JPH11502075A - 電気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 絶縁スクリーンを備えた同軸ケーブル（１）の形状のエネルギー貯蔵キャパシタから少なくとも成る短かい立ち上り時間を有する電気方形パルス発生装置において、本質的に同軸ケーブル全体は、金属製の閉鎖円筒状容器（２）に巻かれ、このスクリーンを充電するための直流電圧源、及びパルス発生中に零電位にスクリーン短絡するための手段を有し、円筒状金属容器と共に、これら手段は、金属製外部閉鎖容器内に収納され、同軸ケーブルの一端は、負荷（１１）に接続されることを意図する。内部円筒状容器と外部容器との間にて、フェライトリングコア（１３）が短絡のための手段と両ケーブル端の囲りに配設され、同軸ケーブルの他端は、ケーブルの特性インピーダンスを有する抵抗（１０）と接続される。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 電気装置 技術分野 本発明は、エネルギー蓄電キャパシタおよび迅速作動電気接点の如くの、同軸 ケーブルに基づく短時間立ち上り時間を有する高電圧パルスを発生するための電 気装置に関する。 背景技術 迅速で高電圧電気パルスは、多くの技術分野にて必要とされる。それは実質的 には電気設備に損傷を与える擬似電流と電圧パルスにとって、又はその関数にと って適切なパルスを設備に印加するためのいずれかにとって、例えば、電圧パル スをアコースチックパルスに変換する圧電変換器である。 迅速電気パルス、即ち電圧ｄｕ／ｄｔの大きな時間デイバティブ（微分）を備 えるパルス、及び従って、ほとんどの場合に又大きな電流デリバティブｄＩ／ｄ ｔは干渉効果を引き起し、それらは共にパルス形状自身及び他の設備に影響を与 える。これらの効果の１つ又は幾つかは、下記の通りである。 −電圧デリバティブに起因する容量電流、 −電流デリバティブに起因する誘導電圧、 −電流若しくは電圧デリバティブに起因する電磁放射、 −変化した特性インピーダンスによる位置におけるインパルスの反射。 パルス形上への幾つかの効果は、小さい勾配（大きな立ち上り時間）、響鳴（ 重畳された発振）、及びパルス自身上に共に重畳された反射信号であり、実際の パルスが既に終了された後に到着するものである。 設備への干渉は、例えば、測定された信号の歪みを伴い、その関数の妨害又は 絶縁の電気破損、又は過電圧による半導体要素の破壊さえも伴う。 上述の干渉効果は、適切な電磁シールディング、過電圧保護手段、及びパルス ゼネレータの注意深い設計の組み合せにより減じられる。この分野内の知識と技 術は良く創成されている。前記インパルスゼネラータの一実施例において、同軸 ケーブルは、ケーブルスクリーン内に接地され、内部コンダクタの一端は、高オ ーム充電抵抗により直流電圧源に接続される。ケーブルの他端は、迅速投入電気 接点として作動するスパークギャップを経て負荷に接続される。ケーブルの端部 からスパークギャップ迄の間は負荷に至る迄は、信号路はケーブルのそれと同じ 特性インピーダンスが保持される形態により設計される。負荷自身が次いで同一 の抵抗と共に終了すると、パルスはケーブル中に反射して戻ることはない。又さ もなければ、注意深い設計の場合には、前記ゼネレータは、高品質の方形パルス を印加する。 しかしながら、上述の実施例は、同軸ケーブルの特性インピーダンス（マッチ ング）と同じ抵抗を有する負荷に接続されるという欠点を有する。典形的かつご く一般的な値は、５０オームである。実際の負荷は、しばしば高インピーダンス 負荷であり、例えば絶縁材であり、従って特性インピーダンスと同一値の端末抵 抗と並行に接続されることとなる。次いで、負荷に印加される電圧は半減され、 パルスゼネータは、負荷にかかる電圧の２倍の大きさとなり、それは原価とスペ ースの観点の見地から共に大きな欠点となる。 非マッチング負荷にとって、ケーブルの他端におけるマッチング接続が代りに 必要とされる。この場合に高圧へ内部コンダクタを充電する代りに、マッチング 抵抗を経てコングタタの接続を接地する代りに、かつ代りに高い充電抵抗を経て 同軸ケーブルのスクリーンを充電するのが適切である。スクリーンを次いで接地 すると、方形パルスが形成され、上述のゼネレータにおけるのと正確に同じパル スは、波形伝播の速度とケーブルの長さにより、その時間において決定される。 負荷は、もはやマッチングする必要はない。次いで発生する反射パルスは、ケー ブルの他端にてマッチング抵抗において完全に消費される。そして、こうして負 荷にかかる更なる電圧パルスに導くことはできない。 この種のパルスゼネレータの欠点は、阻止影響とパルス歪みを始めに上述した 型式のものよりは小型化するのが、より困難であることである。スクリーン自身 を励磁して、励磁ニュートラルコンダクタによる設計において、スクリーンが保 有するシールディング特性を失う。ノイズレベルは、シールディング容器内にケ ーブルを置いて最小にできるが、使用の精度と品質に影響を与える望ましくない 高レベルに留まる。 発明の要約 マッチング抵抗により接地されたケーブルスクリーンと内部コンダクタを充電 して方形パルスゼネレータ用の低ノイズレベルは、ケーブルの大部分を円筒状コ イルとして設計して実現された。コイルは、銅が望ましく、金属の円筒状シール ドされた容器内に配置される。容器のカバー内の２つの孔を通して、内部コンダ クタと絶縁を備えた２つのケーブル端は、容器の外に動かされる。又ケーブルの スクリーンは、そこで、それに接続される。次いで容器は、金属の外部シールド された容器内に絶縁されて配置される。金属は、銅が望ましく、接地される。充 電抵抗を介して、内部容器は、直流電圧源から充電される。