КОНЦЕНТРАТОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИМПУЛЬСА

Полезная модель относится к силовой электронике и может быть использована в системах зажигания топливных двигателей, например, авиационно-космических, а также в испытательных стендах для проверки стойкости электронного оборудования к мощным и сверхмощным электромагнитньм импульсам.
Известны испытательные концентраторы электромагнитного импульса аналоги, содержащие генератор импульсов со схемой управления и токовую формирующую обмотку, подключенную к выходным выводам канала генерирования импульсного тока (Болдырев В.Г., Булеков В.П., Резников С.Б. «Электротехническая совместимость электрооборудования автономных систем. М. Энергоатомиздат, 1995, стр.296, рис.7.3)
Недостатком известных испытательных концентраторов электромагнитного импульса (аналогов) является слабое проявление электрической составляющей поля электромагнитного импульса.
Известен концентратор электромагнитного импульса (аналог), содержащий электропроводящую экранирующую камеру, тиристор, узел поджига, зарядное устройство с емкостным накопителем и электроды. (Патент на полезную модель №74483, Концентратор электромагнитного импульса. Милославский А.Р., Князев А.П., Резников С.Б., Булеков В.П., Болдырев В.Г., Бочаров В.В., Бюл. №18 от 27.06.2008 г.)
Недостатком известного концентратора электромагнитного импульса (аналога) также является слабое проявление электрической составляющей поля электромагнитного импульса, ограниченное напряжением зарядки емкостного накопителя и недостаточное для реализации пробоя высоковольтного межэлектродного разрядного промежутка или индуцирования достаточной ЭДС в испытуемом фрагменте кабеля.
Известен концентратор электромагнитного импульса (прототип), содержащий формирующие обмотки, электропроводящую экранирующую камеру, управляемый ключ, зарядное устройство с накопительным конденсатором, блок управления, замкнутый магнитопроводящий сердечник и два взаимно раздвинутых электрода, образующие вместе с сердечником полость, в которую можно поместить линейный фрагмент кабеля испытуемого оборудования. (Патент на полезную модель №96259. Концентратор электромагнитного импульса. Резников С.Б., Парфенов Е.В. Бюл. №20 от 20.07.1010 г.)
Недостатком известного концентратора электромагнитного импульса (прототипа) также является слабое проявление электрической составляющей поля электромагнитного импульса, ограниченное напряжением зарядки емкостного накопителя и недостаточное для реализации пробоя высоковольтного межэлектродного разрядного промежутка или индуцирования достаточной ЭДС в испытуемом фрагменте кабеля.
Техническим результатом предложения является повышение энергии генерируемых импульсов за счет усиления электрической составляющей их электромагнитного поля.
Указанный результат обеспечивается благодаря тому, что в концентратор электромагнитного импульса, содержащий, формирующую обмотку, электропроводящую экранирующую камеру, первый управляемый ключ и зарядное устройство с накопительным конденсатором, положительный вывод которого подключен к первому силовому выводу первого управляемого ключа, а отрицательный - к точке заземления экранирующей камеры, блок управления, первый выход которого подключен к управляющим выводам первого управляемого ключа, а также два взаимно раздвинутых электрода, причем анодный электрод подключен через формирующую обмотку ко второму силовому выводу первого управляемого ключа, а катодный электрод - к точке заземления экранирующей камеры, согласно предлагаемой полезной модели, что в него введены второй управляемый ключ, диод, вспомогательный диод и двухобмоточная катушка зажигания, первичная обмотка которой своим первым выводом через второй управляемый ключ подключена к отрицательному выводу накопительного конденсатора, а через диод - к его положительному выводу, а вторичная обмотка к электродам, при этом зарядное устройство выполнено в виде последовательной дроссельно-ключевой цепочки, подключенной своими силовыми выводами к входным выводам концентратора, управляемый ключ дроссельно-ключевой цепочки своим первым силовым выводом подключен к положительному выводу накопительного конденсатора, а вторым через вспомогательный диод - к отрицательному выводу накопительного конденсатора и непосредственно - ко второму выводу первичной обмотки катушки зажигания, при этом второй управляемый ключ и управляемый ключ дроссельно-ключевой цепочки управляющими выводами подключены к второму и третьему выходам блока управления соответственно, а так же благодаря тому, что электроды выполнены с разрядными остриями, разделенными разрядным промежутком.
