Газоразрядные коммутаторы тока в схеме с индуктивным накопителем энергии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Круглов Сергей Александрович

• Круглов Сергей Александрович
• доктор наук
• 2021

Оглавление диссертации доктор наук Круглов Сергей Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ НАКОПЛЕНИЯ И КОММУТАЦИИ ЭНЕРГИИ

1.1 Современные методы генерации мощных высоковольтных импульсов

1.1.1 Схемы с емкостным накопителем энергии

1.1.2 Схемы с использованием ИНЭ

1.2 Обзор существующих размыкателей

1.3 Газоразрядные прерыватели тока тиратронной конструкции

1.3.1 Анализ схем на таситронах

1.3.2 Физика работы таситрона

1.3.3 Обрыв тока в газоразрядных промежутках с переменным сечением по длине разряда

1.4 Выводы к главе

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ СЕРИЙНЫХ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ КОММУТАТОРОВ ТОКА В СХЕМЕ С ИНДУКТИВНЫМ НАКОПИТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ

2.1 Исследование работы таситрона в схеме с ИНЭ

2.1.1 Схема экспериментальной установки и методика эксперимента

2.1.2 Экспериментальные исследования физических процессов, протекающих в таситроне на стадии выключения

2.2 Исследование работы тиратрона в схеме с ИНЭ

2.2.1 Схема экспериментальной установки и методика эксперимента

2.2.2 Экспериментальные исследования физических процессов, протекающих в тиратроне ТГИ2-500/20

2.3 Исследование работы псевдоискрового разрядника в схеме с ИНЭ

2.3.1 Конструкция исследуемого псевдоискрового разрядника

2.3.2 Схема экспериментальной установки, методика и результаты эксперимента

2.4 Выводы к главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОТЫ ТИРАТРОНА ТГИ2 - 500/20 В СХЕМЕ С ИНДУКТИВНЫМ НАКОПИТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ

3.1 Схема экспериментальной установки и методика эксперимента

3.2 Исследование влияния температуры ТГИ2-500/20 на режим

его работы

3.3 Исследование влияния параметров схемы и генерируемых высоковольтных импульсов на процесс выключения тиратрона ТГИ2-500/20 в схеме индуктивного накопителя энергии

3.4 Выводы к главе

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ ТИРАТРОНА ТГИ2 - 500/20 В СХЕМЕ С ИНДУКТИВНЫМ НАКОПИТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ

4.1 Исследование энергетических характеристик тиратрона

ТГИ2 - 500/20 при работе индуктивного накопителя энергии на активную нагрузку

4.2 Расчет переходных процессов и энергетических характеристик при работе индуктивного накопителя энергии с газоразрядным коммутатором тока на нелинейную нагрузку

4.2.1 Описание численной модели расчета переходных процессов и энергетических характеристик

4.2.2 Результаты расчета переходных процессов и энергетических характеристик

4.3 Исследование работы индуктивного накопителя энергии с тиратроном ТГИ2-500/20 в качестве коммутатора при возбуждении излучения азотного лазера

4.4 Выводы к главе

ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ПРЕРЫВАТЕЛЕЙ ТОКА ДЛЯ ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ

5.1 Особенности конструкции и исследование работы разборного макета газоразрядного прибора в схеме индуктивного накопителя энергии

5.2 Разработка и исследование работы специализированных газоразрядных прерывателей тока тиратронного типа с накаленным катодом

5.3 Перспективные направления применения и конструкции специализированных газоразрядных прерывателей тока

5.4 Выводы к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Газоразрядные коммутаторы тока в схеме с индуктивным накопителем энергии»

ВВЕДЕНИЕ

Современная наука и промышленность нуждаются в технике, технологиях и услугах с низкой стоимостью, характеристики которых качественно находятся на высоком уровне. Одной из важнейших областей, которые обеспечивают развитие науки и производства, являются высоковольтные импульсные технологии. В рамках развития высоковольтных импульсных технологий одной из базовых задач является разработка, конструирование, реализация и внедрение усовершенствованных или принципиально новых генераторов высоковольтных импульсов.

Высокая необходимость развития данного направления научных исследований определяется широтой применения его результатов и множеством новых возможностей для различных отраслей экономики. В промышленности генераторы высоковольтных импульсов широко применяются для разного рода операций, таких как дефектоскопия, определение мест повреждения подземных электрических кабелей, обогащение руд редкоземельных металлов, инициирование электрогидроудара для штамповки, вытяжки гибко-листовых пластических материалов, формирования струи жидкости высокого давления для резки листовых материалов или пробивки отверстий в них, трамбовки или завивки свай, копания мерзлых грунтов и т.д. В медицине высоковольтные импульсы применяются для неинвазивного локального воздействия на жировые отложения, дезинфекции, разрушения плотных опухолей, в рентгеновских и ультразвуковых аппаратах. В экологии технологии данного направления могут использоваться для очистки выбросов электрических и тепловых станций, удаления токсичных примесей из атмосферы, очистки природных водоемов, промышленных отстойников от техногенных загрязнений, очистки сточных вод, обеззараживания воды от бактериальной микрофлоры. Помимо выше перечисленного следует отметить потребность в высоковольтных генераторах импульсов в научных исследованиях в качестве лабораторного оборудования и в источниках питания ускорителей частиц, в лазерной технике для

накачки лазеров, в радиолокации, эхолокации, георадиолокации.

Исходя из этого видно, что развитие данной области даст толчок развитию технологий, методов и приемов повседневной деятельности и позволит поднять характеристики существующих систем на качественно новый уровень в ряде социально, экономически и стратегически важных отраслях.

В настоящее время генераторы высоковольтных импульсов помимо прочего различают по применяемым в них накопителях энергии. Классическим считается емкостной накопитель энергии (ЕНЭ), который при помощи сильноточного наносекундного коммутатора [1] передает накопленную энергию электрического поля в нагрузку. Существует множество высокоскоростных коммутаторов с различными параметрами, использующихся при построении генераторов на основе ЕНЭ для любых нужд. Альтернативой ему может служить индуктивный накопитель энергии (ИНЭ), который накапливает энергию в магнитном поле индуктивного контура с током. Выгода от применения ИНЭ обусловлена рядом их преимуществ перед ЕНЭ:

• в современных импульсных конденсаторах электрическое поле, длительно выдерживаемое диэлектриком, достигает значений порядка 106 В/см, при этом плотность энергии составляет около 102 Дж/дм3. Плотность запасаемой энергии в индуктивных накопителях определяется предельно допустимыми магнитными полями, которые ограничены механической прочностью материалов индуктивных накопителей. При этом плотность магнитной энергии может достигать величины 105 Дж/дм3;

• питание генератора на основе ИНЭ осуществляется от низковольтных источников;

• генераторы с индуктивными накопителями имеют меньшие массога-баритные показатели по сравнению с генераторами на основе емкостного накопителя энергии;

• при использовании ИНЭ обеспечивается качественно иной способ передачи энергии в нагрузку.

