ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА
CURRENT PULSE GENERATOR

Предлагаемое устройство - генератор импульсов тока (ГИТ) относится к области импульсной техники и предназначен для питания обмоток возбуждения устройств, создающих импульсные магнитные поля, в частности для питания обмоток возбуждения двигателей возвратно-поступательного движения (в.п.д.). Предлагаемый ГИТ может быть использован как устройство для питания импульсного электромеханического преобразователя энергии источника сейсмических волн (ИСВ).
Известен ГИТ (а.с. СССР №1018201, кл. Н03К 3/53, БИ №18, 1983), предназначенный для питания обмоток возбуждения двигателя в.п.д. импульсами тока. Он содержит зарядное устройство, трансформатор с основными и вспомогательными обмотками, конденсаторы, диоды, дроссели, первый и второй основные и вспомогательные тиристоры, включенные последовательно и в прямом направлении по отношению к зарядному устройству. Такой ГИТ содержит большое количество диодов, индуктивностей и индуктивно связанных обмоток. Рекуперация энергии из индуктивной нагрузки осуществляется через индуктивно связанные обмотки (трансформатор) в накопительный конденсатор. Все это значительно усложняет конструкцию.
Известен ГИТ (а.с. СССР №911685, кл. Н03К 3/335, БИ №9, 1982), предназначенный для питания обмоток электромеханических преобразователей энергии в.п.д. импульсами тока. Он содержит зарядное устройство, накопительный и коммутирующий конденсаторы, силовой и коммутирующий тиристоры, диод, индуктивную нагрузку и индуктивность в цепи перезаряда коммутирующей емкости. Основным недостатком такого ГИТ является сложность цепи искусственной коммутации тиристора в цепи нагрузки и отсутствие цепи первичного заряда коммутирующей емкости.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и характеру протекания электромагнитных процессов является устройство по а.с. СССР №1484249, кл. Н02М 3/135, 1987 г. - устройство для питания импульсного электромеханического преобразователя энергии источника сейсмических волн (прототип). ГИТ содержит мостовую схему из тиристоров и диодов. К одной диагонали подключен накопительный конденсатор, а к другой - обмотка возбуждения электромеханического преобразователя. Коммутирующий конденсатор, зашунтированный диодом, последовательно включен с коммутирующим тиристором, который зашунтирован из последовательно включенных диода и индуктивности. Недостатком ГИТ по прототипу (а.с. СССР №1484249, кл. Н02М 3/135, 1987 г.) является сложность конструкции.
Целью предлагаемого устройства является упрощение конструкции.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом ГИТ цепь заряда коммутирующего конденсатора выполнена из последовательно соединенных переменной линейной индуктивности и обмотки подмагничивания дросселя насыщения, а цепь разряда - из последовательно соединенных обмотки намагничивания дросселя насыщения и первого диода в проводящем направлении, последовательно с индуктивной нагрузкой включен второй диод.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами: на фиг.1 изображен предлагаемый генератор импульсов тока, на фиг.2 - кривые токов и напряжений на его элементах.
Устройство на фиг.1 состоит из накопительного конденсатора 1, силового тиристора 2, индуктивной нагрузки 3, цепи заряда коммутирующего конденсатора, составленной из последовательно включенных линейной переменной индуктивности 5 и обмотки подмагничивания 6 дросселя насыщения 7. Цепь разряда коммутирующего конденсатора 4 состоит из последовательно включенных обмотки намагничивания 8 дросселя насыщения 7 и первого диода 9. Последовательно с индуктивной нагрузкой 3, выполненной, например, в виде обмотки возбуждения электрического двигателя в.п.д., включен второй диод 10.
На фиг.2 приведены кривые напряжений и токов на элементах ГИТ, где 11 - напряжение на накопительном конденсаторе 1; 12 - ток в индуктивной нагрузке 3; 13 - напряжение на коммутирующем конденсаторе 4; 15 - ток в последовательно соединенных обмотках индуктивностей 5 и 6.
Работает генератор импульсов тока следующим образом. В исходном положении накопительный конденсатор 1 заряжен до исходного напряжения полярностью, указанной на фиг.1. Коммутирующий конденсатор 4 заряжен до исходного напряжения полярностью, указанной на фиг.1 без скобок.
