ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА

Название	ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА
Разработчик (Авторы)	Пустынников С.В., Носов Г.В.
Вид объекта патентного права	Полезная модель
Регистрационный номер	107652
Дата регистрации	30.03.2011
Правообладатель	Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"

Описание изобретения

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 Х_н и ударного сопротивления Х_уд статорной обмотки ударного генератора Х_н/Х_уд=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.

Формула полезной модели

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.

Изобретение "ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА" (Пустынников С.В., Носов Г.В.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога