RU130168U1

RU130168U1 - INDUCTIVE-PULSE GENERATOR

Info

Publication number: RU130168U1
Application number: RU2013111033/08U
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Пустынников
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2013-07-10

Abstract

Индуктивно-импульсный генератор, содержащий конденсатор, повышающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена последовательно через коммутатор к источнику постоянного тока, а вторичная обмотка подключена к нагрузке, отличающийся тем, что 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 подключен параллельно коммутатору.An inductive-pulse generator containing a capacitor raising a transformer, the primary winding of which is connected in series through a switch to a DC source, and the secondary winding is connected to a load, characterized in that an inductor having from 1.1 to 2 is connected in parallel with the primary winding of the step-up transformer times the inductance and from 1.1 to 2 times higher quality factor than the inductance and quality factor of the primary winding of the step-up transformer, and the capacitor is connected in parallel to to the commutator.

Description

Полезная модель относится к импульсной технике и может быть использована для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров.The utility model relates to pulsed technology and can be used to power accelerators, plasmatrons, lasers.

Известна индукционная катушка Румкорфа [Чернихов Ю.В., /Индукционная катушка Румкорфа, //Электропанорама, N6, 2008, Киев, с.95-98] - устройство для получения импульсов высокого напряжения, выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит повышающий трансформатор, первичная обмотка которого, имеющая малое число витков, подключена последовательно через коммутатор и прерыватель к источнику постоянного тока, а вторичная обмотка, имеющая большое число витков, подключена к нагрузке. Параллельно прерывателю подключен конденсатор.Known induction coil of Rumkorf [Chernikhov Yu.V., / Induction coil of Rumkorf, // Electropanorama, N6, 2008, Kiev, p.95-98] - a device for producing high voltage pulses, selected as a prototype. The device contains a step-up transformer, the primary winding of which having a small number of turns is connected in series through a switch and a chopper to a direct current source, and the secondary winding having a large number of turns is connected to the load. A capacitor is connected in parallel to the circuit breaker.

Недостатком такого устройства является низкое напряжение вторичной обмотки и не большая величина мощности импульса тока в нагрузке.The disadvantage of this device is the low voltage of the secondary winding and a small amount of power of the current pulse in the load.

Задачей полезной модели является увеличение величины напряжения и мощности импульса тока в нагрузке.The objective of the utility model is to increase the magnitude of the voltage and power of the current pulse in the load.

Данная задача достигается тем, что индуктивно-импульсный генератор, так же как и устройство прототипа содержит конденсатор, повышающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена последовательно через коммутатор к источнику постоянного тока, а вторичная обмотка подключена к нагрузке.This task is achieved in that the inductive-pulse generator, like the prototype device, contains a capacitor that increases the transformer, the primary winding of which is connected in series through the switch to a constant current source, and the secondary winding is connected to the load.

Согласно полезной модели, 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 подключен параллельно коммутатору.According to a utility model, an inductance coil is connected parallel to the primary winding of the step-up transformer, having from 1.1 to 2 times greater inductance and from 1.1 to 2 times greater Q factor than the inductance and quality factor of the primary winding of the step-up transformer, and the capacitor is connected in parallel with the switch.

Полезная модель имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:The utility model has the following advantages over the prototype device:

1. Благодаря подключению параллельно первичной обмотке повышающего трансформатора катушки индуктивности, имеющей 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, в первичной обмотке повышающего трансформатора при размыкании коммутатора ток изменяется не от своего начального значения до нуля, как в устройстве прототипа, а от своего начального значения до отрицательного начального значения величины тока катушки индуктивности. Следовательно, бросок тока в первичной обмотке повышающего трансформатора полезной модели может в 1.1-2 раза превышать аналогичный бросок тока первичной обмотки повышающего трансформатора устройства прототипа, что приводит к увеличению величины и мощности импульса тока в нагрузке в 1.1-3 раза.1. Due to connecting inductance coil parallel to the primary winding of the step-up transformer, having from 1.1 to 2 times greater inductance and from 1.1 to 2 times greater Q factor than the inductance and quality factor of the primary winding of the step-up transformer, in the primary winding of the step-up transformer, when the switch opens, the current does not change from its initial value to zero, as in the prototype device, and from its initial value to the negative initial value of the current value of the inductor. Therefore, the current surge in the primary winding of the boost transformer of the utility model can be 1.1-2 times higher than the similar surge of the primary winding of the boost transformer of the prototype device, which leads to an increase in the magnitude and power of the current pulse in the load by 1.1-3 times.

