RU133669U1 - Генератор импульсов высокого напряжения и электрошоковое устройство с таким генератором - Google Patents

Генератор импульсов высокого напряжения и электрошоковое устройство с таким генератором Download PDF

Info

Publication number
RU133669U1
RU133669U1 RU2013122909/08U RU2013122909U RU133669U1 RU 133669 U1 RU133669 U1 RU 133669U1 RU 2013122909/08 U RU2013122909/08 U RU 2013122909/08U RU 2013122909 U RU2013122909 U RU 2013122909U RU 133669 U1 RU133669 U1 RU 133669U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
transformer
generator
windings
winding
Prior art date
Application number
RU2013122909/08U
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Геннадьевич Юровский
Original Assignee
Открытое акционерное общество Омское производственное объединение "Радиозавод имени А.С. Попова" (РЕЛЕРО)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество Омское производственное объединение "Радиозавод имени А.С. Попова" (РЕЛЕРО) filed Critical Открытое акционерное общество Омское производственное объединение "Радиозавод имени А.С. Попова" (РЕЛЕРО)
Priority to RU2013122909/08U priority Critical patent/RU133669U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU133669U1 publication Critical patent/RU133669U1/ru

Links

Images

Abstract

1. Генератор импульсов высокого напряжения, содержащий выключатель, автономный источник питания, повышающий трансформатор, микроконтроллер, управляющий подачей питания на первичную обмотку повышающего трансформатора, и высоковольтный блок, включающий два накопительных конденсатора, подключенных к выходной обмотке повышающего трансформатора через диоды, и высоковольтный трансформатор с двумя вторичными обмотками, первый конденсатор последовательно соединен через высоковольтный ключ в виде газового или воздушного разрядника с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, а второй конденсатор через второй высоковольтный ключ связан со вторичными обмотками высоковольтного трансформатора, к выводам которых подключены выходные электроды, отличающийся тем, что обмотки высоковольтного трансформатора собраны на изоляционных каркасах цилиндрической формы, из которых каркасы вторичных обмоток выполнены в виде секционированных гильз, установленных соосно последовательно, и размещены коаксиально внутри каркаса первичной обмотки, при этом высоковольтный блок залит отверждаемым электроизоляционным компаундом с применением двухступенчатого вакуумирования и с образованием монолитного узла.2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электроизоляционного компаунда использован компаунд ЭЗК-6 без наполнителя.3. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что секции каждой гильзы сформированы посредством поперечных перегородок, разнесенных по длине гильзы и выполненных с радиальными пазами для перевода провода из секции в секцию при намотке, причем пазы всех перегородок расположены на одной линии �

Description

Область техники, к которой относится полезная модель Полезная модель относится к высоковольтной импульсной технике, и конкретно, к устройствам генерирования импульсов высокого напряжения на основе емкостных накопителей энергии, а также к электрошоковым устройствам с такими генераторами.
Уровень техники
Известно электрошоковое устройство (патент на изобретение RU 2108526, МПК: F41B 15/04, опубл. 10.04.98 г), содержащее батарею, преобразователь напряжения, повышающий напряжение батареи до 600-6000 В, накопительный конденсатор и высоковольтный трансформатор, подключенный параллельно конденсатору через разрядник, и дополнительный накопительный конденсатор, подключенный к преобразователю через диод, параллельно основному конденсатору. Высоковольтный трансформатор выполнен в виде автотрансформатора, средний вывод которого подключен к общей точке обоих конденсаторов и преобразователя. Один поражающий электрод подключен к концу высоковольтной обмотки автотрансформатора, а другой - к точке соединения дополнительного конденсатора и диода.
В упомянутом аналоге, как и в других известных электрошоковых устройствах, основу электрической схемы составляет генератор импульсов высокого напряжения, обеспечивающий получение на выходных электродах электрического разряда высокого напряжения, используемого для воздействия на живую цель с целью кратковременной парализации нервно-мышечной системы организма. От работы генератора зависит качество и эффективность работы всего электрошокового устройства.
Выполнение в известном устройстве выходного высоковольтного трансформатора по схеме автотрансформатора сопряжено с рядом технологических трудностей.
Известен генератор высоковольтных импульсов, предназначенный для генерирования импульсов высокого напряжения с коротким фронтом и плоской частью в различных высоковольтных устройствах (патент RU 2167491, МПК: H03K 3/02, опубл. 20.05.2001). Генератор включает последовательно соединенные источник импульсов и импульсный трансформатор со стержневым сердечником, в котором выполнено продольное отверстие для пропуска токопровода, соединяющего источник импульсов с первичной обмоткой, состоящей из n параллельных ветвей, к каждой из которых присоединены конденсаторы источника импульсов. В качестве недостатка известного решения можно отметить повышенные габариты устройства.
Известен высоковольтный генератор импульсов, предназначенный для преимущественного использования в электрошоковых устройствах (см. патент RU 2410835, МПК: H03K 3/00, опубл. 27.01.2011), содержащий автономный источник питания и связанный с ним преобразователь постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В, к выходу которого параллельно включены накопительный конденсатор и цепь из высоковольтного ключа и первичной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, и дополнительный накопительный конденсатор, заряжаемый от упомянутого преобразователя через диод, включенный параллельно выходной обмотке высоковольтного импульсного трансформатора, состоящей из двух взаимоизолированных секций, к концам которых подключены выходные электроды.
Однако упомянутый генератор не отличается высокой безопасностью работы, что обусловлено наличием гальванической связи между высоковольтным каскадом и остальными элементами схемы, в результате чего существует значительная вероятность электрического пробоя низковольтных элементов схемы, например, конденсаторов, возникшим емкостным разрядом, при этом сам пользователь может ощущать удар током средней силы.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого решения выбран генератор высоковольтных импульсов, входящий в состав электрошокового устройства, раскрытого в патенте США 2004156163, МПК H02H 1/00, оп. 12.08.2004 г. Согласно упомянутому патенту генератор высоковольтных импульсов содержит выключатель, автономный источник питания, повышающий трансформатор, микроконтроллер, управляющий подачей питания на первичную обмотку повышающего трансформатора, и высоковольтный блок, включающий два накопительных конденсатора, подключенных к выходной обмотке повышающего трансформатора через диоды, и высоковольтный трансформатор с двумя вторичными обмотками. Первый конденсатор соединен через высоковольтный ключ в виде газового или воздушного разрядника с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, а второй конденсатор через второй высоковольтный ключ связан со вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора. К выводам вторичных обмоток высоковольтного трансформатора подключены выходные электроды.
Ближайший аналог имеет следующие недостатки: относительно большие габариты и сложность изготовления трансформаторов, что обусловлено большим числом вторичных обмоток, и технологические сложности их изоляции для недопущения нештатных пробоев между витками обмоток.
Эти же недостатки присущи и в целом электрошоковому устройству по патенту US 2004156163.
Раскрытие полезной модели Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является минимизация размеров при одновременном обеспечении высокой безопасности и надежности работы устройства.
Техническим результатом заявляемой полезной модели стало уменьшение габаритных размеров, повышение изолированности между высоковольтной и низковольтной частями устройства, исключение нештатных пробоев между витками обмоток при любых значениях выходного напряжения.
