ИНДУКТИВНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР
INDUCTIVE PULSE GENERATOR

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров, электрогидравлических устройств.
Известен индуктивно-импульсный генератор [RU 2682367 U1, МПК Н03К 17/08 2006.01, опубл. 19.03.2019], содержащий первую катушку индуктивности, подключенную через коммутатор к источнику постоянного тока, конденсатор, включенный параллельно коммутатору и нагрузку. К входному зажиму первой катушки индуктивности, образующему первую общую точку со вторым выводом конденсатора и выходным зажимом коммутатора, подключен входной зажим второй катушки индуктивности, имеющей от 1,1 до 10 раз меньшую индуктивность и от 1,1 до 10 раз меньшую добротность, чем первая катушка индуктивности. Выходной зажим второй катушки индуктивности соединён во вторую общую точку с анодом первого вентиля и с выходным зажимом нагрузки. Катод первого вентиля включен в третью общую точку с минусовым зажимом источника постоянного тока, с выходным зажимом первой катушки индуктивности и с анодом второго вентиля, катод которого подключен к входному зажиму нагрузки.
До размыкания коммутатора обе катушки индуктивности включены параллельно источнику постоянного тока и ток через него в соответствии с первым законом Кирхгофа равен сумме токов обоих катушек индуктивности. Таким образом, для работы индуктивно-импульсного генератора требуется источник постоянного тока большой мощности.
Предлагаемое изобретение позволяет уменьшить величину тока, протекающего через источник постоянного тока до размыкания коммутатора, уменьшить мощность источника постоянного тока при сохранении параметров импульса в нагрузке.
Индуктивно-импульсный генератор, так же как и устройство прототипа, содержит первую катушку индуктивности, подключенную через коммутатор к источнику постоянного тока, вторую катушку индуктивности, которая имеет от 1,1 до 10 раз меньшую индуктивность, чем первая катушка индуктивности, конденсатор, включенный параллельно коммутатору, нагрузку, первый и второй вентиль, входной зажим первой катушки индуктивности образует первую общую точку со вторым выводом конденсатора и выходным зажимом коммутатора.
Согласно изобретению к первой общей точке подключен катод первого вентиля. Выходной зажим первой катушки индуктивности образует вторую общую точку с входными зажимами второй катушки индуктивности и нагрузки. Выходной зажим нагрузки соединен в третью общую точку с анодами первого и второго вентилей, а катод второго вентиля образует четвертую общую точку с выходным зажимом второй катушки индуктивности и с минусовым зажимом источника постоянного тока.
Изобретение имеет следующее преимущество перед устройством прототипа: благодаря предложенной схеме первая и вторая катушки индуктивности до размыкания коммутатора включены последовательно между собой и через обе катушки индуктивности протекает одинаковый ток, создаваемый источником постоянного тока, следовательно, уменьшается ток, протекающий через источник постоянного тока и уменьшается его мощность.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема индуктивно-импульсного генератора, на фиг. 2 - диаграмма тока в первой катушке индуктивности, на фиг. 3 - диаграмма тока во второй катушке индуктивности, 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 к первому выводу конденсатора 3, выходной зажим коммутатора 2 соединен в первую общую точку со вторым выводом конденсатора 3, входным зажимом первой катушки индуктивности 4 и с катодом первого вентиля 5. Выходной зажим первой катушки индуктивности 4 соединен во вторую общую точку с входными зажимами второй катушки индуктивности 6 и нагрузки 7. Вторая катушка индуктивности 6 имеет от 1,1 до 10 раз меньшую индуктивность, чем первая катушка индуктивности 4. Выходной зажим нагрузки 7 соединен в третью общую точку с анодами первого вентиля 5 и второго вентиля 8, а катод второго вентиля 8 образует четвертую общую точку с выходным зажимом второй катушки индуктивности 6 и с минусовым зажимом источника постоянного тока 1.
Устройство работает следующим образом.
L4
-
L6
-
L4
-
L6
-
0
0
L4
+
L4
-
L4
L6
+
Lк
-
L6
L4
L6
Источник постоянного тока 1 при замыкании коммутатора 2 в нулевой момент времени создает в первой катушке индуктивности 4 ток 9 I(0) (фиг. 2), а во второй катушке индуктивности 6 ток 10 I(0)(фиг. 3). Поскольку обе катушки включены последовательно, то I(0) = I(0). В момент времени tкоммутатор 2 размыкается и в соответствии с обобщенным законом коммутации суммарное потокосцепление первой катушки индуктивности 4 и второй катушки индуктивности 6 в момент времени tне может измениться скачком, следовательно, в первой катушке индуктивности 4, имеющей большую индуктивность, чем вторая катушка индуктивности 6, возникает скачок тока 11, равный (I(0) - I(0)). Ток Iне изменяет своего направления (фиг. 2) и будет замыкаться через нагрузку 7 и первый вентиль 5. Во второй катушке индуктивности 6 ток меняет свое направление на противоположное и возникает скачок тока 12 равный (I(0) - (- I(0)) (фиг. 3), при этом ток I будет замыкаться через нагрузку 7 и второй вентиль 8. Таким образом, в нагрузке 7 формируется импульс тока 13 (фиг. 4), равный сумме токов I+I. Возникающее перенапряжение на коммутаторе 2 при его размыкании уменьшается при помощи конденсатора 3.
св
С помощью программы Multisim были проведены исследования модели индуктивно-импульсного генератора со следующими параметрами: напряжение источника постоянного тока 1 - 100 В, внутреннее сопротивление - 1 Ом, индуктивность первой катушки индуктивности 4 - 100 мГн, активное сопротивление - 1 Ом, индуктивность второй катушки индуктивности 5 - 10 мГн, активное сопротивление - 0,5 Ом, сопротивление активной нагрузки 7 - 10 Ом, коэффициент индуктивной связи катушек К =0,8. Ток до размыкания коммутатора 2, протекающий через источник постоянного тока 1 и последовательно включенные катушки индуктивности 4 и 6 составил 40,3 А. При размыкании коммутатора 2 амплитуда импульса тока в нагрузке 7 составила 90 А при длительности импульса 40 мс.
В устройстве прототипа при тех же параметрах схемы ток, протекающий через источник постоянного тока до размыкания коммутатора, составил 74,5 А, величина тока в нагрузке после размыкания коммутатора составила 82 А при длительности импульса 25 мс.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет уменьшить величину тока, протекающего через источник постоянного тока до размыкания коммутатора 2, уменьшить мощность источника постоянного тока 1 при сохранении параметров импульса в нагрузке 7.