Для использования ИНЭ и реализации их преимуществ требуются мощ-

ные высокоскоростные прерыватели тока [1]. В этой связи в России и других странах проводят исследования перспективных технологий, которые позволят создать приборы такого класса. К ним можно отнести взрывающиеся проводники, плазменные прерыватели, прерыватели на SOS-диодах и прерыватели на основе газоразрядных коммутаторов тока и эффекте самообрыва тока. Среди известных размыкателей наиболее перспективными, в диапазоне токов до 1 кА и напряжений порядка 100 кВ, являются газоразрядные коммутаторы тока. Их использование дает возможность получать многократно повторяемые импульсы со стабильными параметрами, обеспечивать достаточно простое изменение энергии в импульсе, генерировать высоковольтные импульсы от низковольтных источников питания. Кроме того, газоразрядные коммутаторы обеспечивают как замыкание, так и размыкание тока накопителя энергии, а также способны восстанавливать в полном объеме свои свойства после срывов в работе, возникающих в критических режимах функционирования генератора.

Однако работа генераторов высоковольтных импульсов с индуктивным накопителем энергии и газоразрядными коммутаторами изучена не достаточно. Поэтому возникает необходимость в проведении подобных исследований, которые являются очень перспективными для решения проблем построения генераторов высоковольтных импульсов на основе индуктивного накопителя энергии. В этом плане тема диссертационной работы весьма актуальна.

Целью работы является создание специализированных прерывателей тока для генераторов периодических мегаваттных высоковольтных импульсов на основе изучения физических и переходных процессов, протекающих в ходе прерывания тока газоразрядными коммутаторами в схеме с индуктивным накопителем энергии и исследования влияния на них конструктивных особенностей коммутаторов.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Исследование физических явлений, протекающих в процессе прерывания тока в серийных и специализированных водородных газоразрядных коммутаторах низкого давления в генераторах высоковольтных импульсов с ИНЭ.

2. Теоретический анализ процесса перераспределения энергии между накопительной индуктивностью, прерывателем и нагрузочным элементом генератора импульсов на стадии обрыва тока в газоразрядном коммутаторе при различных типах нагрузок.

3. Разработка численной модели кулоновских взаимодействий электронов на стадии проводимости в газоразрядном коммутаторе тока и выявление основных факторов, способных влиять на самообрыв тока.

4. Экспериментальная оценка предельных режимов работы серийных и специализированных газоразрядных коммутаторов тока, а также существующих нестабильностей параметров импульсов в генераторах высоковольтных импульсов с ИНЭ.

5. Исследование влияния изменений температуры электродов и рабочего газа газоразрядного коммутатора тока в генераторе импульсов с ИНЭ на его предельные характеристики, процесс обрыва тока и стабильность выходных импульсов напряжения.

6. Разработка конструкций сеточных узлов специализированных газоразрядных прерывателей тока, обеспечивающих повышение характеристик генераторов высоковольтных импульсов мегаваттной мощности с ИНЭ.

Научная новизна:

1. На основании обобщения и анализа полученных в результате исследования данных разработаны конструкции специализированных газоразрядных прерывателей тока, которые существенно упрощают процесс формирования коротких мегаваттных высоковольтных импульсов и повышают характеристики генераторов с индуктивными накопителями энергии.

2. Для водородных тиратронных газоразрядных коммутаторов низкого давления выявлено условие самообрыва тока в процессе роста при вводе

энергии в индуктивный накопитель. В качестве критериального параметра предложено использовать величину суммарного заряда, пошедшего через сеточный узел с момента открывания тиратрона. Система «опрокидывается», когда параметр по мере роста становится равным пороговому (критическому) значению. Величина критического заряда лежит в интервале (0,5 - 2) мКл (для различных условий эксперимента) при росте тока до ~ 0,5 кА за время около 10 мкс.

3. Установлено, что критический заряд линейно возрастает с увеличением давления водорода в коммутаторе. Скорость роста определяются конструкцией сеточного узла и величиной обрываемого тока. При уменьшении сечения разрядного канала в области сетки критический заряд уменьшается.

4. Экспериментально показано, что при высокой частоте следования импульсов генератора с ИНЭ температура электродов газоразрядного коммутатора тока существенно повышается, что приводит к изменению величины критического заряда и параметров генерируемых импульсов. Характерные данные эксперимента: температура сеточного узла повышается до (240 - 300) °С (через ~ 30 мин. после включения); критический заряд увеличивается на ~ 45 %; нестабильность момента самообрыва тока возрастает в (3 - 5) раз.

5. Установлено, что время выключения тиратронного газоразрядного коммутатора тока в схеме с ИНЭ уменьшается при увеличении амплитуды импульса напряжения на аноде и возрастает при увеличении значения обрываемого тока.

6. Показано, что при работе генератора высоковольтных импульсов с ИНЭ и газоразрядным коммутатором тока на активную и газоразрядную нагрузки энергия потерь проводимости в коммутаторе пропорциональна величине критического заряда, а наибольший КПД передачи энергии от накопителя к нагрузке обеспечивается в режиме «длинного тока» (при большой постоянной времени разряда накопительной индуктивности).

7 Определена минимальная величина накопительной индуктивности, при которой в генераторе высоковольтных импульсов с ИНЭ и ГКТ, работающем

на газоразрядную нагрузку, при выключении коммутатора рассеивается вся накопленная энергия.

8. Экспериментально обнаружено, что применение генератора высоковольтных импульсов с ИНЭ и газоразрядным коммутатором тока для питания активного элемента азотного лазера, с одновременным помещением его в магнитное поле накопительной индуктивности, позволяет значительно (в два раза) повысить выходную мощность прибора и более эффективно использовать объем разрядного канала лазера.

9. Определены условия, обеспечивающие режим работы генератора высоковольтных импульсов с ИНЭ и газоразрядным коммутатором тока на активную нагрузку, при котором длительность формируемого на ней импульса напряжения определяется временем выключения прерывателя.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. В газоразрядных коммутаторах тиратронного типа самообрыв тока, возрастающего при вводе энергии в индуктивный накопитель, вызывается уменьшением концентрации газовых молекул в разрядном канале в области сеточного узла по схеме «спускового (триггерного) опрокидывания» и происходит, когда величина суммарного заряда, перенесенного через сеточный узел с момента открывания тиратрона, достигает критического значения. Критический заряд увеличивается при повышении давления газа в коммутаторе.

2. Газоразрядные коммутаторы тока тиратронного типа наиболее пригодны для генераторов высоковольтных (до 100 кВ) импульсов с индуктивным накопителем энергии при токе порядка 1 кА и длительности около 400 нс. В сравнении с другими типами размыкателей тиратроны в режиме самообрыва тока обеспечивают высокую электрическую прочность, способность работать при высокой частоте следования импульсов, простоту и сравнительно низкую стоимость устройства.

3. В тиратроне ТГИ2-500/20, включенном в схеме генератора высоковольтных импульсов с индуктивным накопителем энергии, при фиксирован-

ной амплитуде импульса напряжения на аноде время выключения увеличивается с ростом величины обрываемого тока. Повышение амплитуды импульса напряжения на аноде с 15 до 55 кВ приводит к уменьшению времени выключения тиратрона ТГИ2-500/20 на 7-20 % в интервале обрываемых токов от 50 до 400 А, влияние амплитуды импульса напряжения на аноде тем значительней, чем больше величина обрываемого тока.

4. Применение генератора высоковольтных импульсов с индуктивным накопителем энергии и тиратронным газоразрядным коммутатором тока для питания активного элемента азотного лазера обеспечивает более эффективное использование объема разрядного канала и в 3,6 раза повышает мощность генерируемого лазером излучения. При этом элемент размещается в магнитном поле накопительной индуктивности (внутри катушки), а параллельно ей подключается дополнительная емкость порядка 100 пФ.