На Фиг. представлена принципиальная схема силовой части предлагаемого концентратора электромагнитного импульса.
Концентратор электромагнитного импульса содержит формирующую обмотку 1, электропроводящую экранирующую камеру 2, первый управляемый ключ 3, зарядное устройство 4 с накопительным конденсатором 5, блок управления 6, два взаимно раздвинутых электрода 7, 8, второй управляемый ключ 9, диод 10, двухобмоточную катушку зажигания 11 с первичной 12 и вторичной 13 обмотками. Зарядное устройство 4 выполнено в виде дроссельно-ключевой цепочки 14-15 состоящей из дросселя 14 и ключа 15, подключенной своими силовыми выводами к входным выводам 16, 17 устройства. При этом управляемый ключ 15 своим первым силовым выводом подключен к положительному выводу накопительного конденсатора, 5 а вторым через вспомогательный диод 18 - к отрицательному его выводу и непосредственно - ко второму выводу первичной обмотки 12 катушки зажигания 11.
Положительный вывод накопительного конденсатора 5 подключен к первому силовому выводу первого управляемого ключа 3, а отрицательный - к точке заземления экранирующей камеры 2. Первый и второй выходы схемы управления 6 подключены к управляющим выводам первого управляемого ключа 3 и зарядного устройства 4. Анодный электрод 7 подключен через формирующую обмотку 1 ко второму силовому выводу первого управляемого ключа 3, а катодный электрод 8 - к точке заземления экранирующей камеры 2.
Первичная обмотка 12 катушки зажигания 11 своим первым выводом через второй управляемый ключ 9 подключена к отрицательному выводу накопительного конденсатора 5, а через диод 10 - к его положительному выводу. Вторичная обмотка 13 катушки зажигания 11 подключена к электродам 7, 8, которые выполнены с разрядными остриями, разделенными разрядным промежутком.
В качестве управляемых ключей 3, 9 и 15 могут быть использованы транзисторы или запираемые по управлению тиристоры. Катушка зажигания выполнена с антинасыщающим зазором в магнитопроводе.
Предлагаемый концентратор электромагнитного импульса работает следующим образом.
Входные выводы 16, 17 устройства подключают к источнику питания постоянного тока. В исходном состоянии все управляемые ключи 3, 9, 15 выключены, а накопительный конденсатор 5 заряжен по цепи 16-14-5-18-17 до напряжения источника питания.
По сигналу блока управления 6 включаются ключ 15 дроссельно-ключевой цепочки и второй управляемый ключ 9, после чего одновременно происходит накопление электромагнитной энергии в дросселе 14 по цепи 16-14-15-17 и в первичной обмотке 12 катушки зажигания 11 по цепи 5-15-12-9-5. По достижении током первичной обмотки 12 заданной величины по сигналу блока управления 6 производится выключение ключей 9, 15 и одновременное или с небольшим запаздыванием включение первого управляемого ключа 3. Энергия, накопленная к этому моменту в дросселе 14, передается благодаря ЭДС самоиндукции накопительному конденсатору 5 по цепи 16-14-5-18-17, добавляя при этом дозу энергии от источника питания. Энергия, накопленная в катушке зажигания 11, передается (согласно электротехническому закону сохранения суммарного потокосцепления взаимоиндуктивно связанных цепей) передается в цепь вторичной обмотки 13 катушки зажигания 11 и благодаря наведенной в ней высоковольтной ЭДС индукции пробивает искровой промежуток между электродами 7, 8, выделяя в нем указанную энергию. В этом же промежутке выделяется относительно большая энергия накопительного конденсатора 5 с импульсным током по цепи 5-3-1-7-8-5. После этого вышеуказанные процессы могут периодически повторяться с заданной частотой повторения электромагнитных импульсов.
В предлагаемом устройстве существенной по величине является не только магнитная составляющая поля электромагнитного импульса, определяемая током разряда накопительного конденсатора, но и электрическая составляющая поля указанного импульса, определяемая высоковольтной ЭДС индукции вторичной обмотки катушки зажигания. Этим и объясняется технический результат предлагаемого устройства.