммутация. Widely known are arresters used in generators of high pulsed currents, in which multichannel switching is used to increase the current throughput.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является ГИТ, содержащий конденсаторную батарею, нагрузку, устройство поджига, многоканальный разрядник, один из основных электродов которого снабжен вспомогательными электродами, соединенными с основным электродом с помощью дросселей со взаимными индуктивными связями, а второй основной электрод выполнен с отверстиями, в которых установлены поджигающие электроды (авт. св. N 987735, кл. Н 01 Т 3/00). The closest in technical essence to the proposed solution is a GIT containing a capacitor bank, a load, an ignition device, a multi-channel spark gap, one of the main electrodes of which is equipped with auxiliary electrodes connected to the main electrode by means of chokes with mutual inductive coupling, and the second main electrode is made with holes in which the ignition electrodes are installed (ed. St. N 987735, class N 01 T 3/00).

Недостатками известного устройства являются низкая надежность его работы и малый ресурс разрядника, связанные с низкой надежностью многоканального срабатывания и высокой неравномерностью распределения тока по каналам при использовании в качестве нагрузки искрового промежутка в воде. Кроме того, необходимость введения поджигающих электродов соответственно числу формируемых каналов существенно усложняет конструкцию и также является фактором, ограничивающим ресурс разрядника. The disadvantages of the known device are the low reliability of its operation and the low resource of the spark gap associated with low reliability of multi-channel operation and high uneven distribution of current through the channels when using a spark gap in water as a load. In addition, the need to introduce ignition electrodes according to the number of formed channels significantly complicates the design and is also a factor limiting the life of the spark gap.

Низкая надежность многоканального срабатывания разрядника при работе на подводный искровой промежуток связана с наличием паузы (так называемой, предпробойной стадии) между пробоем первого из параллельных искровых промежутков в разряднике и пробоем искрового промежутка в нагрузке, достигающей для неинициируемых подводных промежутков величины порядка 10^-4 -10^-3 с. В течение предпробойной стадии подводный искровой промежуток характеризуется сравнительно активным сопротивлением, порядка 10²-10³ Ом. После пробоя подводного искрового промежутка происходит быстрое снижение его активного сопротивления до величины порядка 10^-1 Ом.The low reliability of the multi-channel operation of the arrester during operation on the underwater spark gap is associated with the presence of a pause (the so-called pre-breakdown stage) between the breakdown of the first of the parallel spark gaps in the spark gap and the breakdown of the spark gap in the load, reaching values of the order of 10 ^-4 -10 for uninitiated underwater gaps ^-3 sec During the pre-breakdown stage, the underwater spark gap is characterized by a relatively active resistance, of the order of 10 ² -10 ³ Ohms. After the breakdown of the underwater spark gap, its active resistance rapidly decreases to a value of the order of 10 ^-1 Ohm.

В условиях работы на такую существенно нелинейную нагрузку после пробоя первого из искровых промежутков многоканального разрядника практически полное напряжение конденсаторной батареи падает на нагрузку, имеющую в предпробойный период высокое сопротивление, значительно превышающее реактивное сопротивление дросселя. Напряжение между основными электродами становится близким к нулю, поэтому формирования разряда в остальных промежутках не будет. Если же, в силу каких-либо причин, например, за счет увеличения мощности импульса управления или при работе вблизи статического пробивного напряжения разрядника, в момент подачи пускового импульса на поджигающие электроды пробивается несколько параллельных промежутков, то поддержать их в проводящем состоянии в течение всей предпробойной стадии невозможно. Это связано с отсутствием эффекта выравнивания скоростей нарастания тока по каналам в условиях апериодического характера разряда конденсаторной батареи на непробитый подводный промежуток, вследствие чего, к концу предпробойной стадии остается лишь один проводящий канал. Under operating conditions for such a substantially nonlinear load, after the breakdown of the first of the spark gaps of a multichannel spark gap, the almost full voltage of the capacitor bank drops to a load that has a high resistance in the pre-breakdown period, significantly exceeding the reactance of the inductor. The voltage between the main electrodes becomes close to zero, so there will be no discharge formation in the remaining gaps. If, for any reason, for example, due to an increase in the power of the control pulse or when working near the static breakdown voltage of the arrester, several parallel gaps break through at the time of the start-up pulse to the ignition electrodes, then maintain them in a conductive state throughout the entire prebreakdown stage is impossible. This is due to the absence of the effect of equalizing the current rise rates along the channels under the aperiodic nature of the discharge of the capacitor bank into the unbroken underwater gap, and as a result, only one conducting channel remains at the end of the prebreakdown stage.

