ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА

Полезная модель относится к импульсной технике и может применяться в источниках питания ускорителей, плазмотронов, лазеров и т.п.
Известен генератор импульсов тока на основе индуктивного накопителя, содержащий однофазный ударный генератор, подключенный через тиристор к индуктивному накопителю, вентиль, быстродействующий размыкатель и нагрузку [А.с. №1294260, МКИ Н 03 К 3/53, 1987]. Недостатком такого устройства является наличие быстродействующего размыкателя, разрывающего шунтирующую цепь индуктивного накопителя в момент передачи накопленной энергии в нагрузку, что значительно увеличивает габариты и ухудшает надежность работы устройства.
Известен генератор импульсов тока, выбранный в качестве прототипа, содержащий однофазный ударный генератор, статорная обмотка которого подключена через первый тиристор к индуктивному накопителю, первый конденсатор, подключенный через коммутатор на часть витков статорной обмотки ударного генератора, второй, третий и четвертый тиристоры, второй конденсатор, последовательно включенные вентиль и нагрузку, включенные так, что параллельно первому тиристору подключены последовательно соединенные второй конденсатор и второй тиристор таким образом, что минусовая обкладка второго конденсатора подключена к аноду первого тиристора, а катод второго тиристора подключен к катоду первого тиристора, к точке соединения плюсовой обкладки второго конденсатора и анода второго тиристора подключен катод третьего тиристора, анод которого образует общую точку с выходным зажимом индуктивного накопителя, обкладкой первого конденсатора и выходным зажимом статорной обмотки ударного генератора. Параллельно индуктивному накопителю подключены четвертый тиристор, анодом соединенный с общей точкой, и цепь, содержащая последовательно соединенные сопротивление нагрузки и вентиль, анодом соединенный с общей точкой. [А.с. №2017329, МПК Н 03 К 3/53, опубл. 30.07.94 Бюл. №14]. Недостатком данного устройства является использование ударного генератора в качестве источника для накопления энергии в индуктивном накопителе. Ударный генератор является весьма дорогостоящим и сложным в изготовлении, а также имеющим большие массогабаритные показатели устройством, что значительно усложняет конструкцию генератора импульсов тока и увеличивает его стоимость. Кроме того, величина запасаемой в индуктивном накопителе энергии ограничивается внутренним сопротивлением ударного генератора, что уменьшает величину и мощность передаваемого в нагрузку импульса тока.
Задачей полезной модели является увеличение мощности импульса тока в нагрузке, а также уменьшение массогабаритных показателей устройства и его стоимости.
Данная цель достигается тем, что в генератор импульсов тока, содержащий источник электроэнергии, индуктивный накопитель, параллельно которому включены тиристор и ветвь с последовательно включенными вентилем и сопротивлением нагрузки так, что катод тиристора и выходной зажим сопротивления нагрузки подключены к входному зажиму индуктивного накопителя и образуют первую общую точку, катод вентиля подключен к входному зажиму сопротивления нагрузки, а аноды тиристора и вентиля соединены во вторую общую точку с выходным зажимом индуктивного накопителя и входным зажимом источника электроэнергии, согласно полезной модели, в качестве источника электроэнергии выбран источник постоянного тока, а также дополнительно введены коммутатор, балластное сопротивление, конденсатор и дроссель с прямоугольной петлей гистерезиса, включенные так, что источник постоянного тока, коммутатор и балластное сопротивление соединены последовательно в одной ветви таким образом, что плюсовой зажим источника постоянного тока подключен к входному зажиму коммутатора, выходной зажим которого подключен к входному зажиму балластного сопротивления. При
этом выходной зажим балластного сопротивления подключен к входному зажиму дросселя и к плюсовому зажиму конденсатора, выходной зажим дросселя подключен к первой общей точке, а минусовые зажимы источника постоянного тока и конденсатора подключены ко второй общей точке.
Полезная модель имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:
1. Благодаря применению источника постоянного тока, например промышленной сети с выпрямителем вместо ударного генератора, значительно снижаются массогабаритные показатели устройства и его стоимость.