2. Поскольку катушка индуктивности, так же как и первичная обмотка повышающего трансформатора имеет небольшое число витков, то путем изменения числа витков катушки индуктивности в 1.1-2 раза можно в 1.1-2 раза изменять величину напряжения вторичной обмотки повышающего трансформатора и, следовательно, регулировать величину импульса тока и мощности в нагрузке без изменения параметров повышающего трансформатора.2. Since the inductor, as well as the primary winding of the step-up transformer, has a small number of turns, then by changing the number of turns of the inductance coil 1.1-2 times, you can change the voltage of the secondary winding of the step-up transformer 1.1-2 times and, therefore, adjust the value current pulse and power in the load without changing the parameters of the step-up transformer.

На фиг.1 представлена принципиальная схема индуктивно-импульсного генератора, на фиг.2 - диаграмма тока в катушке индуктивности, на фиг.3 - диаграмма тока в первичной обмотке повышающего трансформатора, на фиг.4 - импульс тока в нагрузке.Figure 1 presents a schematic diagram of an inductive-pulse generator, figure 2 is a diagram of the current in the inductor, figure 3 is a diagram of the current in the primary winding of a step-up transformer, figure 4 is a current pulse in the load.

Индуктивно-импульсный генератор содержит источник постоянного тока 1 (фиг.1), плюсовой зажим которого подключен к входному зажиму коммутатора 2 и первому выводу конденсатора 3. Выходной зажим коммутатора 2 соединен в первую общую точку со вторым выводом конденсатора 3 и входными зажимами первичной обмотки 4 повышающего трансформатора и катушки индуктивности 5. Минусовой зажим источника постоянного тока 1 соединен во вторую общую точку с выходными зажимами первичной обмотки 4 повышающего трансформатора и катушки индуктивности 5. Вторичная обмотка 6 повышающего трансформатора подключена к нагрузке 7.The inductive-pulse generator contains a direct current source 1 (Fig. 1), the positive terminal of which is connected to the input terminal of the switch 2 and the first output of the capacitor 3. The output terminal of the switch 2 is connected to the first common point with the second output of the capacitor 3 and the input terminals of the primary winding 4 step-up transformer and inductor 5. The minus clamp of the DC source 1 is connected to the second common point with the output terminals of the primary winding 4 of the step-up transformer and inductor 5. Secondary 6 boosting transformer coil connected to the load 7.

Устройство работает следующим образом. Источник постоянного тока 1 при замыкании коммутатора 2 в нулевой момент времени создает в катушке индуктивности 5 ток 8 I_L(0_-)_К (фиг.2), а в первичной обмотке повышающего трансформатора 4 ток 9 I_L(0_-)_П (фиг.3), которые протекают от плюса к минусу источника постоянного тока 1. Первичная обмотка повышающего трансформатора 4 и катушка индуктивности 5 включены параллельно и величины токов в них определяются их добротностью. Поскольку добротность катушки индуктивности 5 в 1.1-2 раза выше добротности первичной обмотки повышающего трансформатора 4, то величина тока 8 I_L(0_-)_К в 1.1-2 раза превышает величину тока 9 I_L(0_-)_П. В момент времени t₀ коммутатор 2 размыкается и первичная обмотка повышающего трансформатора 4 и катушка индуктивности 5 будут включены последовательно и по ним будет протекать общий ток I_L(0₊)_К. В соответствии с обобщенным законом коммутации суммарное потокосцепление первичной обмотки повышающего трансформатора 4 и катушки индуктивности 5 в момент времени t₀ не может измениться скачком, следовательно, в катушке индуктивности 5, имеющей большую индуктивность и более высокую добротность, чем первичная обмотка трансформатора 4, формируется импульс тока 10, равный (I_L(0_-)_К-I_L(0₊)_К), причем ток не изменяет своего направления. В первичной обмотке 4 повышающего трансформатора ток меняет свое направление на противоположное и формируется импульс тока 11 равный (I_L(0_-)_П-(-I_L(0₊)_К)). Под действием импульса тока 11 во вторичной обмотке 6 повышающего трансформатора возникает импульс тока 12 (фиг.4), подающийся в нагрузку 7. Возникающее перенапряжение на коммутаторе 2 при его размыкании уменьшается при помощи конденсатора 3.The device operates as follows. DC source 1 when the switch 2 is closed at zero time creates a current of 8 I _L (0 _- ) _K in the inductor 5 (Fig. 2), and a current of 9 I _L (0 _- ) _P in the primary winding of the step-up transformer 4 (Fig. .3), which flow from the plus to the minus of the direct current source 1. The primary winding of the step-up transformer 4 and the inductor 5 are connected in parallel and the currents in them are determined by their quality factor. Since the Q of the inductor 5 in 1.1-2 times higher Q-up transformer primary winding 4, the current value of 8 I _L (0 _-) _K in 1.1-2 times the amount of current 9 I _L (0 _-) _n. At time t _0, switch 2 is opened and the primary winding of step-up transformer 4 and inductor 5 will be connected in series and a common current I _L (0 ₊ ) _K will flow through them. In accordance with the generalized switching law, the total flux linkage of the primary winding of step-up transformer 4 and inductor 5 at time t ₀ cannot change abruptly, therefore, an impulse is formed in the inductor 5, which has a larger inductance and higher quality factor than the primary winding of transformer 4 current 10 equal to (I _L (0 _- ) _К -I _L (0 ₊ ) _К ), and the current does not change its direction. In the primary winding 4 of the step-up transformer, the current changes its direction to the opposite and a current pulse 11 is formed equal to (I _L (0 _- ) _P - (- I _L (0 ₊ ) _K )). Under the action of the current pulse 11 in the secondary winding 6 of the step-up transformer, a current pulse 12 appears (Fig. 4), which feeds into the load 7. The resulting overvoltage on the switch 2 when it opens is reduced by means of a capacitor 3.