5. В тиратронных газоразрядных коммутаторах тока сужение разряд-ного канала или увеличение его длины в области сетки, осуществляемые путем инверсного расположения отверстий или перехода к их щелевой конфигурации в 4 - 6 раз уменьшает величину критического заряда, на 500 - 1000 нс снижает нестабильность момента обрыва тока (джиггер) и на 20-25 % сокращает минимальное время выключения приборов по сравнению с серийным тиратроном ТГИ2-500/20.

Практическая значимость:

Разработана численная модель переходного процесса выключения газоразрядного коммутатора тока в схеме генератора высоковольтных импульсов с ИНЭ, работающего на газоразрядную нагрузку. Получены аналитические соотношения для оценки перераспределения энергии между накопительной индуктивностью, прерывателем и активной нагрузкой при самообрыве тока в газоразрядном коммутаторе тока.

Экспериментально показано, что использование ИНЭ в генераторах импульсов существенно повышает (в сравнении с паспортными значениями) предельные параметры таких серийных газоразрядных коммутаторов тока,

как таситроны, тиратроны и псевдоискровые разрядники: максимальный коммутируемый ток - в (2 - 8) раз; а максимальная амплитуда импульсного напряжения на аноде - в (4 - 6) раз. Рекомендованы предельно допустимые значения параметров для тиратрона ТГИ2-500/20 в режиме обрыва тока в схеме генератора импульсов с ИНЭ, которые введены в технические условия эксплуатации приборов.

Разработаны и исследованы тиратронные газоразрядные коммутаторы тока, в которых сеточные узлы выполнены с инверсным расположением круглых отверстий или использованы отверстия щелевой формы, что обеспечило значительное (в 4 - 6 раз) уменьшение величины критического заряда и существенное (на 500 - 1000 нс) снижение джиггера по сравнению с серийным тиратроном ТГИ2-500/20.

Предложен способ стабилизации параметров генератора высоковольтных импульсов с ИНЭ при повышении температуры электродов газоразрядного коммутатора тока в рабочем режиме. Разработан и исследован опытный образец разборного макета газоразрядного коммутатора тока с холодным катодом и с сеточным узлом, в котором использованы отверстия конической формы, позволившие получить удовлетворительные характеристики процесса самообрыва тока. Установлено, что размещение активного элемента азотного лазера в магнитном поле накопительной индуктивности (внутри катушки) с возбуждением разряда в приборе с помощью генерируемого индуктором напряжения, существенно (в 2 раза) повышает мощность излучения.

Экспериментально показано, что серийный тиратронный газоразрядный коммутатор тока в режиме формирования коротких высоковольтных импульсов может быть использован для получения пучка высокоэнергетич-ных (до 90 кэВ) электронов, выходящих сквозь анод в воздушную среду, при сравнительно низком (около 2 кВ) напряжении источника заряда ИНЭ.

Реализация и внедрение. Полученные в диссертации результаты использованы при выполнении НИР 41-09 «Исследование обрывных явлений в диафрагмированной плазме ГКТ, включенного в схеме с ИНЭ» ФЦП «Науч-

ные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 гг.; НИР 17-18Г «Разработка и исследование специализированных газоразрядных прерывателей тока с конструкциями сеточных узлов, обеспечивающих улучшенные параметры разряда» РФФИ. Результаты диссертации внедрены в ТУ эксплуатации тиратронов ТГИ2-500/20 и использованы в штатном технологическом процессе разработки и изготовления газоразрядных коммутаторов тока в АО «НИИ ГРП «Плазма» (г. Рязань), а также в ООО «Импульсные технологии» (г. Рязань) при разработке газоразрядных коммутаторов тока. Полученные в работе результаты использованы в учебном процессе подготовки магистров в ГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина» по направлению 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника» в дисциплине «Высоковольтная импульсная техника» и при подготовке бакалавров по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» в дисциплине «Техника высоких напряжений». Использование результатов диссертационной работы перечисленными выше организациями подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Личный вклад автора. Основные результаты представленной диссертации, в том числе постановка задач, разработка методики экспериментов и исследование серийных газоразрядных коммутаторов тока, разработка конструкций сеточных узлов специализированных прерывателей тока, способов формирования и стабилизации генерируемых импульсов, основные научные результаты, выводы и рекомендации, принадлежат лично автору. Программные средства, реализующие численные модели, разработаны под руководством и при непосредственном участии автора. Работы, выполненные в соавторстве, посвящены детализации данных о работе газоразрядных коммутаторов тока в генераторах высоковольтных импульсов с ИНЭ.

Соответствие паспорту специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности 2.2.1. «Вакуумная и плазменная электроника» в части пункта 1 «Экспериментальные и теоретические исследования физических явлений, происходящих при движении заряженных частиц (электронов,

ионов) в вакууме и газе и их взаимодействии с постоянными и переменными электромагнитными полями»; пункта 2 «Теоретические и экспериментальные исследования и разработка методов расчета (включая методы анализа и оптимизации с использованием ЭВМ) различных типов вакуумных и газоразрядных приборов или отдельных их узлов и устройств с целью улучшения характеристик приборов» и пункта 3 «Исследование и разработка новых конструкций приборов в целом или их отдельных узлов, а также совершенствование конструкций существующих вакуумных и газоразрядных приборов или их отдельных узлов с целью улучшения характеристик приборов».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских научно-технических конференциях: IX конференции по физике газового разряда (Рязань, 1998 г.), 4 международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-98 (Новосибирск, 1998 г.), 2 международной конференции «Проблемы и прикладные вопросы физики» (Саранск, 1999 г.), Х конференции по физике газового разряда. (Рязань, 2000 г.), VII международной конференции «Лазерные и лазерно-информационные технологии: фундаментальные проблемы и приложения» (Владимир - Суздаль, 2001 г.), III международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы физики» (Саранск, 2001 г.), 10-й международной конференции «Газоразрядная плазма и ее применение в технологиях», (Томск, 2007 г.), «16th International Symposium on High-Current Electronics (16th SHCE)», (Томск, 2010 г.), VII международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы физики» (Саранск, 2012 г.) «20th International Workshop on Beam Dynamics and Optimization (BDO)», (Санкт-Петербург, 2014 г.), «2018 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2018 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe)» (Палермо, Италия, 2018 г.), «2018 ELEKTRO» (Микулов, 2018 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 печатных работ, в том числе 12 работ из перечня, рекомендованного ВАК РФ, 5 работ входят в реферативные базы данных Scopus и Web of Science, получено 4 патента на изобретение, 6 патентов на полезную модель, 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ НАКОПЛЕНИЯ И КОММУТАЦИИ ЭНЕРГИИ

Задачи, которые стимулировали создание мощных импульсных генераторов, исторически носили как исследовательский, так и практический характер. Это экстремальные испытания электрической прочности изоляции традиционных энергетических систем (грозозащита), рентгенография быстропротекающих процессов (взрыв, баллистика), неразрушающая дефектоскопия, физика электровзрыва проводников и детонационных процессов, нагрев термоядерной плазмы, радиолокация большой дальности, техника ядерно-физического эксперимента и многое другое [2].

