Индуктивно-емкостной генератор импульсов тока
Полезная модель относится к импульсной технике и может быть использована для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров и т.д. Полезная модель направлена на возможность регулирования длительности и амплитуды импульса тока в нагрузке без изменения конструктивных параметров индуктивного накопителя. Указанный технический результат достигается тем, что в индуктивно-емкостном генераторе импульсов тока, содержащем однофазный ударный генератор, статорная обмотка которого через первый тиристор подключена к обмотке индуктивного накопителя, второй тиристор, включенный параллельно обмотке индуктивного накопителя так, что катоды обоих тиристоров подключены к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя, а выходной зажим обмотки индуктивного накопителя, анод второго тиристора и входной зажим статорной обмотки ударного генератора образуют общую точку, на ферромагнитном сердечнике индуктивного накопителя, размещена согласно включенная и индуктивно связанная с обмоткой индуктивного накопителя дополнительная обмотка, индуктивность которой в 25-100 раз меньше индуктивности обмотки индуктивного накопителя. Параллельно дополнительной обмотке подключена ветвь с последовательно включенными третьим тиристором и нагрузкой, а параллельно обмотке индуктивного накопителя включен конденсатор, одним выводом подключенный к входному зажиму индуктивного накопителя, а другим выводом в общую точку. 2 ил.
Полезная модель относится к импульсной технике и может быть использована для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров и т.п.
Известен индуктивный генератор импульсов тока, выбранный в качестве прототипа, содержащий однофазный ударный генератор, статорная обмотка которого через первый тиристор подключена к обмотке индуктивного накопителя, второй тиристор, включенный параллельно обмотке индуктивного накопителя так, что катоды обоих тиристоров подключены к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя, а выходной зажим обмотки индуктивного накопителя, анод второго тиристора и входной зажим статорной обмотки ударного генератора образуют общую точку. На ферромагнитном сердечнике индуктивного накопителя, размещена согласно включенная и индуктивно связанная с обмоткой индуктивного накопителя дополнительная обмотка, индуктивность которой в 25-100 раз меньше индуктивности обмотки индуктивного накопителя, причем параллельно дополнительной обмотке подключена ветвь с последовательно включенными третьим тиристором и нагрузкой, [патент РФ на полезную модель 
87847, МПК Н03К 17/08 (2006.01), опубл. 20.10.2009, Бюл. 29].
Недостатком такого устройства является отсутствие возможности регулирования длительности и амплитуды передаваемого импульса тока в нагрузке при неизменных параметрах индуктивного накопителя. При питании, например, лазеров, электрогидравлических устройств, плазмотронов возникает необходимость регулирования длительности и амплитуды формируемого импульса тока. Это связано с изменением числа витков и конструкции магнитопровода индуктивного накопителя, что практически невозможно.
Задачей полезной модели является возможность регулирования длительности и амплитуды импульса тока в нагрузке без изменения конструктивных параметров индуктивного накопителя.
Данная задача достигается тем, что индуктивно-емкостной генератор импульсов тока так же, как и устройство прототипа содержит однофазный ударный генератор, статорная обмотка которого через первый тиристор подключена к обмотке индуктивного накопителя, второй тиристор, включенный параллельно обмотке индуктивного накопителя так, что катоды обоих тиристоров подключены к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя, а выходной зажим обмотки индуктивного накопителя, анод второго тиристора и входной зажим статорной обмотки ударного генератора образуют обитую точку, на ферромагнитном сердечнике индуктивного накопителя, размещена согласно включенная и индуктивно связанная с обмоткой индуктивного накопителя дополнительная обмотка, индуктивность которой в 25-100 раз меньше индуктивности обмотки индуктивного накопителя, причем параллельно дополнительной обмотке подключена ветвь с последовательно включенными третьим тиристором и нагрузкой.
Согласно полезной модели параллельно обмотке индуктивного накопителя включен конденсатор, одним выводом подключенный к входному зажиму индуктивного накопителя, а другим выводом в общую точку.
Полезная модель имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:
благодаря включению параллельно обмотке индуктивного накопителя конденсатора одним выводом подключенного к входному зажиму индуктивного накопителя, а другим выводом в общую точку появляется возможность регулирования длительности и амплитуды импульса тока в нагрузке путем изменения емкости конденсатора без изменения конструктивных параметров индуктивного накопителя.
На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства, на фиг.2 - графики ЭДС и тока статорной обмотки ударного генератора, тока в обмотке индуктивного накопителя, импульса тока в нагрузке.
Индуктивно-емкостной генератор импульсов тока содержит однофазный ударный генератор, статорная обмотка 1 которого (фиг.1), подключена через первый тиристор 2 к обмотке индуктивного накопителя 3. Параллельно обмотке индуктивного накопителя 3 включены второй тиристор 4 и конденсатор 5, так что катоды обоих тиристоров и один вывод конденсатора 5 подключены к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя 3, а выходной зажим обмотки индуктивного накопителя 3, анод второго тириотора 4, другой вывод конденсатора 5 и входной зажим статорной обмотки ударного генератора 1 образуют общую точку. Входной зажим дополнительной обмотки 6 подключен к выходному зажиму нагрузки 8, входной зажим которой подключен к катоду третьего тиристора 7, а выходной зажим дополнительной обмотки 6 подключен к аноду третьего тиристора 7, вследствие чего обмотки имеют согласное включение.