外部容器のカバーは 、２つのケーブル端の内部コンダクタのための４本のブッシング、電圧源及びリ レー制御器を有する。内部容器と外部容器のカバーの間には、迅速投入リレー、 例えば真空リレー又はトリガされたスパークギャップがある。ケーブル端とリレ ーは、共通のフェライトリングコアにより包囲されている。更なるフェライトコ アは、高圧入力部を包囲する。外部容器の外側にはケーブルの一端が負荷に接続 され、他端は、ケーブルの特性インピーダンスに接続される。 本発明によるパルスゼネレータにより、高品質の方形パルスが、又非マッチン グ負荷のために実現される。 図面の簡単な説明 発明の操作態様 パルスゼネレータの基本的構成は、添付図１に示される。 パルスゼネレータのキャパシタは、コイル形状に配され、かつ電気的に導電す る外部容器４に迅速リレー３により接続された電気的に導電し、かつ円筒状の内 部容器２内に収納される。同軸ケーブルは、内部から見て、電気絶縁、電気的に 導電するスクリーン、及び電気的に絶縁するケーシングにより包囲された内部コ ンダクタから成る。 外部容器内の高オーム充電抵抗５とシールドされた高電圧源６を介して、内部 容器は、高電圧源７に接続される。同軸ケーブルの二端８は、内部容器外の２つ の孔を貫通される。そこで、シールドは、電気的に内部コンテナに接続される。 外部容器内の２本の同軸ブッシング９を介して、内部コンダクタの一端は、同軸 ケーブルの特性インピータンスにより端部抵抗１０に接続され、他端は、負荷１ １に同軸的に接続される。リレー制御器１２用には、外部容器内に更なる接点が ある。内部容器と外部容器の間にて、内部コンダクタの二端とリレーは、共通の フェライトリングコア１３により包囲されている。フェライトリングコア１４は 、高電圧接点６を囲んで配置される。 パルスを発生させるには、内部容器２とケーブルスクリーンは、直流電圧源７ から充電抵抗を介して充電される。充電抵抗は、パルス発生のリパーカッション (repercussions)から直流電圧源を保護するために非常に高オームである。リレ ー３が投入すると、内部容器２とケーブルのシールドは、接地される。貯蔵エネ ルギーは、同軸接点９を介して２つの同一の方形パルスとして発せられる。パル スの長さは、ケーブルの波伝播速度ケーブル絶縁材の誘電定数のルートにより分 割された真空の光の速度により分割される同軸ケーブル１の長さにより決定され る。通常のポリエチレン絶縁のために、これは同軸ケーブルの約５ｎ秒メートル のパルス長を与える。リレーと同軸ケーブルのニュートラルコンダクタ８の間の 正しい距離を選んで、受容できる設計が、この距離に渡ってさえも実現される。 負荷１１からのすべての反射パルスは、パルスゼネレータ内を通過し、リレー が投入されている限りの間、抵抗１０により終了される。 図２は、真空リレー及び１０ｍの同軸ケーブル、５０オームの特性インピーダ ンス、及びフェライトコア１３無しに負荷としての５０オーム抵抗と共に本発明 によるパルスゼネレータにより発生される典型的なパルスを示す。方形パルス上 に重畳される発振は、明らかに見ることができ、マッチング負荷の選択により、 方形パルスは、負荷からの反射により隠されない。内部容器２と外部容器４との 間のキャパシタンス及びリレーのインダクタンスは、リレーを投入する時に発振 を始める共振回路を構成する。従って出力信号上に重畳される発振電圧を誘起す る。 リレーと出力ケーブル８の周りにフェライトリングコア１３を配置して、出力 信号上のこれら鳴響が減じられる。図３は、図２に示した如くと同一の条件の下 での信号を示すが、フェライトリングコア１３を伴うものである。異なる型式の リングコアを選んで、信号を更に改善できる。高電圧入力の周りのフェライトリ ングコア１４は、高電圧源７の外に通過する干渉パルスを抑制する。 ここに述べた原型にて、リレーとニュートラルコンダクタ間の距離は、インピ ーダンスマッチングのために最適化されていず、これにより内部容器と外部容器 間の転位にて反射をもたらす。これは、図３における１００，１５０及び２００ ｎ秒における干渉の説明である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．絶縁スクリーンを備えた同軸ケーブル（１）の形状の少なくとも一個のエ ネルギー貯蔵キャパシタから成る短かい立ち上り時間を有する電気的方形パルス の発生装置にであって、本質的に同軸ケーブル全体が金属の閉鎖円筒状容器（２ ）内に巻線されており、このスクリーンを充電するための直流電圧源、及びパル ス発生中に零電位にスクリーンを短絡するための手段を有し、前記円筒状金属容 器と共に、これら手段は、金属の外部閉鎖容器内（４）に収納され、かつ同軸ケ ーブルの一端は、負荷（１１）に接続するために意図される、前記装置において 、内部円筒状容器と外部容器の間にフェライトリングコア（１３）が、短絡のた めの手段と両ケーブル端の囲りに配設され、同軸ケーブルの他端は、ケーブルの 特性インピーダンスを有する抵抗（１０）と接続されることを特徴とする前記装 置。 ２．同軸ケーブルのスクリーンを短絡するための手段は、リレー（継電器）（ ３）から成ることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３．内部円筒状容器と外部容器との間には、ファライトリングコア（１４）が 高電圧接点の囲りに配設してあることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置 。 ４．内部円筒状容器は、銅製であることを特徴とする請求項１〜３に記載の装 置。 ５．外部容器は、銅製であることを特徴とする請求項１〜４記載の装置。 ６．外部容器は、円筒状であることを特徴とする請求項１〜５に記載の装置。