После пробоя водного искрового промежутка необходимым условием формирования разряда в других промежутках разрядника является сохранение достаточно большого искажения электрического поля в них за счет пускового импульса в течение всей предпробойной стадии. Это требует значительного увеличения мощности устройства поджига с тем, чтобы разряд, с одной стороны, не прекратился за время длительной предпробойной стадии, а с другой стороны, оставался достаточно мощным. Однако, даже при выполнении этих трудно реализуемых требований условия для формирования разряда в оставшихся непробитыми искровых промежутках оказываются неблагоприятными, что связано с ограничением создаваемого только за счет величины напряжения на конденсаторной батарее перенапряжения в промежутках, которое быстро снижается по мере формирования параллельных искровых каналов. Кроме того, первый из образовавшихся искровых каналов к концу предпробойной стадии оказывается настолько развившимся, а соответствующий дроссель (при использовании ферромагнитных сердечников) - насыщенным, что получить стабильную равномерность распределения тока по каналам - практически невозможно. After the breakdown of the water spark gap, a necessary condition for the formation of a discharge in other gaps of the spark gap is the preservation of a sufficiently large distortion of the electric field in them due to the starting pulse throughout the entire prebreakdown stage. This requires a significant increase in the power of the ignition device so that the discharge, on the one hand, does not stop during the long pre-breakdown stage, and on the other hand, remains sufficiently powerful. However, even when these difficultly fulfilled requirements are met, the conditions for the formation of a discharge in the remaining unbroken spark gaps turn out to be unfavorable, due to the limitation of the overvoltage generated by the capacitor bank only in the gaps, which rapidly decreases as parallel spark channels form. In addition, the first of the formed spark channels at the end of the prebreakdown stage is so developed, and the corresponding inductor (when using ferromagnetic cores) is saturated so that it is almost impossible to obtain a stable uniform distribution of current across the channels.

Цель изобретения - повышение надежности работы ГИТ при использовании в качестве нагрузки искрового промежутка в воде, упрощение конструкции и увеличение ресурса управляемого многоканального разрядника. The purpose of the invention is to increase the reliability of GIT when using a spark gap in water as a load, simplify the design and increase the life of a controlled multi-channel spark gap.

Поставленная цель достигается тем, что в известном ГИТ, содержащем конденсаторную батарею, нагрузку, управляемый многоканальный разрядник, по крайней мере, один из основных электродов которого снабжен вспомогательными электродами, соединенными с основным электродом с помощью дросселей со взаимными индуктивными связями, и устройство поджига, например, в виде многоступенчатого генератора импульсных напряжений (ГИН), выполненного по схеме Аркадьева-Маркса, в одной из крайних ступеней которого установлен управляемый запускающий разрядник, согласно данному изобретению, параллельно многоканальному разряднику включена цепь, состоящая из последовательно соединенных вспомогательного управляемого разрядника, подключенного к аноду многоканального разрядника, и токоограничивающего элемента, например, в виде дополнительного дросселя, индуктивность которого выбрана из соотношения
L<<L_доп<< L ≪ L_доп≪

