Генератор высоковольтных импульсов
Генератор относится к высоковольтной импульсной технике, а именно к области генерирования с большой частотой мощных импульсов с коротким фронтом на основе высоковольтных импульсных трансформаторов. Генератор высоковольтных импульсов, содержит низковольтный источник питания (1), емкостной источник импульсов (2), высоковольтный импульсный трансформатор с насыщающимся сердечником (5), выполненным в виде ферритового кольца, на которое намотана вторичная обмотка (6), а непосредственно на вторичную обмотку (6) намотана первичная обмотка (3), выполненная из нескольких параллельных ветвей. Начала всех параллельных ветвей первичной обмотки (3) высоковольтного импульсного трансформатора подключены к одной из обкладок емкостного источника импульсов (2), а концы всех параллельных ветвей этой обмотки через коммутирующий элемент (4) присоединены к другой обкладке емкостного источника импульсов. По достижению максимального напряжения на высоковольтных конденсаторах (7) и (8) насыщается сердечник (5). Срезающий магнитный дроссель (10) служит для зарядки высоковольтного конденсатора (8). Через вторичную обмотку (6) высоковольтный конденсатор (7) перезаряжается, вследствие чего происходит удвоение напряжения. Удвоенное напряжение прикладывается к коммутирующему магнитному дросселю (9) и в момент насыщения его сердечника импульс поступает на нагрузку (11).
Полезная модель относится к высоковольтной импульсной технике, а именно к области генерирования с большой частотой мощных импульсов с коротким фронтом на основе высоковольтных импульсных трансформаторов, и может найти применение в радиолокационных системах, для возбуждения квантовых генераторов, в установках по получению озона и других высоковольтных импульсных технологиях, в которых требуются импульсы высокой мощности с коротким фронтом.
Известен магнитный генератор импульсов для генерирования высоковольтных импульсов с коротким фронтом (патент РФ №2189695, МПК 7 Н03К/53, опубл. 20.09.2000 г.) содержащий источник питания, между выводами которого включены, соединенные последовательно, зарядный и накопительный элементы. Накопительный элемент через ключ подсоединен к первичной обмотке насыщающегося трансформатора, его вторичная обмотка шунтирована вторым емкостным накопителем и соединена последовательно через насыщающийся дроссель и первичную обмотку импульсного трансформатора с первым емкостным накопителем, а к выходной обмотке импульсного трансформатора подключена нагрузка. При этом насыщающийся дроссель имеет один виток, который размещен внутри сердечника и соосно его оси, витки первичной обмотки импульсного трансформатора намотаны на сердечник насыщающегося дросселя, а первый емкостной накопитель включен последовательно между выводами витков насыщающегося дросселя и первичной обмотки импульсного трансформатора, причем первый и второй емкостные накопители разделены соответственно на несколько одинаковых емкостных накопителей.
Основным недостатком известного генератора является сравнительно низкая надежность его работы, связанная со сложностью конструкции, которая
состоит в том, что он содержит два высоковольтных импульсных трансформатора, один из которых выполняет роль дросселя, а при передаче энергии в каждом импульсном трансформаторе происходят потери энергии. Кроме того, первый и второй емкостные накопители (фиг.1) состоят из нескольких (двух) конденсаторов, что также увеличивает потери энергии.
Наиболее близким к предложенному является выбранный за прототип генератор высоковольтных импульсов (патент РФ №2167491, МПК 7 Н03К 3/45; Н03К 3/02; Н03К 4/02; опубл. 20.05.2001 г.), содержащий последовательно соединенные источник импульсов, импульсный трансформатор со стержневым сердечником, в котором сердечник выполнен с продольным отверстием, через которое пропущен токопровод, соединяющий источник импульсов с первичной обмоткой трансформатора, а вторичная обмотка подключена к нагрузке, причем первичная обмотка выполнена из нескольких параллельных ветвей, к каждой из которых присоединены конденсаторы источника импульсов. Кроме того, вторичная обмотка импульсного трансформатора также имеет несколько ветвей, каждая из которых подключена к своей нагрузке, а конденсатор источника импульсов разделен на несколько одинаковых конденсаторов.
Основными недостатками этого генератора является, сравнительно сложная конструкция, необходимость и сложность точного подбора емкостей и индуктивностей первичной обмотки трансформатора, а также сравнительно большие габариты из-за того, что первичная и вторичная обмотки разделены на несколько ветвей каждая, а конденсатор источника импульсов состоит из нескольких конденсаторов.
