БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ИМ)

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 -6 сек ) 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 10 7 в 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 R ди разрядным R pсопротивлениями, ёмкостью С фи ёмкостью нагрузки О .

Для получения импульсов с амплитудой 10 6 в, длительностью фронта ~ 10 -4 сек и спада ~ 10 -3 сек , 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 -9 сек и полной длительностью ~ 10 -8—10 -7 сек при амплитуде 10 4—10 6 в получают от генераторов наносекундных импульсов. Схема одного из них отличается от рис. 1 заменой конденсаторов отрезками коаксиального кабеля (обладающего распределённой ёмкостью) и отсутствием сопротивлений R ди R ф . 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 ~ 10 4—10 5 в 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 10 8 дж 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 10 3—10 4 а и напряжении ~ 20—30 кв ), разрядники с повышенным и атмосферным давлением (токи до 10 6 а и напряжения до 10 5 в ), вакуумные разрядники с непрерывной откачкой (токи до 10 6 а, напряжения до 10—20 кв ) и запаянные (токи до 10 3 а и напряжения до 10 5 в ). Применяются также разрядники с твёрдым диэлектриком, заменяемым после каждого разряда (токи ~ 10 6 а , напряжения ~ 10 4 в ). 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.

Рис. 4. Спиральный генератор.

Рис. 2. Схема кабельного генератора наносекундных импульсов высокого напряжения; К — отрезки коаксиального кабеля; П — искровой промежуток; О — нагрузка.

Рис. 1. Схема генератора импульсных напряжений (ГИН, или схема Аркадьева — Маркса): ПН — источник постоянного напряжения; С — конденсаторы; R — зарядные сопротивления; R д— демпфирующие сопротивления: R p— разрядное сопротивление; П — искровые промежутки; О — объект испытания.