РЕЗОНАНСНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ПОТЕРЬ
RESONANT ELECTROMAGNETIC ACCELERATOR WITH LOSS COMPENSATION

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования метеоритов и техногенных частиц.
Известен линейный многоступенчатый ускоритель, состоящий из ферромагнитной частицы, диэлектрической трубки, тягового соленоида, управляющего устройства, датчика линейного ускорения трубки и средства поочередной коммутации (Патент РФ №2331033, МПК F41B 6/00. Опубл. 10.08.2008. Бюл. 22).
Прототипом является резонансный электромагнитный ускоритель (Сухачев К.И., Семкин Н.Д., Калаев М.П., Телегин A.M., Родин Д.В., Пияков А.В., патент №2466340, F41B 6/00, опубл. 10.11.2012), содержащий ферромагнитный ускоряемый объект, цилиндрическую немагнитную трубу с соосно закрепленными на ней и последовательно расположенными тяговыми соленоидами, средства коммутации обмоток соленоидов по сигналам управляющего устройства, силовые шины коммутации, конденсаторный источник энергии, изолированные драйверы, обратные диоды, датчик тока и шины управления.
Однако они обладают следующими недостатками:
- Ускоритель имеет недостаточную эффективность.
- Уменьшение доступной энергии накопителя для каждой последующей ступени ускорителя.
Поставлена задача разработать ускоритель, свободный от указанных недостатков.
Поставленная задача достигается тем, что в электромагнитном ускорителе, содержащем ферромагнитный ускоряемый объект, цилиндрическую немагнитную трубу с соосно закрепленными на ней и последовательно расположенными тяговыми соленоидами, средства коммутации обмоток соленоидов по сигналам управляющего устройства, силовые шины коммутации, конденсаторный накопитель энергии, изолированные драйверы, обратные диоды, датчик тока и шины управления, согласно изобретению введена система подзарядки накопителя, состоящая из импульсного блока питания, главного коммутатора и основного драйвера, первый выход импульсного блока питания соединен с первым контактом конденсаторного накопителя энергии, второй выход блока питания подключен к первому контакту главного коммутатора, второй контакт главного коммутатора подключен ко второму контакту конденсаторного накопителя энергии, управляющий контакт главного коммутатора соединен с выходом основного драйвера, вход которого подключен к системе управления.
Сущность изобретения подтверждена чертежом, где изображена структурная схема резонансного электромагнитного ускорителя с компенсацией потерь.
Устройство содержит ферромагнитный ускоряемый объект 1, диэлектрическую трубку 2, тяговые соленоиды 3, силовые ключи 4, изолированные драйверы ключей 5, обратные диоды 6, конденсаторный накопитель энергии 7, систему управления 8, датчик тока 9, шину управления 10, силовые шины коммутации соленоидов 11, главный коммутатор 12, импульсный блок питания 13, основной драйвер 14. Ферромагнитная частица 1 находится внутри немагнитной диэлектрической трубки 2, на которой соосно закреплены тяговые соленоиды 3, подключенные одним концом обмотки через силовую шину коммутации соленоидов 11 к конденсаторному накопителю энергии 7, а другим к силовым ключам. Управляющие электроды силовых ключей 4 подключены к выходам соответствующих изолированных драйверов 5, входы которых через шину управления 10 соединены с системой управления 8. Последовательно силовым ключам 4 подключены обратные диоды 6, катоды которых через силовую шину коммутации соленоидов 11 соединены с конденсаторным накопителем энергии 7 так, что каждая ступень образует замкнутый контур. Между одним электродом накопителя 7 и силовой шиной коммутации соленоидов включен датчик тока 9, выход которого соединен с системой управления 8. Конденсаторный накопитель 7 через главный коммутатор 12 подключен к импульсному блоку питания 13, управляющий вход главного коммутатора 12 через основной драйвер 14 подключен к системе управления 8.
Устройство работает следующим образом. Конденсаторный накопитель 7 согласован с соленоидами 3 так, что переходные процессы во всех контурах имеют периодический характер. Частота свободных колебаний каждого следующего контура увеличивается за счет уменьшения индуктивности соленоидов 3 каждой следующей ступени. В начальный момент времени по сигналу системы управления 8 отпирается силовой ключ 4 первой ступени ускорителя. Конденсаторный накопитель 7 начинает разряжаться на первый соленоид в резонансном режиме. Ток, протекающий через соленоид, порождает магнитное поле, которое, взаимодействуя с ферромагнитным ускоряемым объектом 1, начинает втягивать его в диэлектрическую трубку ускорителя 2. К моменту времени, когда объект достигает середины первой катушки, должен пройти полупериод резонансных колебаний RLC контура первой ступени. Ток, изменяющийся по синусоидальному закону, к моменту прохождения объектом середины соленоида становится равным нулю, а конденсаторный накопитель перезаряжается до напряжения обратной полярности за вычетом потерь и затраченной энергии. Датчик тока 9 фиксирует нулевое значение и подает сигнал на систему управления 8, которая через соответствующие драйверы 5 закрывает первый ключ 4 и с некоторой задержкой открывает второй. Задержка включения второго ключа необходима, для входа частицы в эффективную ускоряющую зону следующего соленоида. Отличие от прототипа заключается в том, что в момент задержки система управления через основной драйвер 14 открывает главный коммутатор 12 и от импульсного блока питания 13 осуществляет подзарядку конденсаторного источника энергии до номинального значения. Процесс компенсации происходит не в каждом цикле коммутации тяговых соленоидов, а через один, что позволяет существенно упростить конструкцию, так как отпадает необходимость менять полярность импульсного блока питания.
Применение предложенного технического решения позволяет повысить эффективность разгона за счет того, что каждая вторая ступень работает с максимально доступным для накопителя напряжением, а также дает возможность увеличить число ступеней до необходимого количества. Таким образом, предложенный ускоритель имеет большую эффективность по сравнению с прототипом и позволяет разгонять частицы до более высоких скоростей, не увеличивая объема накопителя.