Устройство работает следующим образом. Ударный генератор приводится во вращение и в его статорной обмотке 1 возбуждается ЭДС 9 (фиг.2). В момент времени t1 включается первый тиристор 2, подключающий генератор 1 к обмотке индуктивного накопителя 3. По цепи генератор 1 - первый тириотор 2 - обмотка индуктивного накопителя 3 начинает протекать ток 10. В момент времени t2, когда ЭДС генератора переходит нулевое значение и ток 10 начнет уменьшаться, срабатывает второй тиристор 4, шунтирующий обмотку индуктивного накопителя 3. Через обмотку индуктивного накопителя 3 и второй тиристор 4 начинает протекать ток 11, а ток 10 статорной обмотки 1 ударного генератора уменьшается до нуля и в момент времени t3 первый тиристор 2 закрывается. В момент времени t4 вновь срабатывает первый тиристор 2, ток статорной обмотки 1 ударного генератора растет и в момент времени t5 становится равным току 11 второго тиристора 4, при дальнейшем увеличении тока статорной обмотки 1 ударного генератора ток второго тиристора 4 упадет до нуля и второй тиристор 4 закрывается. В момент времени t6, когда ток статорной обмотки 1 ударного генератора достигнет максимума, вновь срабатывает второй тиристор 4, шунтирующий обмотку 3 индуктивного накопителя. Таким образом, идет процесс накопления энергии в обмотке индуктивного накопителя, осуществляемый за 10-30 периодов ЭДС 9. На фиг.2 представлены всего лишь три периода ЭДС, что вполне достаточно для пояснения принципа работы устройства. Амплитуда импульса тока с каждым циклом накопления увеличивается и может достигнуть тока внезапного короткого замыкания ударного генератора, а энергия, запасаемая в обмотке индуктивного накопителя, может в несколько раз превышать электромагнитную энергию ударного генератора. Например, при соотношении индуктивного сопротивления обмотки индуктивного накопителя Хн и ударного сопротивления Худ статорной обмотки ударного генератора Хн/Худ=8 в обмотке индуктивного накопителя можно сосредоточить энергию равную 3.75 энергии внезапного короткого замыкания ударного генератора [Сипайлов Г.А., Хорьков К.А. Генераторы ударной мощности. М.: Энергия, 1979]. В момент времени t7, когда ток статорной обмотки 1 ударного генератора в очередной раз достигнет максимума, срабатывает третий тиристор 7 и, так как второй тиристор 4 на последнем этапе не включается, энергия, запасенная в обмотке 3 индуктивного накопителя, заряжает конденсатор 5. Разряд конденсатора 5 на обмотку индуктивного накопителя 3 посредством индуктивной связи формирует в дополнительной обмотке 6 импульс тока 12, который через тиристор 7 передается в нагрузку 8. В момент времени t8 импульс тока 12 уменьшается до нуля, устройство возвращается в исходное состояние и цикл накопления повторяется вновь.
С помощью программы Electronics Workbenc были проведены исследования модели заявляемого устройства имеющего параметры: ЭДС статорной обмотки ударного генератора 1-200 В, частота - 50 Гц, индуктивность обмотки 3 индуктивного накопителя составила 1 Гн, суммарное активное сопротивление статорной обмотки 1 и обмотки индуктивного накопителя 3-0,2 Ом, индуктивность дополнительной обмотки 6-0,01 Гн, взаимная индуктивность - 0,5 Гн, коэффициент связи обмоток близкий к 1, суммарное активное сопротивление дополнительной обмотки 6 и нагрузки 8-0,5 Ом. Величина тока, запасаемого в обмотке 3 индуктивного накопителя, составила 273 А. При подключении конденсатора 5 емкостью 1000 мкФ, в нагрузке 8 формируется импульс тока амплитудой 388 А, длительностью 0,1 с и максимальной мощностью 3,88 кВт.
При подключении конденсатора 5 емкостью 100 мкФ, в нагрузке 8 формируется импульс тока амплитудой 1 кА, длительностью 0,032 с и максимальной мощностью 31,25 кВт.
Таким образом, включение параллельно обмотке индуктивного накопителя конденсатора, одним выводом подключенного к входному зажиму индуктивного накопителя, а другим выводом в общую точку позволяет в широких пределах регулировать амплитуду и мощность импульса нагрузки путем изменения емкости конденсатора без изменения конструктивных параметров индуктивного накопителя.
Индуктивно-емкостной генератор импульсов тока, содержащий однофазный ударный генератор, статорная обмотка которого через первый тиристор подключена к обмотке индуктивного накопителя, второй тиристор, включенный параллельно обмотке индуктивного накопителя так, что катоды обоих тиристоров подключены к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя, а выходной зажим обмотки индуктивного накопителя, анод второго тиристора и входной зажим статорной обмотки ударного генератора образуют общую точку, на ферромагнитном сердечнике индуктивного накопителя размещена согласно включенная и индуктивно связанная с обмоткой индуктивного накопителя дополнительная обмотка, индуктивность которой в 25-100 раз меньше индуктивности обмотки индуктивного накопителя, причем параллельно дополнительной обмотке подключена ветвь с последовательно включенными третьим тиристором и нагрузкой, отличающийся тем, что параллельно обмотке индуктивного накопителя включен конденсатор, одним выводом подключенный к входному зажиму индуктивного накопителя, а другим выводом - в общую точку.
