ИНДУКТИВНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР
INDUCTIVE PULSE GENERATOR

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров, электрогидравлических устройств.
Н03К17/08
Известен индуктивно-импульсный генератор [RU 130168 U1, МПК  (2006.01), опубл. 10.07.2013], 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 подключён параллельно коммутатору.
После размыкания коммутатора только часть запасённой энергии через повышающий трансформатор передаётся в нагрузку. При больших значениях тока возникает эффект насыщения стали магнитопровода повышающего трансформатора, вследствие чего коэффициент связи первичной и вторичной обмоток уменьшается и увеличиваются потери в стали магнитопровода трансформатора. Следовательно, снижается доля энергии, передаваемой в нагрузку, что приводит к уменьшению величины и мощности импульса тока в нагрузке.
Предлагаемое изобретение позволяет увеличить величину и мощность импульса тока в нагрузке путём увеличения доли энергии, передаваемой в нагрузку.
Индуктивно-импульсный генератор, так же как в прототипе, содержит первую катушку индуктивности, подключённую через коммутатор к плюсовому зажиму источника постоянного тока, конденсатор, включенный параллельно коммутатору и нагрузку.
Согласно изобретению индуктивно-импульсный генератор дополнительно содержит вторую катушку индуктивности, причем индуктивности первой и второй катушки индуктивности одинаковы. Каждая катушка индуктивности выполнена с отводом от части витков, который делит её на две части так, что индуктивность одной части витков больше индуктивности другой части витков в 2 - 10 раз. К входному зажиму первой катушки индуктивности, которым является вывод от её большей части витков, подключен входной зажим второй катушки индуктивности, которым является вывод от её меньшей части витков. К отводу первой катушки индуктивности подключён анод вентиля, катод которого подключён к входному зажиму нагрузки. Выходной зажим нагрузки подключён к отводу второй катушки индуктивности. Выходной зажим первой катушки индуктивности, которым является вывод от её меньшей части витков, и выходной зажим второй катушки индуктивности, которым является вывод от её большей части витков, подключены к минусовому зажиму источника постоянного тока.
Предложенные индуктивно-импульсный генератор имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:
в предложенной схеме до размыкания коммутатора первая и вторая катушка индуктивности подключены параллельно источнику постоянного тока, что позволяет увеличить запасаемую устройством электромагнитную энергию;
при размыкании коммутатора в соответствии с обобщёнными законами коммутации возникают два одинаковых импульса тока, которые суммируются и формируют импульс тока в нагрузке, имеющий на 10-20% большую величину и мощность, чем импульс тока в устройстве прототипа.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема индуктивно-импульсного генератора, на фиг. 2 – диаграмма тока в большей части витков первой и второй катушек индуктивности, на фиг. 3 - диаграмма тока в меньшей части витков первой и второй катушек индуктивности, на фиг. 4 – импульс тока в нагрузке, создаваемый большей и меньшей частью витков катушек, на фиг. 5 - суммарный импульс тока в нагрузке.
Индуктивно-импульсный генератор содержит источник постоянного тока 1 (фиг. 1), плюсовой зажим которого подключён к входному зажиму коммутатора 2 и первому выводу конденсатора 3. Первая катушка индуктивности 4-5 разделена отводом на две неравные части, причём большая часть витков 4 катушки имеет величину индуктивности которая в 2 –10 раз превышает величину индуктивности меньшей части её витков 5.Вторая катушка индуктивности 6-7 разделена отводом на две неравные части: большая часть витков 7 катушки имеет величину индуктивности, которая в 2 –10 раз превышает величину индуктивности меньшей части её витков 6. Выходной зажим коммутатора 2 соединён со вторым выводом конденсатора 3, с входным зажимом вывода от большей части витков 4 первой катушки индуктивности 4-5 и с входным зажимом вывода от меньшей части витков 6 второй катушки индуктивности 6-7. Выходной зажим вывода от меньшей части витков 5 первой катушки индуктивности 4-5 и выходной зажим вывода от большей части витков 7 второй катушки индуктивности 6-7 подключены к минусовому зажиму источника постоянного тока 1. К отводу первой катушки индуктивности 4-5 подключён анод вентиля 8, катод которого подключён к входному зажиму нагрузки 9, выходной зажим нагрузки 9 подключён к отводу второй катушки индуктивности 6-7.
Lк
-
Lк
-
0
Lк
-
Lк
+
к
-
Lк
+
Устройство работает следующим образом. Источник постоянного тока 1 при замыкании коммутатора 2 в нулевой момент времени создаёт в первой катушке индуктивности 4-5 ток 10 I(0) (фиг. 2), а во второй катушке индуктивности 6-7 равный по величине ток 11 I(0) (фиг. 3). После размыкания коммутатора 2 в момент времени tвозникает контур, образованный большей частью витков 4 первой катушки индуктивности 4-5, меньшей частью витков 6 второй катушки индуктивности 6-7 и последовательно включёнными между отводами катушек вентилем 8 и нагрузкой 9. Поскольку индуктивность большей части витков 4 первой катушки индуктивности 4-5 в 2–10 раз превышает индуктивность меньшей части витков 6 второй катушки индуктивности 6-7, в соответствии с обобщёнными законами коммутации суммарное потокосцепление частей катушек 4 и 6 не может измениться мгновенно. При этом в большей части витков 4 первой катушки индуктивности 4-5 возникает бросок тока 12 равный (I(0) - I(0)), причём ток не изменяет своего направления. В меньшей части витков 6 второй катушки индуктивности 6-7 ток меняет своё направление на противоположное и возникает скачок тока 13 равный (I(0) - (- I(0))), при этом в нагрузке 9 формируется импульс тока 14 (фиг. 4), проходящий через вентиль 8. Аналогично работает контур, образованный меньшей частью витков 5 первой катушки индуктивности 4-5, большей частью витков 7 второй катушки индуктивности 6-7 и последовательно включёнными между отводами катушек вентилем 8 и нагрузкой 9. Возникающий импульс тока, равный по величине импульсу тока 14, также будет проходить через вентиль 8 и нагрузку 9. Таким образом, оба импульса тока 14 складываются и формируют в нагрузке 9 импульс тока 15 (фиг.5).
Возникающее перенапряжение на коммутаторе 2 при его размыкании уменьшается при помощи конденсатора 3.
С помощью программы Multisim были проведены исследования реальной модели индуктивно-импульсного генератора со следующими параметрами: напряжение источника постоянного тока 1 – 10 В, внутреннее сопротивление – 0.1 Ом, индуктивности большей части витков 4 и 7 катушек индуктивностей 4-5 и 6-7 – 69 мГн, индуктивности меньшей части витков 5 и 6 катушек индуктивностей 4-5 и 6-7  –  7 мГн, активное сопротивление катушек индуктивностей 4-5 и 6-7 – 5.9 Ом, сопротивление активной нагрузки 9 – 11 Ом. При размыкании коммутатора 2 в нагрузке 9 формируется импульс тока 15 амплитудой 2,8 А и длительностью 9,95 мс. Амплитудная мощность импульса тока 15 составила 86,24 Вт.
В устройстве прототипа при формировании импульса тока в нагрузке потери энергии в магнитопроводе повышающего трансформатора за счёт эффекта насыщения стали увеличиваются на 10– 20%. Таким образом, заявляемое устройство позволяет на 10 – 20% увеличить долю энергии, передаваемой в нагрузку и соответственно на 10 – 20% увеличить величину и мощность импульса тока в нагрузке.