Что значит "импульсная техника высоких напряжений"

Импульсная техника высоких напряжений, область электротехники, предметом которой является получение, измерение и использование импульсов высоких напряжений (амплитудой от 102в до 107в) и импульсов сильных токов (амплитудой от 102а до 107а). Длительность импульсов варьируется в пределах от 10-1 до 10-10сек. Это могут быть одиночные импульсы или повторяющиеся с большой скважностью . Импульсы высоких напряжений используются при испытании электротехнической аппаратуры, имитации внутренних и грозовых перенапряжений в электрической сети, для моделирования молниезащитных устройств и т. д. В экспериментальной физике импульсы высоких напряжений применяются для создания сильных импульсных электрических полей при исследовании процессов электрического пробоя, для получения кратковременных (10-7≈10-6сек) вспышек рентгеновского излучения, для питания искровых камер , электронно-оптических преобразователей , Керра ячеек , в ускорителях заряженных частиц , для создания импульсных электронных и ионных пучков. Импульсы напряжений амплитудой до 107в получают от генераторов импульсных напряжений (ГИН). Они содержат группу конденсаторов С (рис. 1), которые при зарядке от источника ПН соединены параллельно через сопротивления R. Когда напряжение на конденсаторах достигает требуемой величины, они с помощью искровых промежутков П включаются последовательно (схема Аркадьева ≈ Маркса). Длительность фронта и спада импульса регулируется демпфирующими Rд и разрядным Rp сопротивлениями, ёмкостью Сф и ёмкостью нагрузки О. Для получения импульсов с амплитудой 106в, длительностью фронта ~ 10-4сек и спада ~ 10-3сек, помимо ГИН, иногда используют испытательные высоковольтные трансформаторы, первичные обмотки которых питаются от конденсаторных батарей. Для получения импульсов с более крутым фронтом применяют специальный конденсатор, заряжаемый от ГИН и разряжающийся через дополнительный искровой «обостряющий» промежуток. Импульсы с длительностью фронта ~ 10-9сек и полной длительностью ~ 10-8≈10-7сек при амплитуде 104≈106в получают от генераторов наносекундных импульсов. Схема одного из них отличается от рис. 1 заменой конденсаторов отрезками коаксиального кабеля (обладающего распределённой ёмкостью) и отсутствием сопротивлений Rд и Rф. Наносекундные импульсы получают также с помощью отрезков коаксиального кабеля, соединённых по схеме рис. 2; отрезка трёхполосной полосковой линии (схема Блюмлейна, рис. 3), полосковой линии, свёрнутой в спираль (спиральный генератор, рис. 4) и др. В последних двух генераторах происходит удвоение (рис. 3) или умножение (рис. 4) напряжения после пробоя искрового промежутка П и отражения волны напряжения от конца линии. Если к форме импульса напряжения не предъявляются специальные требования, то для получения импульсов с амплитудой ~ 104≈105в применяют импульсные трансформаторы (катушки Румкорфа, трансформатор Тесла и др.). Амплитуды импульсов измеряются с помощью специальных ёмкостных, омических или смешанных делителей напряжения. Импульсы сильных токов применяются:

1. для создания импульсных магнитных полей в термоядерных установках, ускорителях заряженных частиц, при ускорении плазмы , и металлических тел, при магнитно-импульсной обработке металлов, в быстродействующих электромагнитных клапанах, импульсном электроприводе и т. д.);

2. для быстрого нагрева газа и проводников (нагрев газа при аэродинамических и термоядерных исследованиях, получение мощных ударных волн и расходящихся потоков жидкости для эхолокации и сейсморазведки, деформирование и разрушение материалов, электрический взрыв проводников, питание импульсных источников света , электроэрозионная обработка металлов, импульсная сварка и др., см. Электрофизические и электрохимические методы обработки );

3. для испытания электротехнических устройств, коммутационной аппаратуры, моделирования разрушающего действия тока молнии и т. д.

   Источниками импульсов тока служат: ударные электрические генераторы, накапливающие энергию до 108дж в виде кинетической энергии массивного ротора (см. Генератор электромашинный ); аккумуляторы, конденсаторные батареи (ёмкостные накопители), заряжаемые от источника постоянного напряжения (например, контур Горева); индуктивные накопители (накопление энергии происходит в катушке индуктивности); взрывные генераторы, в которых происходит уменьшение объёма контура или катушки с током при взрыве или под действием магнитного поля (рис. 5).

   Для присоединения нагрузки к импульсным источникам сильных токов используют тиратроны , (при токе до 103≈104а и напряжении ~ 20≈30 кв), разрядники с повышенным и атмосферным давлением (токи до 106а и напряжения до 105в), вакуумные разрядники с непрерывной откачкой (токи до 106а, напряжения до 10≈20 кв) и запаянные (токи до 103а и напряжения до 105в). Применяются также разрядники с твёрдым диэлектриком, заменяемым после каждого разряда (токи ~ 106а, напряжения ~ 104в). Для согласования ёмкостных и индуктивных накопителей с нагрузкой применяются импульсные трансформаторы. Измерение импульсных токов проводится с помощью шунтов или измерительных трансформаторов (пояса Роговского) с интегрирующими цепями. Для этой же цели применяются устройства, использующие явление вращения плоскости поляризации (угол поворота плоскости поляризации пропорционален напряжённости магнитного поля, создаваемого измеряемым током).

   Лит.: Техника высоких напряжений, под ред. Л. И. Сиротинского, ч. 1, М., 1951; Гончаренко Г. М., Жаков Е. М., Дмоховская Л. Ф., Испытательные установки и измерительные устройства в лабораториях высокого напряжения, М., 1966; Фрюнгель Ф., Импульсная техника. Генерирование и применение разрядов конденсаторов, пер. с нем., М.≈Л., 1965; Техника больших импульсных токов и магнитных полей, под ред. В. С. Комелькова, М., 1970; Месяц Г. А., Насибов А. С., Кремнев В. В., Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения, М., 1970; Физика быстропротекающих процессов, пер. с нем., под ред. Н. А. Златина, т. 1, М., 1971.

   И. П. Кужекин.