Исследования и разработки с учетом потребностей указанных направлений привели в 1970-х годах к уверенному освоению диапазона

8 9

длительностей 10 - 10 с. Затем последовало создание высоковольтных наносекундных генераторов с энергозапасом в десятки мегаджоулей, напряжением до 106 - 107 В, токами более 106 А и импульсной мощностью более 1012 Вт. Так сформировалось новое физико-техническое направление - мощная наносекундная энергетика и электроника [3].

На современном этапе развития мощной импульсной техники импульсы на нагрузке имеют следующие параметры:

4 7

• амплитуда напряжения: от десятков кВ до десятков МВ (10-10 В);

3 8

• токи от единиц кА до сотен МА (10 -10 А);

7 14

• мощность 10 -10 Вт;

14 22

• скорость нарастания мощности 10 -10 Вт/с;

Для формирования мощных высоковольтных импульсов применяются генераторы, построенные по общему принципу относительно медленного накопления энергии в первичном накопителе и быстрой ее передаче в нагрузку. Фактически осуществляется сжатие энергии, то есть усиление

мощности с преобразованием спектра электромагнитного сигнала в область более высоких частот.

Такое преобразование производится при помощи нелинейных элементов, способных скачкообразно изменять проводимость от состояния отсечки до состояния полной проводимости и, наоборот, при том или ином воздействии. В качестве нелинейных элементов используют различные коммутаторы - газоразрядные коммутаторы, полупроводниковые ключи, насыщающиеся индуктивности и другие. В зависимости от типа накопителя энергии к коммутаторам предъявляются различные требования.

Таким образом, для построения генераторов высоковольтных импульсов необходимо определить тип используемого накопителя энергии и оптимизировать режим его работы на нагрузку, совместно с коммутирующим устройством.

Успешное решение данных задач связано со знанием физики процессов, протекающих в коммутаторе, и возможности устранения нежелательных факторов схемными и конструкторскими методами.

Целью этой главы является изучение основных схем накопления энергии и выбор среди них наиболее перспективной. Определение надежного коммутирующего элемента и изучение физических процессов, возникающих при его работе.

1.1 Современные методы генерации мощных высоковольтных

импульсов

1.1.1 Схемы с емкостным накопителем энергии

Наибольшее распространение в науке и технике нашли генераторы мощных импульсов, построенные на основе емкостных накопителей энергии, как сосредоточенных, так и распределенных.

Для получения больших амплитуд напряжения и малых длительностей импульса используется метод постепенного заряда последовательных

звеньев накопителя. На рисунке 1.1 показана обобщенная блок-схема генератора высоковольтных импульсов, а также временные параметры, соответствующие типичным значениям для генераторов наносекундных импульсов мегавольтного диапазона.

Число промежуточных звеньев может быть большим при необходимости увеличить степень сжатия энергии или меньшим, если требуется меньшая мощность или микросекундная длительность импульсов.

В промежуточных и выходных каскадах генераторов наносекундных импульсов в качестве емкостных накопителей энергии чаще всего используются отрезки передающих линий с распределенными параметрами. С их помощью в одном устройстве объединяются функции накопления энергии и формирования импульсов с заданными параметрами [4].

Для генерации коротких импульсов используются наносекундные формирователи, описанные в [5]. Метод их работы основан на уменьшении напряжения при переключении заряженных накопительных линий с распределенными параметрами с параллельного соединения на последовательное. В схеме получены импульсы длительностью 40 нс с фронтами нарастания и спада 20 нс. Однако заряд линии осуществляется до напряжения меньшего напряжения источника питания на 10%.

Для формирования прямоугольных микросекундных импульсов применяют схему генератора на основе искусственных формирующих линий (ИФЛ). При использовании ИФЛ можно получить неравномерность вершины Аи/и< 1 % и фронт с соотношением ^ф > 10[4, 6].

Еще одним методом получения коротких высоковольтных импульсов является построение многокаскадных тиристорных формирователей с бегущей волной перенапряжения и тока [7], основанный на использовании емкостных накопителей энергии (рис.1.2). По мере продвижения волны перенапряжения от первого каскада к последнему происходит не только обострение фронта, но и увеличение амплитуды.

Рисунок 1.1. Блок-схема генератора высоковольтных импульсов большой

мощности

1М

А?7-

с,

1М

У8,

С,

с=и

1 к

Я,

С

1М

+600 в

с

1 к Кп

я.

с

фп

Рисунок 1.2. Тиристорный преобразователь с бегущей волной

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Круглов Сергей Александрович, 2021 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника. - М.: Наука, 2004.

2. Месяц Г.А., Яландин М.И. Пикосекундная электроника больших мощностей// УФН. Т.175. №3. 2005.

3. Месяц Г. А. Генерирование мощных наносекундных импульсов. - М.: Сов. Радио. 1974.

4. Крастелев Е.Г., Лотоцкий А.П., Масленников С.П., Школьников Э.Я. Мощные электроимпульсные системы. Часть II. Формирование и передача импульсной электромагнитной энергии экстремально высокой мощности. Учебное пособие. - М.: МИФИ, 2008 .- 144 с.

5. Зиенко С.И. Формирователи наносекундных импульсов со сложением мощностей тиристорных коммутаторов// ПТЭ. - 1984. - №5. - С. 107.

6. Каштанов В.В. Формирователи мощных импульсов// ПТЭ. - 1998. -№1. - с. 92.

7. Зиенко С.И., Брытков В.В. Тиристорные формирователи высоковольтных наносекундных импульсов// ПТЭ. - 1983. - №2. - С. 97.

8. Авруцкий В.А., Кужекин И.П., Чернов Е.Н. Испытательные и электрофизические установки. Техника эксперимента: Учебное пособие. Под ред. Кужекина И.П. - М.: МЭИ, 1983. - 264 с.

9. Бурцев В.А., Большаков Е.П., Гетман Д.В., Лекомцева Н.Г., Чернобро-вин В.И. Исследование 100 kV линейного газового разрядника с искажением электрического поля// ЖТФ. - 2011. - Т. 81. - вып. 7. - С. 49.

10. Бушляков А.И., Рукин С.Н., Словиковский Б.Г., Тимошенков С.П. Ме-гавольтный генератор Маркса с частотой следования импульсов 200 Гц// ПТЭ. - 1995. - №2. - С. 107.

11. Ковшаров Н.Ф., Ратахин Н.А., Федущак В.Ф. Водяной коммутатор на 2 МВ// ПТЭ. - 1990. - №2. - С. 114.

12. Накопление и коммутация энергии больших плотностей. М.: Мир. -1979.

13. Ковшаров Н.Ф., Лучинский А.В., Месяц Г.А. Импульсный генератор "СНОП - 3"// ПТЭ. - 1987. - №6. - С. 84.

14. Брылевский В.И., Грехов И.В., Ефанов В.М., Кардо - Сысоев А.Ф., Шендерей С.В. Полупроводниковые формирователи мощных наносекундных импульсов// ПТЭ. - 1988. - №1. - с. 106.

15. Грехов И.В., Ефанов В.М., Кардо - Сысоев А.Ф., Шендерей С.В. Письма в ЖТФ. - 1983. - Т. 9. - вып. 7. - с. 435.

16. Григорьев И.Н., Лапшин Е.И., Поляков Е.А., Тениешвили З.Т. Трансформаторный индуктивный накопитель энергии для формирования высоковольтных импульсов с плоской вершиной// ПТЭ. - 1985. - №4. - с. 104.