, где L - индуктивность дросселей многоканального разрядника;
R - активное сопротивление водного промежутка в непробитом состоянии;
С - емкость конденсаторной батареи, при этом высокопотенциальный выход устройства поджига подключен к точке соединения вспомогательного разрядника и токоограничивающего элемента, низкопотенциальный выход устройства поджига подключен к катоду многоканального разрядника, к которому через резистор подключен также управляющий электрод запускающего разрядника, установленного в крайней ступени генератора импульсных напряжений, подключенной к точке соединения вспомогательного разрядника и токоограничивающего элемента, причем один из межэлектродных промежутков запускающего разрядника зашунтирован конденсатором, а параллельные искровые промежутки многоканального разрядника образованы каждым из вспомогательных электродов одного основного электрода с другим основным электродом или попарно с каждым из вспомогательных электродов другого основного электрода разрядника.This goal is achieved by the fact that in the well-known GIT containing a capacitor bank, the load is controlled by a multi-channel spark gap, at least one of the main electrodes of which is equipped with auxiliary electrodes connected to the main electrode by means of chokes with mutual inductive coupling, and an ignition device, for example , in the form of a multi-stage pulse voltage generator (GIN), made according to the Arkadyev-Marx scheme, in one of the extreme stages of which a controlled triggering discharge is installed to, according to this invention, in parallel with the multichannel arrester a circuit is connected consisting of a series-connected auxiliary controlled arrester connected to the anode of the multichannel arrester and a current-limiting element, for example, in the form of an additional inductor, the inductance of which is selected from the relation
L << L _extra << L ≪ L _extra ≪

where L is the inductance of the chokes of a multichannel arrester;
R is the resistance of the water gap in an unbreakable state;
C is the capacitance of the capacitor bank, while the high-potential output of the ignition device is connected to the junction point of the auxiliary arrester and the current-limiting element, the low-potential output of the ignition device is connected to the cathode of the multichannel arrester, to which the control electrode of the starting arrester installed in the extreme stage of the pulse voltage generator is connected via a resistor connected to the connection point of the auxiliary arrester and current-limiting element, and one of ezhelektrodnyh intervals triggering arrester shunted capacitor and spark gaps parallel multi-channel spark gap formed by each of the auxiliary electrodes one main electrode to the other main electrode or in pairs with each of the auxiliary electrodes other main electrode of the arrester.

Первым существенным отличием устройства является цепь, включенная параллельно многоканальному разряднику, состоящая из последовательно соединенных вспомогательного управляемого разрядника и дополнительного дросселя, напряжение с которого через резистор подается на один из промежутков управляемого запускающего разрядника ГИН. Благодаря наличию этой цепи, с одной стороны-производится подача напряжения конденсаторной батареи на нагрузку без возникновения пробоя искровых промежутков многоканального разрядника, с другой стороны - осуществляется запуск устройства поджига в требуемый момент времени, а именно, в момент пробоя подводного искрового промежутка в нагрузке. В результате достигается идентичность условий развития всех образующихся каналов в параллельных искровых промежутках разрядника, способствующая равномерному распределению в них разрядного тока. The first significant difference of the device is a circuit connected in parallel with a multichannel arrester, consisting of a series-connected auxiliary controlled arrester and an additional inductor, the voltage from which is supplied through a resistor to one of the gaps of the controlled starting spark gap of the GIN. Due to the presence of this circuit, on the one hand, the voltage of the capacitor bank is supplied to the load without breakdown of the spark gaps of the multichannel spark gap, on the other hand, the ignition device is started at the required time, namely, at the time of the breakdown of the underwater spark gap in the load. As a result, the development conditions of all the formed channels in the parallel spark gap of the arrester are identical, which contributes to a uniform distribution of the discharge current in them.

Вторым существенным отличием является подключение выходов устройства поджига: высокопотенциального - к точке соединения вспомогательного управляемого разрядника и дополнительного дросселя, низкопотенциального - к катоду многоканального разрядника. Такое подключение устройства поджига позволяет сформировать каналы разряда в параллельных искровых промежутках многоканального разрядника только за счет высоковольтного импульса поджига независимо от величины рабочего напряжения ГИТ. The second significant difference is the connection of the ignition device outputs: high-potential - to the connection point of the auxiliary controlled arrester and additional choke, low-potential - to the cathode of the multi-channel arrester. Such connection of the ignition device allows the formation of discharge channels in parallel spark gaps of the multichannel spark gap only due to the high-voltage ignition pulse, regardless of the magnitude of the GIT operating voltage.

Третьим существенным отличием предлагаемого устройства является то, что параллельные искровые промежутки многоканального разрядника образованы каждым из вспомогательных электродов одного основного электрода с другим основным электродом или попарно с каждым из вспомогательных электродов другого основного электрода разрядника. Благодаря этому существенно упрощается конструкция разрядника за счет устранения необходимости использования поджигающих электродов, присущих всем известным конструктивным решениям многоканальных разрядников. The third significant difference of the proposed device is that the parallel spark gaps of the multichannel arrester are formed by each of the auxiliary electrodes of one main electrode with another main electrode or in pairs with each of the auxiliary electrodes of the other main electrode of the arrester. This greatly simplifies the design of the arrester by eliminating the need to use ignition electrodes inherent in all known design solutions of multichannel arrester.

На фиг. 1 представлена электрическая схема генератора импульсных токов; на фиг. 2 - временные диаграммы тока и напряжения на элементах схемы:
а) напряжение на конденсаторной батарее;
б) напряжение на дополнительном дросселе;
в) напряжение на конденсаторе, шунтирующем один из межэлектродных промежутков запускающего разрядника ГИН;
г) ток в разрядном контуре.In FIG. 1 shows an electrical diagram of a pulsed current generator; in FIG. 2 - time diagrams of current and voltage on circuit elements:
a) voltage on the capacitor bank;
b) voltage at the additional inductor;
c) voltage across the capacitor, shunting one of the interelectrode gaps of the starting spark gap of the GIN;
d) current in the discharge circuit.

Предлагаемое устройство состоит из конденсаторной батареи 1, многоканального разрядника 2, нагрузки 3 в виде искрового промежутка в воде, устройства поджига 4 в виде многоступенчатого ГИН, выполненного по схеме Аркадьева-Маркса, в одной из крайних ступеней которого установлен управляемый запускающий разрядник 5. The proposed device consists of a capacitor bank 1, a multi-channel spark gap 2, a load 3 in the form of a spark gap in water, an ignition device 4 in the form of a multi-stage GIN, made according to the Arkadyev-Marx scheme, in one of the extreme stages of which a controlled triggering spark gap 5 is installed.

Многоканальный разрядник 2 содержит два основных электрода 6 и 7, снабженных вспомогательными электродами 8 и 9, образующими параллельные искровые промежутки. Вспомогательные электроды 9 соединены с основным электродом 6 с помощью дросселей 10 со взаимными индуктивными связями, которые реализуются любым из известных способов. Multichannel spark gap 2 contains two main electrodes 6 and 7, equipped with auxiliary electrodes 8 and 9, forming parallel spark gaps. Auxiliary electrodes 9 are connected to the main electrode 6 using chokes 10 with mutual inductive coupling, which are implemented by any of the known methods.

Параллельно многоканальному разряднику 2 включена цепь, состоящая из последовательно соединенных вспомогательного разрядника 11, подключенного к аноду 6 многоканального разрядника 2, и токоограничивающего элемента, например, в виде дополнительного дросселя 12. В качестве токоограничивающего элемента может использоваться также резистор, либо сочетание резистор-дроссель, причем сопротивление резистора должно быть значительно меньше сопротивления непробитого подводного промежутка в нагрузке 3. К точке соединения разрядника 11 и дросселя 12 подключен высокопотенциальный выход устройства поджига 4, а его низкопотенциальный выход подключен к катоду 7 многоканального разрядника 2. К катоду 7 подключен также управляющий электрод запускающего разрядника 5, установленного в крайней ступени генератора импульсных напряжений 4, подключенной к точке соединения вспомогательного разрядника 11 и дополнительного дросселя 12. Один из межэлектродных промежутков запускающего разрядника 5, например, (фиг. 1) зашунтирован конденсатором 14. Питание устройства поджига 4 осуществляется от отдельного источника 15 или от источника зарядки конденсаторной батареи 1 через зарядный резистор (на чертеже не показаны). Запуск вспомогательного управляемого разрядника 11 осуществляется от генератора пусковых импульсов 16. In parallel with the multi-channel arrester 2, a circuit is connected consisting of a series-connected auxiliary arrester 11 connected to the anode 6 of the multi-channel arrester 2 and a current-limiting element, for example, in the form of an additional reactor 12. A resistor, or a combination of resistor-inductor, can also be used as a current-limiting element moreover, the resistance of the resistor should be significantly less than the resistance of the unbroken underwater gap in the load 3. To the connection point of the spark gap 11 and inductor 1 2, the high-potential output of the ignition device 4 is connected, and its low-potential output is connected to the cathode 7 of the multi-channel spark gap 2. The control electrode of the triggering spark gap 5, which is installed in the extreme stage of the pulse voltage generator 4 connected to the connection point of the auxiliary spark gap 11 and the additional reactor, is also connected to the cathode 7 12. One of the interelectrode gaps of the starting spark gap 5, for example, (Fig. 1) is shunted by the capacitor 14. The ignition device 4 is powered from a separate th source 15 or from source charging the capacitor bank 1 via the charging resistor (not shown). The launch of the auxiliary controlled spark gap 11 is carried out from the trigger pulse generator 16.

