ИНДУКТИВНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР
INDUCTANCE-CAPACITANCE OSCILLATOR

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров.
Известен индуктивно-импульсный генератор [RU 130168 U1, МПК Н03К 17/08 (2006.01), опубл. 10.07.2013], выбранный в качестве прототипа, содержащий повышающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена последовательно через коммутатор к источнику постоянного тока, а вторичная обмотка подключена к нагрузке. 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.
Недостатком такого устройства является большая величина тока, размыкаемого при помощи коммутатора, что снижает надежность работы устройства.
Техническая проблема, решаемая с помощью предлагаемого изобретения, заключается в создании индуктивно-импульсного генератора, позволяющего повысить надежность его работы.
Индуктивно-импульсный генератор так же, как и устройство прототипа, содержит повышающий трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке. 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. Выходные зажимы первичной обмотки повышающего трансформатора и катушки индуктивности подключены к минусовому зажиму первого источника постоянного тока.
Согласно изобретению параллельно первому источнику постоянного тока подключена ветвь с последовательно включенными вторичной обмоткой импульсного трансформатора и с вентилем так, что плюсовой зажим первого источника постоянного тока подключен к аноду тиристора и к катоду вентиля, катод тиристора подключен к входным зажимам первичной обмотки повышающего трансформатора и катушки индуктивности. Анод вентиля подключен к выходному зажиму вторичной обмотки импульсного трансформатора, входной зажим которой подключен к выходным зажимам первичной обмотки повышающего трансформатора, катушки индуктивности и к минусовому зажиму первого источника постоянного тока. Первичная обмотка импульсного трансформатора входным зажимом подключена к первому выводу коммутатора, а выходным зажимом подключена к минусовому зажиму второго источника постоянного тока, плюсовой зажим которого подключен ко второму выводу коммутатора.
Изобретение имеет следующие преимущества перед устройством прототипа: благодаря предложенной схеме включения при замыкании коммутатора в первичной обмотке импульсного трансформатора протекает постоянный ток, создающий постоянный магнитный поток, охватывающий его вторичную обмотку. Во вторичной обмотке импульсного трансформатора ток не протекает благодаря тому, что катод вентиля подключен к плюсовому зажиму первого источника постоянного тока и к аноду тиристора. При размыкании коммутатора ток в первичной обмотке импульсного трансформатора мгновенно падает до нуля, во вторичной обмотке импульсного трансформатора формируется импульс тока, который через вентиль мгновенно запирает тиристор, что приводит к отключению первого источника постоянного тока от параллельно включенных первичной обмотки повышающего трансформатора и катушки индуктивности, что в свою очередь формирует импульса тока в нагрузке. Таким образом, коммутатор размыкает ток, имеющий величину в несколько раз меньшую величины тока в силовой цепи устройства, что повышает надежность его работы.
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 первый источник постоянного тока 1 (фиг. 1), плюсовой зажим которого подключен к аноду тиристора 2 и к катоду вентиля 3. Катод тиристора 2 подключен к входным зажимам первичной обмотки 4 повышающего трансформатора и катушки индуктивности 5. Минусовой зажим источника постоянного тока 1 соединен с выходными зажимами первичной обмотки 4 повышающего трансформатора и катушки индуктивности 5, а также с входным зажимом вторичной обмотки 6 импульсного трансформатора. Выходной зажим вторичной обмотки 6 импульсного трансформатора подключен к аноду вентиля 3. Вторичная обмотка 7 повышающего трансформатора подключена к нагрузке 8. Первичная обмотка 9 импульсного трансформатора входным зажимом подключена к первому выводу коммутатора 10, выходным зажимом подключена к минусовому зажиму второго источника постоянного тока 11, плюсовой зажим которого подключен ко второму выводу коммутатора 10.
L
-
К
L
-
П
L
-
К
L
-
П
0
0
L
+
К
0
L
-
К
L
+
К
L
-
П
L
+
К
Устройство работает следующим образом. Первый источник постоянного тока 1 при включении тиристора 2 в нулевой момент времени создает в катушке индуктивности 5 ток 12 I(0) (фиг. 2), а в первичной обмотке 4 повышающего трансформатора ток 13 I(0) (фиг. 3), которые протекают от плюса к минусу первого источника постоянного тока 1. Одновременно в нулевой момент времени замыкается коммутатор 10, подключающий второй источник постоянного тока 11 к первичной обмотке 9 импульсного трансформатора. Первичная обмотка 4 повышающего трансформатора 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 4 повышающего трансформатора, то величина тока 12 I(0) в 1.1-2 раза превышает величину тока 13 I(0). В момент времени t, размыкается коммутатор 10, отключающий второй источник постоянного тока 11 от первичной обмотки 9 импульсного трансформатора. Магнитный поток обмотки 9 мгновенно уменьшается до нуля, что приводит к возникновению импульса тока во вторичной обмотке 6 импульсного трансформатора. Ток, протекающий через тиристор 2, мгновенно переходит через ноль, что приводит к отключению тиристора 2 от первого источника постоянного тока 1. В момент времени t после отключения тиристора 2 первичная обмотка 4 повышающего трансформатора 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 4 повышающего трансформатора 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 4 повышающего трансформатора, формируется импульс тока 14, 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 15, равный (I(0)-(-I(0))). Под действием импульса тока 15 во вторичной обмотке 7 повышающего трансформатора возникает импульс тока 16 (фиг. 4), подающийся в нагрузку 8.
С помощью программы Multisim были проведены исследования модели индуктивно-импульсного генератора с параметрами: напряжение первого источника постоянного тока 1-100 В, индуктивность первичной обмотки 4 повышающего трансформатора - 0.5 Гн, сопротивление первичной обмотки 4 повышающего трансформатора - 2 Ом, индуктивность вторичной обмотки 7 повышающего трансформатора - 0.5 Гн, сопротивление вторичной обмотки 7 повышающего трансформатора - 1 Ом, индуктивность катушки индуктивности 5-0.5 Гн, активное сопротивление катушки индуктивности 5-1 Ом, сопротивление нагрузки 8-100 Ом, индуктивность первичной обмотки 9 импульсного трансформатора - 1 Гн, активное сопротивление обмотки 9-1 Ом, индуктивность вторичной обмотки 6 импульсного трансформатора - 0.01 Гн, активное сопротивление обмотки 6-0.1 Ом. Величина напряжения второго источника постоянного тока 11-30 В. Установившееся значение тока, протекающего через тиристор 2 и через первый источник постоянного тока 1-150 А, установившееся значение тока в первичной обмотке 9 импульсного трансформатора 30 А. После размыкания коммутатора 10 происходит мгновенное запирание тиристора 2 и в нагрузке 8 формируется импульс тока 16 величиной 87 А и длительностью 15 мс. Таким образом, для формирования импульса тока в нагрузке 8 необходимо коммутировать ток в 5 раз меньше тока в силовой цепи устройства, что позволяет повысить надежность его работы.