17. Рукин С.Н. Генераторы мощных наносекундных импульсов с полупроводниковыми прерывателями тока// ПТЭ. - 1999. - №4. - с. 5.

18. Бут Д.А., Алиевский Б.Л., Мизюрин С.Р. Накопители энергии.: Учебное пособие для вузов. Под ред. Бута. Д.А. - М.: Энергоатомиздат., 1991. -400 с.

19. Шенбах К., Кристиансен М., Шефер Т. Размыкатели для индуктивных накопителей энергии// Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. - 1984. - Т. 72. - №8.

20. Алферов Д.Ф., Иванов В.П., Сидоров В.А. Сильноточные вакуумные коммутирующие устройства для мощных накопителей энергии// ПТЭ. - 1998. - №5. - с. 83.

21. Алферов Д.Ф., Воздвиженский В.А., Иванов В.П., Сидоров В.А.// Электротехника. - 1996. - №8. - с. 57.

22. Вакуумные дуги. Теория и приложения. Под ред. Дж. Лафферти. М.: Мир. - 1982.

23. Белкин Г.С., Лукацкая И.А., Перцев А.А. и др. Вакуумные дугогаси-тельные камеры, разработанные всесоюзным электротехническим институтом имени В.И. Ленина// Электротехника. - 1991. - №12. - с. 9.

24. Котов Ю.А., Колганов Н.Г., Ковальчук Б.М. Быстродействующий размыкатель на основе электрически взрываемых проволочек// ПТЭ. - 1974. -№6. - с. 107.

25. Кучинский В.Т., Михкельсоо В.Т., Шнеерсон Г.А. Мегаамперный выключатель со взрывающейся фольгой для исследования магнитной кумуляции// ПТЭ. - 1973. - №3. - с. 108.

26. Артюх В.Г., Лисенко Л.Г., Смирнов С.А. Схема для быстрой коммутации больших токов индуктивного накопителя// ПТЭ. - 1972. - №1. - с. 119.

27. Андрезен А.Б., Бурцев В.А., Дубровин Л.В. и др. Быстродействующий фольговой размыкатель// ПТЭ. - 1973. - №4. - с. 146.

28. Иванов В.В., Савватимский А.И. Высоковольтный прерыватель постоянного тока// ПТЭ. - 1984. - №4. - с. 108.

29. Амелин Т.П., Блудов А.И., и др. Криогенный электровзрывной размыкатель// ПТЭ. - 1986. - №5. - с. 191.

30. Иванов И.А., Лотоцкий А.П., Пугачев Н.П., Трухин В.А. Мощный трехступенчатый выключатель для электроразрядного устройства// ПТЭ. -1982. - №4. - с.106.

31. Мхеидзе Г.П. Плазменные размыкатели// Радиотехника и электроника. - 1992. - Т. 37. - вып. 1. - с. 1.

32. Шишлов А.В. Определение эффективного сопротивления плазменного прерывателя тока// ПТЭ. - 1997. - №1. - с. 89.

33. Современные мощные переключатели тока// Экспресс информация, сер. ПЭА. - 1991. - №43.

34. Агаджанян С.В., Григорьев И.Н., Лапшин Е.И., Поляков Е.А. Формирователь прямоугольных импульсов напряжения с индуктивным накопителем энергии// ПТЭ. - 1983. - №1. - с. 80.

35. Каганов И.Л. Ионные приборы. М.: Энергия. - 1972. - с.

36. Анитова Е.В., Гагин Н.Т. Исследование сеточной цепи таситрона// Электронная техника. - 1968. - сер. 3. - №1. - с. 53.

37. Верещагин Н.М., Крестов В.А., Пшеничников В.И. Использование та-ситронов в схеме с индуктивным накопителем энергии// Электронная техника. - 1976. - сер. 4. - №3. - с. 122.

38. Бакалейник И.И., Баранов А.И., Гнидо В.М. Газоразрядный импульсный прибор с наносекундным временем гашения разряда// Электронная техника. - 1979. - сер. 4. - №8. - с. 56.

39. Бакалейник И.И., Сажин И.И. Электронное зажигание кинопроекционных ксеноновых ламп// Техника кино и телевидения. - 1976. - №11. - с. 24.

40. Баранов А.И., Гнидо В.М. Комбинированный металлокерамический таситрон ТГУ1 - 8/15 с малым временем выключения тока анода// Электронная техника. - 1982. - сер. 4. - №1. - с. 21.

41. Lutz M., Hofmann C. The Gamitron-High Grossed-Fild Switch Tube H VDS Interruption// IEEE Trans Plasma Scince. - 1974. - v.ps. - 2 mars. - p.11.

42. Harvey R. Operation Characteristics of the Crossed-Field Closing Switch// IEEE on Electron Devices. - 1979. - VED-26. - N10. - p.1472.

43. Harwey R.The Crossatron switch a Cold Catode Discharge Device with Grid Control// IEEE Conference Record of 1980 14th Pulse Power Modulator Sump. -p.77.

44. Laser Focus World. May 1991. - p.97.

45. Николаев А.А. и др. Зондовые измерения разряда в импульсных та-ситронах// Электронная техника. - сер. 3. - Газоразрядные приборы. - 1969. -№3. - с. 33.

46. Зайцев И.А. Исследование разряда анодное свечение и изучение возможностей его технического применения: Дис... канд. техн. Наук. - Рязань. -1971. - 157 с.

47. Арефьев А.С., Верещагин Н.М., Крестов В.А., Малолетков Б.Д. Процесс гашения разряда в таситроне// Электронная техника. - 1989. - сер. 4. -№3. - с. 17.

48. Верещагин Н.М., Золотухин Г.Н. Гашение дугового несамостоятельного разряда мелкоструктурной сеткой// Электронные приборы. Межвуз.сб. -Рязань. - 1988. - с.65.

49. Алексеев Н.И., Каплан В.Б., Марциновский А.М. Исследование физических процессов в плазменном ключевом элементе с крупноструктурной сеткой. 1. Стационарное проводящее состояние// ЖТФ. - 1992. - №9. - с. 70.

50. Алексеев Н.И., Каплан В.Б., Марциновский А.М. Исследование физических процессов в плазменном ключевом элементе с крупноструктурной сеткой. 2. Импульсное гашение разряда// ЖТФ. - 1996. - №6. - с. 56.

51. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука. - 1987. - 591 с.

52. Анитов Н.М. Исследование явления обрыва дуги в импульсных водородных тиратронах. Дис... канд. техн. Наук. - Рязань. - 1973. - 202 с.

53. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука. - 1971. - 543 с.

54. Крестова В.Я., Полякова А.А., Слесарева О.В. К вопросу об устойчивом токопрохождении через диафрагмированные промежутки в водородном разряде низкого давления// Электронная техника. - сер. 3. - 1970. - вып. 2.

55. Анитов Н.М., Баранова В.М., Полякова А.А. Зависимость тока обрыва дуги в водороде от длительности импульса тока// Электронная техника. - сер. 3. - вып. 3. - 1971. - с. 45.

56. Дюжев Г.А., Старцев Е.А., Школьник С.М. Ограничение тока в полом катоде при низком давлении// ЖТФ. - 1978. - №12. - с 2495.