Генератор импульсных токов работает следующим образом. Происходит зарядка конденсаторной батареи 1 до рабочего напряжения U_о. Одновременно конденсаторы устройства поджига 4 заряжаются до напряжения источника питания 15. Полярность зарядки конденсаторной батареи 1 и конденсаторов устройства поджига 4 указана на фиг. 1. После подачи от генератора пусковых импульсов 16 высоковольтного импульса управления на управляющий электрод вспомогательного разрядника 11 (момент времени t_о), последний пробивается, и напряжение конденсаторной батареи 1 через вспомогательный разрядник 11 и дополнительный дроссель 12 прикладывается к нагрузке 3. Так как активное сопротивление дополнительного дросселя 12 намного меньше активного сопротивления подводного промежутка нагрузки 3 в непробитом состоянии, то дроссель 12 практически не оказывает влияния на условия пробоя подводного искрового промежутка.The pulse current generator operates as follows. The charging of the capacitor bank 1 to the operating voltage U _about . At the same time, the capacitors of the ignition device 4 are charged to the voltage of the power source 15. The charging polarity of the capacitor bank 1 and the capacitors of the ignition device 4 is shown in FIG. 1. After applying a high-voltage control pulse from the start-up pulse generator 16 to the control electrode of the auxiliary spark gap 11 (time moment t _о ), the latter breaks through and the voltage of the capacitor bank 1 is applied to load 3 through the auxiliary spark gap 11 and additional inductor 12. Since the active resistance additional throttle 12 is much less than the active resistance of the underwater gap of the load 3 in the unbroken state, the throttle 12 has virtually no effect on the conditions of breakdown Nogo spark gap.

Индуктивность дросселя 12 выбрана из условия
L<<L_доп<< L ≪ L_доп≪

, где L - индуктивность дросселей многоканального разрядника;
R - активное сопротивление водного промежутка в непробитом состоянии;
С - емкость конденсаторной батареи.The inductance of the inductor 12 is selected from the condition
L << L _extra << L ≪ L _extra ≪

where L is the inductance of the chokes of a multichannel arrester;
R is the resistance of the water gap in an unbreakable state;
C is the capacitance of a capacitor bank.

Такой выбор обеспечивает, во-первых, апериодический характер разряда конденсаторной батареи 1 через вспомогательный разрядник 11 и дополнительный дроссель 12 на нагрузку 3 до момента пробоя подводного искрового промежутка в нагрузке 3; во-вторых, быстрый спад напряжения на дополнительном дросселе 12 после пробоя вспомогательного разрядника 11 (фиг. 2, б, диаграмма напряжения U_др на дополнительном дросселе 12 за время предпробойной стадии t₀-t₂); в-третьих, максимальное ограничение разрядного тока через вспомогательный разрядник 11 (L<<L_доп) после пробоя многоканального разрядника 2.This choice provides, firstly, the aperiodic nature of the discharge of the capacitor bank 1 through the auxiliary discharger 11 and the additional inductor 12 to the load 3 until the breakdown of the underwater spark gap in the load 3; secondly, a rapid decrease in voltage at the additional inductor 12 after the breakdown of the auxiliary arrester 11 (Fig. 2, b, voltage diagram U _dr at the additional inductor 12 during the pre-breakdown stage t ₀ -t ₂ ); thirdly, the maximum limitation of the discharge current through the auxiliary arrester 11 (L << L _add ) after the breakdown of a multi-channel spark gap 2.