С помощью программы Electronics Workbench были проведены исследования модели индуктивно-импульсного генератора с параметрами: напряжение источника постоянного тока 1-1 В, индуктивность первичной обмотки повышающего трансформатора 4-1 Гн, сопротивление первичной обмотки 4 повышающего трансформатора - 1 Ом, коэффициент трансформации повышающего трансформатора - 2, сопротивление нагрузки 7 вторичной обмотки 4 повышающего трансформатора - 100 Ом, индуктивность катушки индуктивности 5-1 Гн, активное сопротивление катушки индуктивности 5-0.5 Ом. При отключенной катушки индуктивности 5 импульс тока 12 в нагрузке 7 при размыкании коммутатора 2 составил 1.96 А, при подключенной катушки индуктивности 5 импульс тока 12 в нагрузке 7 при размыкании коммутатора 2 составил 5.36 А. Следовательно, при подключении параллельно первичной обмотке 4 повышающего трансформатора катушки индуктивности 5, имеющей индуктивность равную индуктивности вторичной обмотки 4 повышающего трансформатора и в 2 раза большую добротность, чем добротность первичной обмотки 4 повышающего трансформатора, величина импульса тока 12 в нагрузке 7 увеличилась в 2.7 раза.Using the Electronics Workbench program, studies were conducted on a model of an inductive-pulse generator with the following parameters: DC voltage source 1-1 V, primary winding inductance of a step-up transformer 4-1 GH, primary winding resistance of a step-up transformer 4 - 1 Ohm, step-up transformation ratio - 2, the load resistance 7 of the secondary winding 4 of the step-up transformer is 100 Ohms, the inductance of the inductor is 5-1 H, the active resistance of the inductor is 5-0.5 Ohms. When the inductor 5 is disconnected, the current pulse 12 in the load 7 when opening the switch 2 was 1.96 A, when the inductance 5 is connected the current pulse 12 in the load 7 when opening the switch 2 is 5.36 A. Therefore, when the step-up transformer of the inductor is connected in parallel to the primary winding 4 5, having an inductance equal to the inductance of the secondary winding 4 of the step-up transformer and 2 times higher quality factor than the quality factor of the primary winding 4 of the step-up transformer, pulse value eye 12 in the load 7 has increased 2.7 times.

Claims

An inductive-pulse generator containing a capacitor raising a transformer, the primary winding of which is connected in series through a switch to a DC source, and the secondary winding is connected to a load, characterized in that an inductor having from 1.1 to 2 is connected in parallel with the primary winding of the step-up transformer times the inductance and from 1.1 to 2 times higher quality factor than the inductance and quality factor of the primary winding of the step-up transformer, and the capacitor is connected in parallel to to the commutator.