ИНДУКТИВНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к импульсной технике и может быть использована для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров.
Известна индукционная катушка Румкорфа [Чернихов Ю.В., /Индукционная катушка Румкорфа, //Электропанорама, N6, 2008, Киев, с.95-98] - устройство для получения импульсов высокого напряжения, выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит повышающий трансформатор, первичная обмотка которого, имеющая малое число витков, подключена последовательно через коммутатор и прерыватель к источнику постоянного тока, а вторичная обмотка, имеющая большое число витков, подключена к нагрузке. Параллельно прерывателю подключен конденсатор.
Недостатком такого устройства является низкое напряжение вторичной обмотки и не большая величина мощности импульса тока в нагрузке.
Задачей полезной модели является увеличение величины напряжения и мощности импульса тока в нагрузке.
Данная задача достигается тем, что индуктивно-импульсный генератор, так же как и устройство прототипа содержит конденсатор, повышающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена последовательно через коммутатор к источнику постоянного тока, а вторичная обмотка подключена к нагрузке.
Согласно полезной модели, параллельно первичной обмотке повышающего трансформатора подключена катушка индуктивности, имеющая от 1.1 до 2 раз большую индуктивность и от 1.1 до 2 раз большую добротность, чем индуктивность и добротность первичной обмотки повышающего трансформатора, а конденсатор подключен параллельно коммутатору.
Полезная модель имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:
1. Благодаря подключению параллельно первичной обмотке повышающего трансформатора катушки индуктивности, имеющей от 1.1 до 2 раз большую индуктивность и от 1.1 до 2 раз большую добротность, чем индуктивность и добротность первичной обмотки повышающего трансформатора, в первичной обмотке повышающего трансформатора при размыкании коммутатора ток изменяется не от своего начального значения до нуля, как в устройстве прототипа, а от своего начального значения до отрицательного начального значения величины тока катушки индуктивности. Следовательно, бросок тока в первичной обмотке повышающего трансформатора полезной модели может в 1.1-2 раза превышать аналогичный бросок тока первичной обмотки повышающего трансформатора устройства прототипа, что приводит к увеличению величины и мощности импульса тока в нагрузке в 1.1-3 раза.
2. Поскольку катушка индуктивности, так же как и первичная обмотка повышающего трансформатора имеет небольшое число витков, то путем изменения числа витков катушки индуктивности в 1.1-2 раза можно в 1.1-2 раза изменять величину напряжения вторичной обмотки повышающего трансформатора и, следовательно, регулировать величину импульса тока и мощности в нагрузке без изменения параметров повышающего трансформатора.
На фиг.1 представлена принципиальная схема индуктивно-импульсного генератора, на фиг.2 - диаграмма тока в катушке индуктивности, на фиг.3 - диаграмма тока в первичной обмотке повышающего трансформатора, на фиг.4 - импульс тока в нагрузке.
Индуктивно-импульсный генератор содержит источник постоянного тока 1 (фиг.1), плюсовой зажим которого подключен к входному зажиму коммутатора 2 и первому выводу конденсатора 3. Выходной зажим коммутатора 2 соединен в первую общую точку со вторым выводом конденсатора 3 и входными зажимами первичной обмотки 4 повышающего трансформатора и катушки индуктивности 5. Минусовой зажим источника постоянного тока 1 соединен во вторую общую точку с выходными зажимами первичной обмотки 4 повышающего трансформатора и катушки индуктивности 5. Вторичная обмотка 6 повышающего трансформатора подключена к нагрузке 7.
L
-
К
L
-
П
L
-
К
L
-
П
0
L
+
К
0
L
-
К
L
+
К
L
-
П
L
+
К
Устройство работает следующим образом. Источник постоянного тока 1 при замыкании коммутатора 2 в нулевой момент времени создает в катушке индуктивности 5 ток 8 I(0) (фиг.2), а в первичной обмотке повышающего трансформатора 4 ток 9 I(0) (фиг.3), которые протекают от плюса к минусу источника постоянного тока 1. Первичная обмотка повышающего трансформатора 4 и катушка индуктивности 5 включены параллельно и величины токов в них определяются их добротностью. Поскольку добротность катушки индуктивности 5 в 1.1-2 раза выше добротности первичной обмотки повышающего трансформатора 4, то величина тока 8 I(0) в 1.1-2 раза превышает величину тока 9 I(0). В момент времени t коммутатор 2 размыкается и первичная обмотка повышающего трансформатора 4 и катушка индуктивности 5 будут включены последовательно и по ним будет протекать общий ток I(0). В соответствии с обобщенным законом коммутации суммарное потокосцепление первичной обмотки повышающего трансформатора 4 и катушки индуктивности 5 в момент времени t не может измениться скачком, следовательно, в катушке индуктивности 5, имеющей большую индуктивность и более высокую добротность, чем первичная обмотка трансформатора 4, формируется импульс тока 10, равный (I(0)-I(0)), причем ток не изменяет своего направления. В первичной обмотке 4 повышающего трансформатора ток меняет свое направление на противоположное и формируется импульс тока 11 равный (I(0)-(-I(0))). Под действием импульса тока 11 во вторичной обмотке 6 повышающего трансформатора возникает импульс тока 12 (фиг.4), подающийся в нагрузку 7. Возникающее перенапряжение на коммутаторе 2 при его размыкании уменьшается при помощи конденсатора 3.
С помощью программы Electronics Workbench были проведены исследования модели индуктивно-импульсного генератора с параметрами: напряжение источника постоянного тока 1-1 В, индуктивность первичной обмотки повышающего трансформатора 4-1 Гн, сопротивление первичной обмотки 4 повышающего трансформатора - 1 Ом, коэффициент трансформации повышающего трансформатора - 2, сопротивление нагрузки 7 вторичной обмотки 4 повышающего трансформатора - 100 Ом, индуктивность катушки индуктивности 5-1 Гн, активное сопротивление катушки индуктивности 5-0.5 Ом. При отключенной катушки индуктивности 5 импульс тока 12 в нагрузке 7 при размыкании коммутатора 2 составил 1.96 А, при подключенной катушки индуктивности 5 импульс тока 12 в нагрузке 7 при размыкании коммутатора 2 составил 5.36 А. Следовательно, при подключении параллельно первичной обмотке 4 повышающего трансформатора катушки индуктивности 5, имеющей индуктивность равную индуктивности вторичной обмотки 4 повышающего трансформатора и в 2 раза большую добротность, чем добротность первичной обмотки 4 повышающего трансформатора, величина импульса тока 12 в нагрузке 7 увеличилась в 2.7 раза.