57. Бреусова Л.Н. О распределении тока по отверстиям сетки водородного тиратрона в импульсном режиме// Труды конференции по газоразрядным приборам. - 1966.

58. Анитов Н.М., Баранова В.М., Лабутина Г.Н, Полякова А.А. Токопро-хождение сквозь перфорированные диафрагмы// Электронная техника. - сер. 3. - вып. 4. - 1971. - с. 38.

59. Атабеков Г.И. и др. Теоретические основы электротехники. М.: Энергия. - 1975.

60. Aрефьев A.С., Верещагин НМ., Круглов С.A. Таситрон эффективный прерыватель тока для индуктивного накопителя энергии// Труды 4 международной конференции «Aктyальные проблемы электронного приборостроения» AПЭП-98. - Новосибирск. - 23-26 сентября 1998. - т.2. - с. 142.

61. Верещагин НМ., Круглов С.A. Распределение тока по электродам та-ситрона на стадии гашения разряда// 2 международная конференция «Проблемы и прикладные вопросы физики». - Саранск. - 1б- 19 июня 1999.

62. Фогельсон Т. Б., Бреусова Л.Н., Вагин Л.Н. Импульсные водородные тиратроны. M: Сов. радио - 1974.

63. Соболев В.Д. Физические основы электронной техники. M.: Высш. Школа. - 1979.

64. Верещагин НМ., Круглов СА. Индуктивный накопитель энергии на тиратроне// Электроника. Mеж. вуз. сборник научных трудов. Рязань. -РГРТA. - 2001. - с. 40.

65. Верещагин НМ, Круглов СА. Водородный тиратрон как размыкатель тока в схеме с индуктивным накопителем энергии// Вестник РГРТA. - Рязань. - 2002. - вып. 10. - С. - 71.

66. Верещагин НМ., Круглов СА. Генератор высоковольтных импульсов с индуктивным накопителем энергии и тиратроном// ПТЭ. - 2002. - №2. - С.82.

67. Верещагин НМ., Круглов СА. Способ формирования высоковольтных импульсов// Патент на изобретение №2210180. - Выдан 10.09.2003.

68. Kozyrev A.V., Korolev Yu.D., Rabotkin V.G., Shemykin I.A.// J. Appl. Phys. - 1993. - v. 74. - №9. - p. 53бб.

69. Korolev Yu.D., Frank K.// IEEE Trans. on Plasma Sciece. - 1999. - v. 27. -№5. - p. 1525.

70. Mechtersheimer G., Kohler R., Lasser T., Meyer R.// J. Phys. E. Sci. Instrum. - 198б. V. 19. - p. 4бб.

71. Клименко КА., Королев Ю.Д., Работкин В.Г. и др. Режимы запуска псевдоискрового разрядника со вспомогательным тлеющим разрядом в узле поджига// ЖТФ. - 1992. - т. 62. - вып. 10. - с. 74.

72. Bochkov V.D., Djagilev V.M., Ushich V.G., et al.// in Proc. 1st Intern. Congress on radiation Physics, High Carrent Electronics and Modification of Materials. Tomsk. -2000. - v. 2. - p. 245.

73. Бочков В.Д., Дягилев В.М., Королев Ю.Д. и др. Газоразрядный прибор с холодным катодом// Патент РФ №2089003. - окт. 1995.

74. Frants O.B., Korolev Yu.D., Shemykin I.A. et al. Discharge initiation modes in a pseudospark switch with a trigger unite based on an auxiliary glow dis-

rd

charge// Proc. 3 Intern. Conference on Electrical Contacts, Arcs, Apparaturs and Their Applications. - Xi'an. - China. - 1997.

75. Bochkov V.D., Frank K., Frants O.B. Development of sealed-off pseudospark switches for pulsed power// Proc. XII Intern. Conference on Gas Discharges and Their Applications. - Greifswald. - Germany. - 1997. - v. 1. - p. 218.

76. Бочков В.Д., Дягилев В.М., Харрис Г. и др. Источник питания стри-мерной короны по схеме Фитча, коммутируемой тиратронами с накаленным и холодным катодом// 12 Междунар. Конференция BEAMS' 98. - Хайфа. -Израиль. - 1998. - т. 2. - с. 1031.

77. Mehr T., Christiansen K., Frank K. et al// IEEE Trans. Plasma Sci. - 1994. -v. 2. - №1. - p. 78.

78. Kirkman G., Gundersen M.A.// Appl. Phys. Lett. - 1986. - v. 49. - №9. -p. 1.

79. Puchkarev E.F.// IEEE Trans. Plasma Sci. - 1993. - v. 21. - №6. - p. 725.

80. Арефьев А.С., Верещагин Н.М., Юдаев Ю.А. Физические процессы в псевдоискровых разрядниках - мощных импульсных ключах экологических устройств и аппаратуры высоких технологий// Известия академии наук. Сер. Физическая. - 2000. - т. 64. - №7. - с. 1285.

81. Верещагин Н.М., Бочков В.Д., Круглов С.А. Псевдоискровой разрядник в схеме с индуктивным накопителем энергии// ПТЭ. - 2002. -№6. - С. 56.

82. Vereshchagin N.M, Kruglov, S.A. Discharge breaking time in a gasdischarge device with diaphragm, operating in inductive energy storage circuit// Известия вузов. Физика. - 2007. - № 9. Приложение. - С 149.

53. Верещагин НМ., Круглов CA., Павлов M^., Сережин A.A., Шатилов С.Г. Исследование теплового режима работы газоразрядного прерывателя тока в схеме с индуктивным накопителем энергии// Вестник РГРТУ. - Рязань - 2013 - Вып. 46 ч. 2 - С. 100.

54. Верещагин НМ., Кислов Д.С., Круглов CA., Сережин A.A., Шатилов С.Г. Исследование нестабильности параметров генерируемых импульсов в генераторе с индуктивным накопителем энергии и газоразрядным прерывателем тока// Радиотехника. - 201б - №8 - С. 175-1S3.

55. Верещагин НМ., Круглов CA., Сережин A.A., Шатилов С.Г. Способ стабилизации параметров высоковольтных импульсов// Патент на изобретение № 2549171. - Зарегистрирован 25.03.2015.

8б. Верещагин НМ., Кислов Д.С., Круглов CA., Сережин A.A., Шатилов С.Г., Aгальцов К.Д. Разработка системы управления и контроля генератором высоковольтных импульсов с индуктивным накопителем энергии и тиратроном в качестве газоразрядного прерывателя тока// Радиотехника. - 201б -№11 - С. 14б-151.

S7. Верещагин НМ., Круглов CA., Сережин A.A. The Influence Of Generated Pulses Parameters On The Work Conditions Of Thyratron Included In The Scheme Of The Inductive Energy Storage// 1бШ International Symposium on High-Current Electronics (1бШ SHCE). - Tomsk. - Publishing House of IOA SB RAS. - 2010. - pp. 27S-2S0.

SS. Верещагин НМ., Круглов CA., Сережин A.A., Шатилов С.Г. Режимы работы газоразрядного прерывателя тока в схеме с индуктивным накопителем энергии// Вестник РГРТУ. - Рязань - 2014 - Приложение к Вып. 50 ч. 2 -Стр. 34-39.

