L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
АВТОТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА
| Название | АВТОТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Пустынников С.В., Носов Г.В. |
| Вид объекта патентного права | Полезная модель |
| Регистрационный номер | 120825 |
| Дата регистрации | 17.04.2012 |
| Правообладатель | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" |
Описание изобретения
Автотрансформаторный 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, параллельно обмотке индуктивного накопителя включен конденсатор, первым выводом подключенный к входному зажиму индуктивного накопителя, а вторым выводом в общую точку, отличающийся тем, что обмотка индуктивного накопителя выполнена с дополнительным зажимом от части витков, к которому подключен анод третьего тиристора, катод которого подключен к входному зажиму нагрузки, а выходной зажим нагрузки подключен к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя и к первому выводу конденсатора.
Полезная модель относится к импульсной технике и может быть использована для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров и т.п.
Известен индуктивно-емкостной генератор импульсов тока [RU 107652 U1, МПК H03K 17/00 (2006.01), опубл. 20.08.2011], 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, а параллельно обмотке индуктивного накопителя включен конденсатор, одним выводом подключенный к входному зажиму индуктивного накопителя, а другим выводом в общую точку.
Недостатком такого устройства является наличие дополнительной обмотки, размещенной на ферромагнитном сердечнике индуктивного накопителя, что усложняет конструкцию и увеличивает габариты индуктивного генератора импульсов тока.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции и уменьшение ее габаритов.
Данная задача достигается тем, что автотрансформаторный 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 общую точку. Параллельно обмотке индуктивного накопителя включен конденсатор, первым выводом подключенный к входному зажиму индуктивного накопителя, а вторым выводом в общую точку.
Согласно полезной модели, обмотка индуктивного накопителя имеет дополнительный зажим от части витков, к которому подключен анод третьего тиристора, катод которого подключен к входному зажиму нагрузки, а выходной зажим нагрузки подключен к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя и к первому выводу конденсатора.
Полезная модель имеет следующие преимущества перед устройством прототипа: Благодаря тому, что обмотка индуктивного накопителя имеет дополнительный зажим от части витков, к которому подключен анод третьего тиристора, катод которого подключен к входному зажиму нагрузки, а выходной зажим нагрузки подключен к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя и к первому выводу конденсатора, в полезной модели отсутствует дополнительная обмотка, размещенная на ферромагнитном сердечнике индуктивного накопителя, что приводит к упрощению конструкции и уменьшению габаритов полезной модели.
Автотрансформаторный 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 тиристора 4, другой вывод конденсатора 5 и входной зажим статорной обмотки ударного генератора 1 образуют общую точку. Обмотка индуктивного накопителя 3 имеет дополнительный зажим 6 от части витков, к которому подключен анод третьего тиристора 7, катод которого подключен к входному зажиму нагрузки 8, а выходной зажим нагрузки 8 подключен к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя 3 и к первому выводу конденсатора 4.
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 ударный генератор к обмотке индуктивного накопителя 3. По цепи статорная обмотка 1 - первый тиристор 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 статарной 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 статарной 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 3, 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 автотрансформаторной связи формирует в части витков обмотки индуктивного накопителя 3, отделенной дополнительным зажимом 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 1 ударного генератора - 200 В, частота - 50 Гц, индуктивность обмотки индуктивного накопителя 3 составила 1 Гн, суммарное активное сопротивление статорной обмотки 1 и обмотки индуктивного накопителя 3-0,2 Ом, активное сопротивление нагрузки 8-0,5 Ом, емкость конденсатора 5-100 мкф. Величина тока, запасаемого в обмотке 3 индуктивного накопителя, составила 273 А. При индуктивности части витков обмотки 3 индуктивного накопителя, к которым подключается нагрузка 8-0,1 Гн, в нагрузке 8 формируется импульс тока амплитудой 1 кА, длительностью 0,032 с и максимальной мощностью 31,25 кВт.
Таким образом, благодаря тому, что обмотка индуктивного накопителя имеет дополнительный зажим от части витков, к которому подключен анод третьего тиристора, катод которого подключен к входному зажиму нагрузки, а выходной зажим нагрузки подключен к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя и к первому выводу конденсатора, в полезной модели по сравнению с прототипом отсутствует дополнительная обмотка, размещенная на ферромагнитном сердечнике индуктивного накопителя, что приводит к упрощению конструкции и уменьшению габаритов полезной модели.
Формула полезной модели
Автотрансформаторный 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, параллельно обмотке индуктивного накопителя включен конденсатор, первым выводом подключенный к входному зажиму индуктивного накопителя, а вторым выводом в общую точку, отличающийся тем, что обмотка индуктивного накопителя выполнена с дополнительным зажимом от части витков, к которому подключен анод третьего тиристора, катод которого подключен к входному зажиму нагрузки, а выходной зажим нагрузки подключен к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя и к первому выводу конденсатора.
Медаль Альфреда Нобеля