Техническим результатам предложенного решения является упрощение конструкции генератора, уменьшение габаритов генератора и упрощение подбора емкостей и индуктивностей, связанных с первичной обмоткой трансформатора.
Указанный технический результат достигается тем, что генератор высоковольтных импульсов, включающий в себя последовательно соединенные
емкостный источник импульсов, высоковольтный импульсный трансформатор с насыщающимся сердечником, снабженным первичной и вторичной обмотками, причем первичная обмотка выполнена из нескольких параллельных ветвей, а к вторичной обмотке подключена нагрузка, согласно предложенному решению, насыщающийся сердечник высоковольтного импульсного трансформатора выполнен в виде ферритового кольца, непосредственно на которое намотана вторичная обмотка высоковольтного импульсного трансформатора, а непосредственно на вторичную обмотку намотана его первичная обмотка, причем начала всех параллельных ветвей первичной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора подключены к одной из обкладок емкостного источника импульсов, а концы всех параллельных ветвей этой обмотки через коммутирующий элемент присоединены к другой обкладке емкостного источника импульсов.
На фиг.1 приведена схема предложенного генератора высоковольтных импульсов. Генератор содержит низковольтный источник питания 1 (600 В), между выводами которого последовательно включены емкостный источник импульсов 2 (0,47 мкФ) и первичная обмотка высоковольтного импульсного трансформатора 3. Эта первичная обмотка 3 выполнена из нескольких параллельных ветвей (на фиг.1 из трех ветвей). Коммутация емкостного источника импульсов 2 на первичную обмотку 3 осуществляется через коммутирующий элемент 4, установленный параллельно низковольтному источнику питания 1. Высоковольтный импульсный трансформатор содержит насыщающийся сердечник 5 выполненный в виде ферритового кольца, непосредственно на которое намотана вторичная обмотка высоковольтного импульсного трансформатора 6. Причем непосредственно на эту обмотку 6 намотана первичная обмотка 3. Непосредственно к вторичной обмотке 6 подключен высоковольтный конденсатор 7. Конденсатор 7 и высоковольтный конденсатор 8 соединены по схеме Фитча. В реальной конструкции емкость каждого из этих конденсаторов равна 330 пФ. Последовательно высоковольтным конденсаторам 7 и 8 включен коммутирующий магнитный дроссель 9, а параллельно им
включены срезающий магнитный дроссель 10 и нагрузка 11. Нагрузкой является электродная система для получения озона.
Генератор высоковольтных импульсов работает следующим образом. Низковольтный источник питания 1 заряжает емкостный источник импульсов 2, который через коммутирующий элемент 4 разряжается на первичную обмотку 3 высоковольтного импульсного трансформатора. При этом высоковольтные конденсаторы 7 и 8 заряжаются параллельно. По достижению максимального напряжения на высоковольтных конденсаторах 7 и 8 насыщается сердечник 5 высоковольтного импульсного трансформатора. Через вторичную обмотку 6 высоковольтного импульсного трансформатора высоковольтная емкость 7 перезаряжается, вследствие чего происходит удвоение напряжения. Удвоенное напряжение прикладывается к коммутирующему магнитному дросселю 9, в момент насыщения сердечника коммутирующего магнитного дросселя 9 импульс поступает на нагрузку 11.
В результате испытаний рассмотренного генератора получены импульсы амплитудой 30 кВ, с фронтом 18 не и полной длительностью (по основанию) 36 не, с частотой следования импульсов 1 кГц.
Генератор высоковольтных импульсов, включающий в себя последовательно соединенные емкостной источник импульсов, высоковольтный импульсный трансформатор с насыщающимся сердечником, снабженным первичной и вторичной обмотками, причем первичная обмотка выполнена из нескольких параллельных ветвей, а к вторичной обмотке подключена нагрузка, отличающийся тем, что насыщающийся сердечник высоковольтного импульсного трансформатора выполнен в виде ферритового кольца, непосредственно на которое намотана вторичная обмотка высоковольтного импульсного трансформатора, а непосредственно на вторичную обмотку намотана его первичная обмотка, причем начала всех параллельных ветвей первичной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора подключены к одной из обкладок емкостного источника импульсов, а концы всех параллельных ветвей этой обмотки через коммутирующий элемент присоединены к другой обкладке емкостного источника импульсов.