S9. Верещагин НМ., Круглов CA., Сережин A.A. Исследование сопротивления распадающейся плазмы в тиратроне, включенном в схеме с индуктивным накопителем энергии// Вестник РГРТУ. - Рязань - 2010 - Вып. 33 - Стр. 107-110.

90. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Шатилов С.Г., Агальцов К.Д. Исследования генератора высоковольтных импульсов с индуктивным накопителем энергии и газоразрядным прерывателем тока// Вестник РГРТУ. - Рязань - 2017 - № 60. С. 148-153.

91. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А. Исследование динамики напряжения на управляющем электроде газоразрядного коммутатора тока в схеме с индуктивным накопителем энергии// VII Международная конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы физики» Россия - Саранск -2012.

92. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Шатилов С.Г. Программа для расчета количества кулоновских столкновений на стадии протекания тока через газоразрядный коммутатор в схеме индуктивного накопителя энергии// Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016618196. - Зарегистрировано 22.07.2016.

93. G.J.M. Hagelaar and L.C. Pitehford Solving the Boltzmann equation to obtain electron transport coefficients and rate coefficients for fluid models, Plasma Sei Sources and Tech 14, 722 (2005).

94. Morgan database, www.lxcat.net, retrieved on April 5, 2016.

95. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Шатилов С.Г. Определение рабочего режима газоразрядного прерывателя тока в генераторе с индуктивным накопителем энергии// Вестник РГРТУ. - Рязань - 2015 - Вып. 54 ч. 2 - Стр. 121-126.

96. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Майсурадзе А.И. Энергетические характеристики процесса прерывания тока газоразрядным коммутатором в генераторе мощных наносекудных импульсов с индуктивным накопителем энергии// Вестник РГРТУ - Рязань - 2011 - Вып. 35 -Стр. 98-102.

97. Бакшт Е.Х., Визирь В.А., Кунц С.Э. и др. Накачка импульсных лазеров с продольным разрядом от генератора с индуктивным накопителем энергии и

полупроводниковым прерывателем тока// Оптика атмосферы и океана. -

2000. - №3. - с. 243.

98. Бакшт Е.Х., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Эффективный длинноим-пульсный XeCl - лазер с предымпульсом, формируемым индуктивным накопителем энергии// Квантовая электроника. - 2000. - №6. - с. 506.

99. Бакшт Е.Х., Орловский В.М., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Эффективный электроразрядный СО2 - лазер с предымпульсом, формируемым генератором с индуктивным накопителем энергии// Письма в ЖТФ. - 1998. - Т. 24. - №4. - с. 57.

100. Бакшт Е.Х., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Особенности накачки лазера на смеси SF6 - H2(C3H8) от генератора с индуктивным накопителем энергии// Оптика атмосферы и океана. - 1997. - №11. - с. 1290.

101. Костыря И.Д., Тарасенко В.Ф. О возможности применения генератора с индуктивным накопителем энергии и полупроводниковым прерывателем тока для накачки лазеров на парах металлов// Оптика атмосферы и океана. -

2001. - №8. - с. 1.

102. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Шатилов С.Г. Программа для расчета переходных процессов в генераторе на основе индуктивного накопителя энергии и газоразрядного прерывателя тока с нелинейной нагрузкой// Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015662650. - Зарегистрировано 30.11.2015.

103. P. Persephonis et al. 5-th International conference on Industrial Lasers and Laser Applications. - Shatura. - 1995. - p.187.

104. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: Наука. - 1970. - 664 с.

105. Верещагин Н.М., Горлов А.И., Круглов С.А., Кюн В.В. Моделирование работы ИНЭ на нелинейную нагрузку// Тезисы докладов Х конференции по физике газового разряда. Рязань. - 2000. - Ч2. - с.216-218.

106. Верещагин Н.М., Круглов С.А. Моделирование переходного процесса в индуктивном накопителе энергии с нелинейной нагрузкой// Вестник РГРТА. - Рязань. - 2001. - вып. 8. - с . 104.

107. Арефьев А.С., Верещагин Н.М., Круглов С.А., Мартынов А.Н., Шарова О.Ю. Эффективность передачи энергии от индуктивного накопителя энергии плазме газового разряда// Тезисы докладов IX конференции по физике газового разряда. - Рязань. - 1998. - ч.1. - с. 109-111.

108. Верещагин Н.М., Круглов С.А. Азотный лазер с возбуждением от индуктивного накопителя энергии// Фундаментальные и прикладные проблемы физики: Тезисы докладов III международной научно-технической конференции/ Под. ред. В.К. Свешникова. Мордов. гос. пед. ин-т. - Саранск. - 2001. -с. 22.

109. Arefev A.S., Vereshchagin N.M, Gorlov A.I., Kruglov, S.A., Kun V.V. Nitrogen laser pumped from inductive energy store// VII International Conference on Laser and Laser-Information Technologies. - Suzdal, Russia. - 2001. -ISBN 5 - 89368 - 254 - 8.

110. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Шатилов С.Г. Разборный макет газоразрядного прибора// Патент на полезную модель № 137430. -Зарегистрирован 10.02.2014.

111. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А. Газоразрядный коммутирующий прибор// Патент на изобретение № 2476950. - Зарегистрирован 27.02. 2013.

112. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Шатилов С.Г., Агальцов К.Д. Газоразрядный коммутирующий прибор с инверсным расположением отверстий в сеточном узле// Патент на полезную модель № 171094. - Зарегистрирован 19.05.2017.

113. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Шатилов С.Г., Агальцов К.Д. Газоразрядный коммутирующий прибор со щелевой конфигурацией отверстий сеточного узла// Патент на полезную модель № 170980. -Зарегистрирован 17.05.2017.

114. S.A. Kruglov, N. M. Vereshagin, A. A. Serezhin, S. G. Shatilov, K. D. Agaltsov, M. B. Pavlov Low-Pressure Gas-Discharge Current Interrupters in a Generator of High-Voltage Nanosecond Pulses with an Inductive Energy Storage// Instruments and Experimental Techniques - 2017 - Vol. 60 - No. 6 - pp. 811817.

115. Трубицын А.А. Программа «ФОКУС» моделирования аксиально-симметричных электронно-оптических систем: алгоритмы и характеристики// Прикладная физика - 2008 - №2 - С. 56 - 62.

116. S.A. Kruglov, N.M. Vereschagin, A.A. Serezhin, S.G. Shatilov, A. A. Trubitsyn, "Formation of high-energy beams of electrons", Proceedings of 20th International Workshop on Beam Dynamics and Optimization, Russia, 2014. DOI: 10.1109/BD0.2014.6890093 Publisher: IEEE.

117. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Шатилов С.Г., Агальцов К.Д., Зимин А.И. Газоразрядный прибор тиратронного типа с улучшенными параметрами разряда// Патент на полезную модель № 181255. - Зарегистрирован 06.07.2018.

118. Kruglov S.A., Serezhin A.A., Karabanov S.M., Vereschagin N.M., Shatilov S.G., Agaltsov K.D., Zimin A.I. Suvorov, D.V. Modeling and Development of Thyratron Type Grid Node with Improved Discharge Parameters for Specialized Gas-discharge Current Interrupter// Proceedings - 2018 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2018 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe, EEEIC/I and CPS Europe 2018 DOI: 10.1109/EEEIC.2018.8493958.

119. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Шатилов С.Г., Агальцов К.Д., Серов С.С. Газоразрядный прибор с щелевой конфигурацией отверстий сеточного узла и улучшенными параметрами разряда// Патент на полезную модель № 183972. - Зарегистрирован 11.10.2018.

120. Kruglov S.A., Serezhin A.A., Vereschagin N.M., Shatilov S.G., Agaltsov K.D., Serov S.S. Modeling and development of grid node with slotted hole configuration and extended charge parameters for specialized gas discharged

current breaker// 2018 ELEKTRO, DOI: 10.1109/ELEKTR0.2018.8398273 Publisher: IEEE Conference Location: Mikulov, Czech Republic Electronic ISBN: 978-1-5386-4759-2 USB ISBN: 978-1-5386-4758-5 Print on Demand(PoD) ISBN: 978-1-5386-4760-8.

121. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Шатилов С.Г., Агальцов К.Д., Сережин С.А. Газоразрядный прерыватель тока с двухщеле-вой конфигурацией отверстий сеточного узла// Патент на полезную модель № 187851. - Зарегистрирован 20.03.2019.

122. Верещагин Н.М., Круглов С.А., Сережин А.А., Шатилов С.Г., Агальцов К.Д. Газоразрядный прерыватель тока с секторальным отверстием в экране и ассиметрично расположенным относительно центральной оси круговым отверстием в сетке// Патент на изобретение № 2726140. - Зарегистрирован 09.07.2020.

ПРИЛОЖЕНИЕ Акты о внедрении результатов работы

АКТ

использования результатов диссертационной работы на соискание ученой степени доктора технических наук на тему «Газоразрядные коммутаторы тока в схеме с индуктивным накопителем энергии» Круглова Сергея Александровича.

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертации «Газоразрядные коммутаторы тока в схеме с индуктивным накопителем энергии», выполненной Кругловым С.А. в ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина» использовались в ОА «Плазма» при создании газоразрядных коммутирующих приборов и определении рекомендованных режимов их работы.

В научно-технической деятельности АО «Плазма» нашли применение результаты экспериментальных исследований явления обрыва тока газоразрядными коммутаторами низкого давления в генераторе с индуктивным накопителем энергии. Их использование позволяет:

• в 4-5 раз повысить амплитуду формируемых коммутаторами импульсов напряжения, по сравнению с классическими условиями применения;

• снизить величину временной нестабильности момента обрыва тока;

• разрабатывать конструкции сеточных узлов, обеспечивающих снижение времени выключения и потерь энергии в коммутаторе.

Определенный в работе режим обрыва тока тиратроном ТГИ2 - 500/20 включен в технические условия его эксплуатации ОД0.334.094ТУ.

Директор НПК «Спарк»

С.В. Николин

«Утверждаю» Директор

АКх

202! г.

£Шьсные технологии» ^ Бочков В.Д.

использования результатов диссертационной работы на соискание ученой степени доктора технических наук на тему «Газоразрядные коммутаторы тока в схеме с индуктивным накопителем энергии» Круглова Сергея Александровича.

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертации «Газоразрядные коммутаторы тока в схеме с индуктивным накопителем энергии», выполненной Кругловым С.А. в ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина» использовались в ООО «Импульсные технологии» при создании газоразрядных коммутирующих приборов.

В научно-технической деятельности предприятия ООО «Импульсные технологии» нашли применение результаты экспериментальных исследований явления обрыва тока газоразрядными коммутаторами тока тиратронного типа и псевдоискровыми разрядниками в генераторе с индуктивным накопителем энергии. Их использование позволяет в 4-5 раз повысить амплитуду формируемых коммутаторами импульсов напряжения, по сравнению с классическими условиями применения.

>рии

Дягилев В.М.

«Утверждаю» Проректор по научной работе и инновациям ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический

АКТ

о реализации научных результатов диссертационной работы на соискание

ученой степени доктора технических наук на тему «Газоразрядные коммутаторы тока в схеме с индуктивным накопителем энергии» Круглова

Сергея Александровича

Результаты диссертационной работы Круглова Сергея Александровича использованы при выполнении следующих научно-исследовательских работ:

1. «Исследование обрывных явлений в диафрагмированной плазме газоразрядного коммутатора тока, включенного в схеме индуктивного накопителя энергии», НИР 41-09. Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. В данной работе нашли применение результаты по

• определению энергии потерь в газоразрядном коммутаторе тока, включенном в схеме с индуктивным накопителем энергии, на стадиях проводимости и выключения;

• оценке эффективности передачи энергии от индуктивного накопителя в нагрузку;

• разработке разборного макета газоразрядного коммутатора тока.

им. В.Ф. Уткина» т.н. С.И. Гусев

2. «Разработка и исследование специализированных газоразрядных прерывателей тока с конструкциями сеточных узлов обеспечивающих улучшенные параметры разряда», НИР 17-18Г. Грант РФФИ. В данной работе нашли применение результаты по разработке конструкций сеточных узлов специализированных газоразрядных прерывателей тока, позволяющие обеспечить повышение характеристик генерируемых импульсов напряжения.

В результате выполнения указанных выше научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ были разработаны и изготовлены:

• разборного макета газоразрядного коммутатора тока

• газоразрядный коммутатор тока со щелевой конфигурацией отверстий сеточного узла;

• газоразрядный коммутатор тока с многодырчатой конфигурацией отверстий сеточного узла.

• газоразрядный коммутатор тока тиратронного типа с улучшенными параметрами разряда;

• газоразрядный коммутатор тока с щелевой конфигурацией отверстий сеточного узла и улучшенными параметрами разряда;

• газоразрядный коммутатор тока с двухщелевой конфигурацией отверстий сеточного узла;

• газоразрядный коммутатор тока с секторальным отверстием в экране и ассиметрично расположенным относительно центральной оси круговым отверстием в сетке.

Начальник управления организации научных исследований, к.ф.-м.н.

г

£

_Д.С. Кусакин

«УТВЕРЖДАЮ» Проректор по учебной работе и информатизации ФГБОУ ВО «Рязанский государственный адиотехнический университет

Уткина»

Бабаян П.В.

ше

/9 Г_2021 г.

АКТ

использования результатов диссертационной работы на соискание ученой степени доктора технических наук на тему «Газоразрядные коммутаторы тока в схеме с индуктивным накопителем энергии» Круглова Сергея Александровича.

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы на соискание ученой степени доктора технических наук на тему «Газоразрядные коммутаторы тока в схеме с индуктивным накопителем энергии» Круглова Сергея Александровича используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина»:

• при подготовке магистров по направлению 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника» направленность «Промышленная электроника» в курсе лекций, практических и лабораторных работ «Высоковольтная импульсная техника». Использованы материалы диссертационной работы Круглова С.А. о способах построения генераторов высоковольтных импульсов с индуктивным накопителем энергии и газоразрядным коммутатором тока низкого давления, энергетических характеристиках таких генераторов и предельных параметрах генерируемых импульсов;

• при подготовке бакалавров по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» профиль «Электроснабжение» в курсе лекций и практических работ «Техника высоких напряжений». Использованы материалы диссертационной работы Круглова С.А. по построению генераторов высоковольтных импульсов с индуктивным накопителем энергии и газоразрядным коммутатором тока низкого давления для контроля параметров высоковольтных элементов систем электроснабжения.

Декан ФЭ, к.т.н., доцент

Верещагин Н.М.