В течение интервала времени t₀-t₁, пока на вспомогательном дросселе 11 напряжение положительное, осуществляется зарядка конденсатора 14 с полярностью, указанной на фиг. 1 (фиг. 2, в, диаграмма напряжения U_с на конденсаторе 14). Скорость зарядки определяется постоянной времени цепи конденсатор 14 - резистор 13, которая выбирается таким образом, чтобы максимальная величина напряжения на конденсаторе 14, достигаемая за время t₀-t₁, в сумме с напряжением на конденсаторе в крайней ступени ГИН устройства поджига 4 не превышала электропрочности U₂ искрового промежутка анод-управляющий электрод запускающего разрядника 5. Это обеспечивает отсутствие срабатывания устройства поджига 4 в течение всей предпробойной стадии t₀-t₂.During the time interval t ₀ -t ₁ , while the voltage is positive on the auxiliary choke 11, the capacitor 14 is charged with the polarity indicated in FIG. 1 (Fig. 2, c, voltage diagram U _c on the capacitor 14). The charging speed is determined by the time constant of the circuit of the capacitor 14 - resistor 13, which is selected so that the maximum voltage across the capacitor 14, achieved during the time t ₀ -t ₁ , in total with the voltage across the capacitor in the last stage of the GIN of the ignition device 4 does not exceed the electric strength U _{2 of the} spark gap the anode-control electrode of the starting arrester 5. This ensures that the ignition device 4 is not triggered during the entire prebreakdown stage t ₀ -t ₂ .

В случае шунтировки конденсатором 14 другого межэлектродного промежутка запускающего разрядника 5 скорость его зарядки в интервале t₀-t₁ определяется постоянной времени цепи конденсатор 14 - резистор 13 - зарядный резистор в крайней ступени ГИН, содержащей разрядник 5. Величина этой постоянной времени выбирается с учетом изложенных выше соображений. Картина происходящих переходных процессов в данном варианте схемы аналогична изложенному ниже.In case of shunting by the capacitor 14 of another interelectrode gap of the triggering spark gap 5, its charging rate in the interval t ₀ -t ₁ is determined by the circuit time constant capacitor 14 — resistor 13 — charge resistor in the last stage of the GIN containing the spark gap 5. The value of this time constant is selected taking into account the above above considerations. The picture of transients in this variant of the circuit is similar to that described below.

За время предпробойной стадии в результате апериодического разряда конденсаторной батареи 1 напряжение на ней постепенно снижается (фиг. 2, а, диаграмма напряжения U_б на конденсаторной батарее 1). После пробоя подводного искрового промежутка в нагрузке 3 (момент времени t₂) практически полное напряжение U₁, оставшееся на конденсаторной батарее 1, прикладывается к дополнительному дросселю 12. Кривая изменения напряжения на нем после пробоя подводного промежутка представлена на фиг. 2, б пунктирной линией. При этом происходит зарядка конденсатора 14 до величины напряжения на дросселе 12. В момент времени t₃, когда сумма напряжений на конденсаторе в крайней ступени ГИН устройства поджига 4 и на конденсаторе 14 достигнет величины пробивного напряжения U₂ искрового промежутка анод-управляющий электрод запускающего разрядника 5, последний пробивается; последовательно срабатывают разрядники устройства поджига 4 и на входе устройства поджига 4 возникает импульс высокого напряжения. Это напряжение прикладывается к дополнительному дросселю 12 и через пробитый вспомогательный разрядник 11 - к основным электродам 6, 7 многоканального разрядника 2. Так как индуктивность дросселя 12 сравнительно велика, то дроссель 12 практически не оказывает шунтирующего действия на генерируемый устройством поджига 4 импульс высокого напряжения. Под действием высоковольтного импульса поджига происходит дозарядка паразитных емкостей между вспомогательными электродами 8, 9 или конденсаторов, шунтирующих параллельные искровые промежутки (на чертеже не показаны), которые могут быть использованы с целью уменьшения скорости спада напряжения на межэлектродных промежутках по мере формирования параллельных искровых каналов. Зарядка происходит до напряжения, определяемого электропрочностью межэлектродных промежутков разрядника 2 с учетом их времени запаздывания пробоя и скорости нарастания напряжения и достигающего величины, превышающей статическое пробивное напряжение этих промежутков.During the pre-breakdown stage, as a result of the aperiodic discharge of the capacitor bank 1, the voltage on it gradually decreases (Fig. 2, a, voltage diagram U _b on the capacitor bank 1). After the breakdown of the underwater spark gap in the load 3 (time t ₂ ), the almost total voltage U ₁ remaining on the capacitor bank 1 is applied to the additional inductor 12. The voltage variation curve across it after the breakdown of the underwater gap is shown in FIG. 2b dashed line. In this case, the capacitor 14 is charged to the voltage at the inductor 12. At time t ₃ , when the sum of the voltages on the capacitor at the last stage of the GIN of the ignition device 4 and on the capacitor 14 reaches the breakdown voltage U _{2 of the} spark gap, the anode-control electrode of the starting arrester 5 the last makes its way; the spark gaps of the ignition device 4 are successively triggered and a high voltage pulse arises at the input of the ignition device 4. This voltage is applied to the additional inductor 12 and through the punched auxiliary arrester 11 to the main electrodes 6, 7 of the multi-channel arrester 2. Since the inductance of the inductor 12 is relatively large, the inductor 12 has virtually no shunt effect on the high voltage pulse generated by the ignition device 4. Under the influence of a high-voltage ignition pulse, parasitic capacitors are recharged between auxiliary electrodes 8, 9 or capacitors shunting parallel spark gaps (not shown in the drawing), which can be used to reduce the voltage drop across the electrode gaps as parallel spark channels form. Charging occurs to a voltage determined by the electric strength of the interelectrode gaps of the spark gap 2, taking into account their breakdown delay time and voltage rise rate and reaching a value exceeding the static breakdown voltage of these gaps.

После пробоя одного из искровых промежутков между вспомогательными электродами 8, 9, на соответствующем дросселе 10 падает практически полное напряжение, генерируемое устройством поджига 4. Это напряжение трансформируется на соседние дроссели, вызывая дальнейшее увеличение перенапряжения в остальных зазорах между вспомогательными электродами 8, 9 и их последующий пробой. After the breakdown of one of the spark gaps between the auxiliary electrodes 8, 9, almost the full voltage generated by the ignition device 4 drops on the corresponding inductor 10. This voltage is transformed to adjacent chokes, causing a further increase in overvoltage in the remaining gaps between the auxiliary electrodes 8, 9 and their subsequent breakdown.

После пробоя импульсом поджига параллельных искровых промежутков многоканального разрядника 2 по ним начинает протекать колебательный ток разряда конденсаторной батареи 1 на пробитый подводный искровой промежуток в нагрузке 3 (на фиг. 2, г, диаграмма разрядного тока i_p). Вследствие малого разброса по времени пробоя параллельных искровых промежутков, условия развития в них каналов разряда идентичны. Возникающая же в силу каких-либо причин несимметрия нарастания тока по каналам устраняется за счет взаимных индуктивных связей между смежными дросселями 10, благодаря которым в дросселях, соответствующих промежуткам с меньшей скоростью нарастания тока, наводится электродвижущая сила, выравнивающая скорости нарастания тока в каждом канале. В результате достигается высокая равномерность распределения тока по каналам.After breakdown by the pulse of ignition of the parallel spark gaps of the multi-channel spark gap 2, the oscillating discharge current of the capacitor bank 1 flows through them to the punched underwater spark gap in the load 3 (Fig. 2d, diagram of the discharge current i _p ). Due to the small spread in the breakdown time of parallel spark gaps, the development conditions for the discharge channels in them are identical. The asymmetry of the current rise along the channels that arises due to any reason is eliminated due to mutual inductive connections between adjacent inductors 10, due to which an electromotive force is induced in the inductors corresponding to gaps with a lower current rise rate, equalizing the current rise rate in each channel. As a result, a high uniformity of the current distribution over the channels is achieved.