0
m
1
1
m
2
1
2
2
3
2
В момент времени t фиг.2, когда в индуктивной нагрузке 3, выполненной, например, в качестве обмотки возбуждения двигателя в.п.д., необходимо сформировать импульс тока 12 фиг.2, подают управляющий сигнал на открытие силового тиристора 2. Тиристор 2 открывается и емкость 1 колебательно разряжается на индуктивную нагрузку 3, по закону, близкому к косинусоидальному 11. При этом в нагрузке 3, последовательно включенной со вторым диодом 10, формируется импульс тока 12 и импульсное электромагнитное поле. Одновременно с этим через зарядную цепь, составленную из линейной переменной индуктивности 5 и обмотки подмагничивания 6 дросселя насыщения 7, осуществляется колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 4, напряжение на котором изменяется по закону, описываемому кривой 13. При этом в цепи перезаряда протекает ток 15, под действием которого полярность напряжения на коммутирующем конденсаторе 4 устанавливается, как показано на фиг.1 в скобках. Под действием протекающего по обмотке подмагничивания 6 дросселя насыщения 7 импульсного тока 15 магнитная система дросселя 7 намагничивается, например, в положение, характеризующееся индукцией насыщения -B. В момент времени t=t напряжение 11 разряжающейся емкости 1 и напряжение 13 перезаряжающейся емкости 4 сравниваются и при t>t напряжение 13 емкости 4 становится больше напряжения 11 емкости 1. Под действием этой разницы напряжений первый диод 9 открывается и по цепи обмотки намагничивания 8 дросселя 7 протекает ток, перемагничивающий магнитопровод дросселя 7 в положение, характеризующееся индукцией насыщения +B. На интервале ∆t=t-t перемагничивания дросселя 7 его индуктивное сопротивление велико и ток перемагничивания невелик. В момент t=t магнитная система дросселя 7 насыщается, его индуктивное сопротивление скачкообразно уменьшается (материал магнитопровода дросселя 7 выбирают, чтобы петля гистерезиса была близка к прямоугольной). Разница напряжений ∆U (фиг.2) на емкостях 1 и 4 при t=t становится достаточной для запирания тиристора 2. Это напряжение ∆U к тиристору 2 прикладывается как обратное, тиристор 2 закрывается, а ток 12 нагрузки 3 перехватывается в цепь перезаряжающейся емкости 4, перезаряжая ее по контуру: конденсатор 4, обмотка 8 дросселя 7, первый диод 9, обмотка нагрузки 3, диод 10, конденсатор 4 полярностью, указанной на фиг.1 без скобок. В момент времени t=t ток 12 нагрузки 3 становится равным нулю, напряжение на конденсаторе 4 достигает максимального значения. Это напряжение поддерживает диод 10 в закрытом состоянии, а ток 15 линейного дросселя 5 затухает до нуля по контуру: обмотка дросселя 5, обмотка 6 дросселя 7, обмотка 8 дросселя 7, диод 9, обмотка дросселя 5. При t>t накопительный конденсатор 1 от источника питания заряжается до исходного максимального значения, после чего предлагаемый ГИТ готов к повторному срабатыванию.
2
1
Для регулирования времени ∆t=t-t и, таким образом, энергии, вводимой из накопительного конденсатора 1 в индуктивную нагрузку 3, а стало быть, и мощности (энергии), потребляемой нагрузкой 3, линейную индуктивность 5 выполняют регулируемой (переменной), например, путем изменения числа витков ее обмотки или величины воздушного зазора ее магнитной системы. С уменьшением величины индуктивности 5 кривая 13 напряжения перезаряда конденсатора 4 будет проходить круче, как показано на фиг.2 пунктиром (кривая 14), время разряда емкости 1 на нагрузку 3 уменьшается, уменьшается и мощность (энергия) нагрузки 3. При увеличении индуктивности 5 время разряда конденсатора 1 на нагрузку 3 увеличивается, мощность (энергия), потребляемая нагрузкой, увеличивается.
В предлагаемом ГИТ один силовой тиристор и два диода, что позволило существенно упростить по сравнению с прототипом как конструкцию ГИТ, так и его схему управления, уменьшить весогабаритные показатели и стоимость ГИТ в целом.