Приборы и техника эксперимента, 2022, № 4, стр. 57-60

Разработанный блок предназначен для запуска управляемых разрядников типа РВУ-43, используемых для коммутации секций емкостных накопителей на ускоритель макротел рельсового типа [1]. Блок запуска отличается от традиционных устройств такого типа тем, что для него не требуется внешнее электрическое питание. Питание осуществляется от емкостного накопителя через высокоомный резистор.

Блок запуска разработан на основе схемы генератора импульсных напряжений Аркадьева–Маркса. На рис. 1 представлена принципиальная электрическая схема блока. Принцип работы заключается в следующем. Группа конденсаторов С₃–С₁₀, соединенных параллельно, заряжается через резисторы R₆–R₁₉ до напряжения срабатывания позистора RU₁ (U₀ = 1200 В), а разряжается последовательно через разрядники FV₁–FV₇. Последние представляют собой обычные защитные газонаполненные разрядники A71-H14X фирмы EPCOS, рассчитанные на напряжение срабатывания 1400 В. Чтобы развязать цепь заряда от нагрузки и зарядить конденсаторы С₃–С₁₀ при низкоомной нагрузке разрядного промежутка управляемого разрядника, применяется выходной разрядник FV₈ (A71-H25X фирмы EPCOS) на напряжение срабатывания 2500 В. Заряд конденсаторов С₃–С₁₀ происходит одновременно с зарядом основного емкостного накопителя через высокоомный резистор в зависимости от выбранной схемы подключения (рис. 2). Максимальное время заряда конденсаторов С₃–С₁₀ составляет ≤20 с при максимальном зарядном токе 1 мА.

Рис. 1.

Принципиальная электрическая схема блока запуска. Т₁ – КТ973А, Т₂ – STP3N150; D₁ – 1N4702, D₂ – КИПД89П60/30, D₃ – SPH250V; RU₁ – СН2-1А; FV₁–FV₇ – A71-H14X, FV₈ – A71-H25X.

Рис. 2.

Варианты подключения блока запуска к управляемому разряднику Р при разных полярностях емкостного накопителя.

Одновременно с зарядом конденсаторов С₃–С₁₀ заряжаются конденсатор С₁ входного преобразователя оптических импульсов синхронизации и конденсатор С₂ генератора запуска. Напряжение на конденсаторе С₁ ограничивается на уровне 15 В с помощью стабилитрона D₁. Конденсатор С₂ заряжается до 1200 В. Оптический импульс запуска от генератора синхроимпульсов [2] поступает на оптический вход фотодиода D₃ через пластиковый световод диаметром 2 мм. Оптический сигнал с фотодиода D₃ преобразуется с помощью усилителя на транзисторе Т₁ в импульс напряжения, который поступает на запуск транзистора Т₂. Светодиод D₂ служит для индикации прохождения синхроимпульса. Транзистор Т₂ включается, и отрицательное напряжение с конденсатора С₂ через ограничивающий резистор R₄ подается на разрядник FV₁. Таким образом, на разряднике FV₁ появляется почти удвоенное напряжение питания (2400 В). Разрядник FV₁ срабатывает и запускает последовательное срабатывание разрядников FV₂–FV₈. На выходе блока запуска появляется напряжение амплитудой ≥7 кВ. Конденсатор С₁₁, блокируя прямое прохождение импульса запуска через паразитную емкость на разрядник FV₂, повышает надежность срабатывания остальных разрядников.

Разрядник типа РВУ представляет собой биполярный коммутационный вакуумный прибор. Его включение осуществляется подачей пускового импульса напряжения на управляющий электрод с последующей генерацией инициирующего искрового разряда между одним из силовых и управляющим электродами. Плазма искрового разряда быстро заполняет основной вакуумный промежуток между силовыми электродами, разряд переходит из искровой стадии в дуговую, и разрядник включается. Основные варианты подключения блока запуска к разряднику типа РВУ представлены на рис. 2.

При положительном напряжении на емкостном накопителе С₀ предпочтительнее подключение блока запуска к разряднику Р, показанное на рис. 2а. При таком варианте на управляющий электрод разрядника подается полное напряжение с генератора импульсного напряжения блока запуска. Необходимо только отметить, что при таком подключении блока запуска сопротивление нагрузки R_н должно быть значительно меньше сопротивления внешнего высокоомного резистора R₀. Также нужно подчеркнуть, что на нагрузке при заряде емкостного накопителя появится напряжение, величина которого определяется соотношением сопротивлений R₀ и R_н.

При высоком сопротивлении нагрузки и положительном напряжении емкостного накопителя блок запуска необходимо подключать к разряднику, согласно схеме на рис. 2б. При таком подключении на управляющий электрод разрядника подается неполное напряжение с генератора импульсного напряжения блока запуска. Но даже уменьшенное напряжение с блока запуска в этом варианте будет значительно больше необходимого для устойчивого запуска разрядника типа РВУ.

При отрицательном напряжении на емкостном накопителе подключение блока запуска к разряднику осуществляется, как показано на рис. 2в. При таком варианте подключения разрядник может работать практически на любую нагрузку.

Значение сопротивления R₀ в цепи питания блока запуска выбирается, исходя из максимального рабочего напряжения емкостного накопителя и максимального тока потребления 1 мА. Так, при работе на ускоритель макротел диапазон рабочих напряжений секций емкостного накопителя составлял от 1 до 5 кВ. Сопротивление внешнего резистора в цепи питания блока запуска при этом составляло 3.6 МОм, максимальная рассеиваемая мощность не превышала 4 Вт.

На рис. 3 приведены осциллограммы напряжения на выходе преобразователя оптических синхроимпульсов (рис. 3а) и напряжения на выходе блока запуска (рис. 3б) с подключенным нагрузочным сопротивлением 50 Ом.

Рис. 3.

Осциллограммы напряжения: а – на выходе преобразователя оптических синхроимпульсов; б – на выходе блока запуска.

Блок запуска прошел успешную апробацию при проведении экспериментов с ускорителем макротел. Можно также отметить, что разработанный блок запуска не содержит никаких намоточных изделий, собран только из покупных серийных комплектующих и не требует никакой настройки.