Таким образом, в предлагаемом генераторе импульсных токов, содержащем в разрядном контуре конденсаторную батарею, многоканальный разрядник и нагрузку в виде искрового промежутка в воде, обеспечивается высокая надежность работы, недостижимая при использовании любых других известных вариантов конструктивного исполнения разрядника и схем запуска. Введение цепи, подключенной параллельно многоканальному разряднику и содержащей последовательно соединенные вспомогательный управляемый разрядник и токоограничивающий элемент, например, в виде дросселя, дает возможность осуществить подачу напряжения на нагрузку и обеспечить протекание тока через нее в течение предпробойной стадии при сохранении непробитого состояния параллельных искровых промежутков многоканального разрядника до подачи на него импульса поджига. Подключение устройства поджига параллельно токоограничивающему элементу и подключение управляющего электрода запускающего разрядника ГИН, один из межэлектродных промежутков которого зашунтирован конденсатором, через резистор к катоду многоканального разрядника позволяет, с одной стороны, обеспечить отсутствие запуска устройства поджига в течение всей предпробойной стадии формирования канала разряда в воде; с другой стороны, осуществить пробой параллельных искровых промежутков многоканального разрядника в требуемый момент времени, а именно, после пробоя искрового промежутка в воде. Практически одновременное формирование высоковольтным импульсом поджига параллельных искровых каналов и идентичность условий их развития в сочетании с наличием взаимных индуктивных связей между дросселями многоканального разрядника позволяет достичь высокой равномерности распределения тока по каналам. Отсутствие управляющих электродов существенно упрощает конструкцию разрядника по сравнению с известными конструктивными решениями многоканальных разрядников и в совокупности с обеспечением надежной многоканальной коммутации и достижением высокой равномерности распределения тока по каналам способствует увеличению его ресурса и ресурса ГИТ в целом. Thus, in the proposed pulse current generator containing a capacitor bank, a multichannel arrester and a load in the form of a spark gap in water, high reliability is ensured, unattainable when using any other known design options for the arrester and start-up circuits. The introduction of a circuit connected in parallel with a multichannel arrester and containing a serially connected auxiliary controlled arrester and a current-limiting element, for example, in the form of a choke, makes it possible to supply voltage to the load and ensure the flow of current through it during the prebreakdown stage while maintaining the unbreakable state of the parallel spark gaps of the multichannel arrester before applying an ignition pulse to it. Connecting the ignition device parallel to the current-limiting element and connecting the control electrode of the starting spark gap of the GIN, one of the interelectrode gaps of which is shunted by the capacitor, through the resistor to the cathode of the multi-channel spark gap allows, on the one hand, to ensure that the ignition device does not start during the entire pre-breakdown stage of the formation of the discharge channel in water; on the other hand, to carry out the breakdown of parallel spark gaps of a multichannel spark gap at the required time, namely, after the breakdown of the spark gap in water. The almost simultaneous formation of parallel spark channels by the high-voltage pulse ignition and the identity of their development conditions in combination with the presence of mutual inductive connections between the inductors of a multi-channel spark gap allows achieving a high uniformity of the current distribution across the channels. The absence of control electrodes greatly simplifies the design of the arrester in comparison with the known design solutions of multichannel arresters and, in combination with ensuring reliable multichannel switching and achieving high uniformity of current distribution over the channels, contributes to an increase in its resource and GIT resource as a whole.

Claims

1. A PULSE CURRENT GENERATOR comprising a capacitive storage device sequentially connected in a closed circuit, a controlled multichannel arrester, a load, an ignition unit, characterized in that, in order to increase reliability during operation, a circuit from a multichannel arrester is connected to a load in the form of a spark gap in a liquid parallel to a multichannel arrester series-connected additional controlled arrester, one electrode connected to one electrode of a controlled multi-channel arrester, and a current-limiting element, o with an electrode connected to another electrode of a controlled multichannel arrester, an ignition unit and a circuit of a series-connected resistor and capacitor are connected in parallel with the current-limiting element, the ignition unit is made in the form of a multi-stage pulse voltage generator according to the Arkadyev-Marx circuit, which contains a controlled switch in one of the extreme stages that controls the electrode of which is connected to the connection point of the indicated resistor and capacitor.

2. The generator according to claim 1, characterized in that one or both of the main electrodes of the controlled multichannel arrester is equipped with auxiliary electrodes, each of which is connected to the corresponding main electrode through a choke inductively coupled to the chokes of adjacent auxiliary electrodes.

3. The generator according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the current-limiting element is made in the form of a choke, the inductance of which is selected from the ratio
L << L _dr << R ² C / 4,
where L is the inductance of each of the auxiliary chokes of the multi-channel spark gap;
R is the active resistance of the unbroken spark gap in the liquid;
C is the capacity of the capacitive storage.