Устройство для формирования прямоугольных импульсов напряжения
Полезная модель относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в качестве источника зондирующих импульсов при исследовании и испытании восстанавливающей прочности искровых и контактных промежутков коммутации разрядников, высоковольтных выключателей и т.д. Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции и повышении коэффициента полезного действия устройства. Устройство для формирования прямоугольных импульсов напряжения выполнено в виде индуктивно-емкостной цепи, содержащей первую индуктивную катушку (1), один конец которой соединен с входным зажимом (3) через коммутатор (2-1). Второй конец катушки (1) соединен с резонансной цепочкой, состоящей из второй индуктивной катушки (4) и первого конденсатора (5). Резонансная цепочка параллельно соединена с вторым конденсатором (6), резистором(7)-испытуемым объектом. Второй конец параллельно соединенных резонансной цепочки, конденсатора (6), резистора 7-испытуемого объекта, соединен через коммутатор 2-2 с входным зажимом 8.2 фиг.
Предполагаемая полезная модель относится к импульсной технике и может быть использована, например, в качестве источника зондирующих импульсов при исследовании и испытании восстанавливающей прочности искровых и контактных выключателей и т.д.
Известно устройство формирования мощных прямоугольных импульсов, представляющее собой линию, выполненную в виде последовательно соединенных двух согласованных между собой линий разных типов: с распределенными параметрами, например, коаксиальный кабель с сосредоточенными параметрами, составленный из индуктивности и конденсаторов. Данное соединение позволяет формировать широкие импульсы с достаточно крутыми передними фронтами (см. Патент Франции №2080068, Кл. НОЗК 3/53, 14.02.1975).
Однако колебания на вершине импульса при этом не устраняются.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является устройство для формирования прямоугольных импульсов напряжения, содержащее две последовательно соединенные искусственные линии, выполненные на конденсаторах и катушках индуктивности. Выход первой линии, оканчивающийся конденсатором, подключен к одному резистору. Выход второй линии, оканчивающийся катушкой индуктивности звена, подключен к другому резистору. Обе линии через зарядные резисторы подключены к источнику питания. К выходу устройства подключен испытуемый объект, (см. Авторское свидетельство СССР №864510, Кл. Н03К 3/53,1981).
Недостатком данного устройства является его сложность, вызванная необходимостью содержания двух искусственных линий, а также низкий коэффициент полезного действия устройства из-за наличия двух зарядных резисторов.
Таким образом, техническим результатом предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции и повышение коэффициента полезного действия устройства для формирования прямоугольных импульсов напряжения непосредственно из выпрямленного напряжения.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство выполнено в виде индуктивно-емкостной цепи, содержащей первую индуктивную катушку, один конец которой через первый коммутатор соединен с первым входным зажимом, а другой - с резонансной цепочкой, содержащей вторую индуктивную катушку и первый конденсатор, которая параллельно соединена со вторым конденсатором и резистором-нагрузкой, при этом второй конец параллельно соединенных резонансной цепочки, второго конденсатора, резистора-нагрузки соединен через второй коммутатор со вторым входным зажимом.
Отличительной особенностью заявляемой полезной модели является взаимное расположение конструктивных элементов индуктивно-емкостной цепи, а именно соединение индуктивной катушки с резонансной цепочкой, которая параллельно соединена с конденсатором и резистором-нагрузкой. Это упрощает конструкцию устройства и повышает коэффициент его полезного действия для формирования прямоугольных импульсов напряжения непосредственно из выпрямленного напряжения.
Заявляемое устройство обеспечивает заряд конденсатора, соединенного параллельно с резонансной цепочкой, резистором-нагрузкой, через индуктивную катушку, что уменьшает потери электрической энергии в устройстве. При этом максимальна крутизна фронта и минимальная равномерность вершины импульса выходного напряжения обеспечивается геометрией и параметрами элементов цепи: параллельная резонансная цепочка настроена в резонанс напряжения для частот, кратных второй гармонике выпрямленного напряжения, раскладываемого в следующий ряд Фурье:
Заявляемая полезная модель поясняется графическими материалами, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема устройства, на фиг.2 - временные диаграммы: а)выпрямленного входного напряжения; б) сформированного устройством выходного напряжения.
Предлагаемое устройство для формирования прямоугольных импульсов напряжения выполнено в виде индуктивно-емкостной цепи (см. фиг.1). Устройство содержит катушку индуктивности 1, которая одним концом через коммутатор 2-1 подключена к первому входному зажиму 3. Второй конец катушки соединен с резонансной цепочкой, состоящей из второй индуктивной катушки 4 и первого конденсатора 5. Резонансная цепочка параллельно соединена с вторым конденсатором 6, резистором 7-испытуемым объектом. Второй конец параллельно соединенных резонансной цепочки, конденсатора 6, резистора 7-испытуемого объекта через коммутатор 2-2 подключен ко второму входному зажиму 8.
Схема реактивной интегрирующей цепи представлена на фиг.2а и 2б.
Рассмотрим соотношение, связывающее входной сигнал и u1(t) и выходной сигнал u2(t) по следующему закону
Здесь Т>0 - фиксированный параметр.
Определенный интеграл, входящий в (1), равен, очевидно, разности двух значений преобразованного сигнала и u1(t), один из которых вычисляется при аргументе t, а другой при аргументе t-Т. Используя соотношения
получаем формулу связи между спектральными плотностями сигналов на входе и выходе
Системная функция
Схему реактивной интегрирующей цепи можно получить аппроксимацией (2) рациональной дробью четвертого порядка и ее линеаризацией.
Устройство работает следующим образом. При замыкании коммутаторов 2-1 и 2-2 выпрямленное напряжение 9 u 1(t) (фиг.2, а) подается на формирующее устройство. Заряд конденсатора 6 в течение интервала времени, равного половине периода входного сигнала проходит через катушку индуктивности 1. В результате напряжение 10 u2(t) (фиг.2, б) начинает возрастать и в момент времени t=T заряд заканчивается. Резонансная цепочка из катушки индуктивности 4 и конденсатора 5, настроенная на частоту второй гармоники, устраняет выбросы напряжения на вершине импульса. Сформированное напряжение отличается повышенной крутизной и большой стабильностью вершины импульса при малых потерях электрической мощности в формирующем устройстве.
Устройство для формирования прямоугольных импульсов напряжения, характеризующееся тем, что оно выполнено в виде индуктивно-емкостной цепи, содержащей первую индуктивную катушку, один конец которой соединен через коммутатор с первым входным зажимом, а другой - с резонансной цепочкой, содержащей вторую индуктивную катушку и первый конденсатор, которая параллельно соединена со вторым конденсатором и резистором - испытуемым объектом, при этом конец параллельно соединенных резонансной цепочки, второго конденсатора, резистора - испытуемого объекта соединен через коммутатор со вторым входным зажимом.