2. Применение конденсатора, заряжаемого от источника постоянного тока через балластное сопротивление и формирующего импульсы тока в индуктивном накопителе, позволяет увеличить величину энергии запасаемую в индуктивном накопителе и величину импульса тока в сопротивлении нагрузки, так как внутреннее сопротивление конденсатора в момент разряда близко к нулю.
3. Применение дросселя с прямоугольной петлей гистерезиса позволяет формировать максимальные импульсы тока в индуктивном накопителе после заряда конденсатора до заданного напряжения, что также увеличивает запасаемую в индуктивном накопителе энергию.
На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства, на фиг.2 - диаграммы токов и напряжений, на фиг.3 приведена вебер-амперная характеристика дросселя.
Устройство содержит источник постоянного тока 1, плюсовой зажим которого через коммутатор 2 и балластное сопротивление 3 подключен к плюсовому выводу конденсатора 4 и к входному зажиму дросселя 5. Выходной зажим дросселя 5 образует первую общую точку с входным зажимом индуктивного накопителя 6, катодом тиристора 7 и выходным зажимом сопротивления нагрузки 8. Вентиль 9 включен последовательно с сопротивлением нагрузки 8, таким образом, что его катод подключен к входному зажиму сопротивления нагрузки 8, а анод образует вторую общую точку с анодом тиристора 7, с выходным зажимом индуктивного накопителя бис минусовыми зажимами конденсатора 4 и источника постоянного тока 1.
На фиг.2 изображены диаграмма 10 напряжения на конденсаторе 4, диаграмма 11 тока конденсатора 4, диаграмма 12 тока в индуктивном накопителе 6 и диаграмма 13 тока в сопротивлении нагрузки 8.
0
2
ь
3
6
5
Устройство работает следующим образом. При замыкании коммутатора 2 в момент времени t источник постоянного тока 1 через балластное сопротивление 3 начинает заряжать конденсатор 4. Дроссель 5 благодаря прямоугольной вебер-амперной характеристике (фиг.3) находится в закрытом состоянии, его потокосцепление ψ=0 и, следовательно ток 11 также равен нулю. В момент времени t, когда напряжение 10 на конденсаторе 4 достигает максимального значения, потокосцепление дросселя 5 также достигает максимального значения ψ дроссель 5 переходит в состояние насыщения, его индуктивное сопротивление уменьшается до нуля и конденсатор 4 формирует в индуктивном накопителе 6 импульс тока 11. В момент времени t; включается тиристор 7, который шунтирует индуктивный накопитель 6 и через него протекает ток 12, одновременно с этим начинается новый заряд конденсатора 4 и напряжение 10 начинает увеличивается. В момент времени t, когда ток 11 конденсатора 4 уменьшается до нуля, потокосцепление ψ дросселя 5 также уменьшается до нуля и дроссель 5 переходит в непроводящее состояние. В момент времени t, когда напряжение 10 на конденсаторе 4 вновь достигает максимума, дроссель 5 переходит вновь в состояние насыщения и происходит новый разряд конденсатора 4 на индуктивный накопитель 6. В момент времени t ток 11 конденсатора 4 превышает ток индуктивного накопителя 11, при этом закрывается тиристор 7 и цикл накопления энергии повторяется до тех пор, пока величина тока 12 в индуктивном накопителе 6 не достигает установившегося значения. Для примера на фиг.2 показаны 3 цикла накопления энергии, что вполне достаточно для объяснения работы устройства. В момент времени 1б, когда ток 12
индуктивного накопителя 6 достигает максимального установившегося значения, размыкается коммутатор 2, на тиристор 7 не подается запускающий импульс и параллельно индуктивному накопителю 6 подключается ветвь с последовательно включенными сопротивлением нагрузки 8 и вентилем 9, при этом в сопротивлении нагрузки 8 формируется импульс тока 13, после чего устройство возвращается в исходное состояние.
Проведенные расчеты показывают, что предложенное схемное решение позволяет увеличить импульс тока в нагрузке на 10-15%, кроме того замена ударного генератора в несколько раз уменьшает массогабаритные показатели и стоимость заявляемого устройства.