Поставленная задача решена благодаря усовершенствованиям генератора импульсов высокого напряжения, содержащего выключатель, автономный источник питания, повышающий трансформатор, микроконтроллер, управляющий подачей питания на первичную обмотку повышающего трансформатора, и высоковольтный блок, включающий два накопительных конденсатора, подключенных к выходной обмотке повышающего трансформатора через диоды, и высоковольтный трансформатор с двумя вторичными обмотками, первый конденсатор последовательно соединен через высоковольтный ключ в виде газового или воздушного разрядника с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, а второй конденсатор через второй высоковольтный ключ связан со вторичными обмотками высоковольтного трансформатора, к выводам которых подключены выходные электроды.
Упомянутые усовершенствования, согласно заявляемой полезной модели, заключаются в том, что высоковольтный трансформатор выполнен без сердечника, при этом его обмотки собраны на изоляционных каркасах цилиндрической формы, из которых каркасы вторичных обмоток выполнены в виде секционированных гильз, установленных соосно, и размещены коаксиально внутри каркаса первичной обмотки. Высоковольтный блок залит отверждаемым электроизоляционным компаундом с применением двухступенчатого вакуумирования и с образованием монолитного узла.
Предложенное конструктивное исполнение высоковольтного трансформатора без сердечника, с обмотками, размещенными на электроизоляционных каркасах из полимерных материалов, а также бескорпусное исполнение высоковольтного блока в виде монолитного узла, образованного путем заливки отверждаемым компаундом, в совокупности способствует возможности миниатюризации устройства: уменьшению его массы и габаритов.
Однако в этом случае возникает проблема обеспечения электрической изоляции элементов устройства. Обмотки высоковольтного трансформатора не имеют между собой механического крепления, что обусловливает сложность затекания компаунда.
Благодаря применению в процессе заливки компаунда двухступенчатого вакуумирования обеспечивается равномерность заполнения компаундом всех промежутков между деталями блока и обмотками трансформатора, размещенными на коаксиальных каркасах, и возможность выхода на поверхность пузырьков воздуха. В результате обеспечивается надежная электрическая изоляция всех деталей высоковольтного блока и их защита от механических и прочих повреждений, исключаются нештатные пробои между витками обмоток высоковольтного трансформатора. Отпадает необходимость дополнительной защиты выводов.
Использование двухступенчатого преобразования напряжения источника питания: повышающий трансформатор - первая ступень, высоковольтный трансформатор - вторая ступень, позволяет разнести между собой в пространстве корпуса низковольтную и высоковольтную части устройства, что, в совокупности с упомянутым конструктивным исполнением высоковольтного блока способствует высокой надежности электрической изоляции входа от выхода устройства при любых значениях выходного напряжения.
Выполнение высоковольтного блока в виде единого монолитного узла позволяет использовать блочный принцип конструирования и ремонта при изготовлении различных устройств на основе предлагаемого генератора.
В качестве электроизоляционного компаунда предпочтительно использование эпоксидного компаунда без наполнителя, например ЭЗК-6. Использование компаунда без наполнителя дополнительно способствует равномерности заполнения промежутков между деталями блока и образованию монолитного узла.
Каждая гильза, предназначенная для размещения вторичной обмотки, разделена на секции посредством поперечных перегородок, разнесенных между собой по длине гильзы и выполненных с радиальными пазами для перевода провода из секции в секцию при намотке. Пазы всех перегородок расположены на одной линии и выполнены с расширением от центра к периферии, что обеспечивает высокую технологичность изготовления трансформатора.
В цилиндрическом каркасе первичной обмотки выполнены отверстия для пропуска выводов вторичных обмоток.
В предпочтительном случае реализации устройства первичная обмотка высоковольтного трансформатора состоит из 25 витков, выполненных проводом с диаметром 0,12 мм, а каждая вторичная обмотка состоит из четырех секций по 500 витков, выполненных проводом с диаметром 0,112 мм.
Первый повышающий трансформатор выполнен по схеме накопителя энергии с возможностью получения на выходе переменного напряжения 2500 В частотой 40 кГц.
Микроконтроллер соединен с первичной обмоткой этого повышающего трансформатора через силовой транзистор.
Для снятия остаточного напряжения, параллельно второму накопительному конденсатору включено высокоомное разгрузочное сопротивление.
Благодаря использованию предлагаемого генератора импульсов высокого напряжения, поставленная задача решена и в предлагаемом электрошоковом устройстве, также характеризующемся достижением вышеупомянутых технических результатов.
С целью повышения безопасности и изолированности низковольтной части электрошокового устройства (ЭШУ) от его высоковольтной части автономный источник питания, повышающий трансформатор и микроконтроллер размещены в одной части корпуса, а высоковольтный блок - в другой, наиболее удаленной от первой.
В конкретном примере осуществления устройства корпус ЭШУ выполнен в форме пистолета, при этом автономный источник питания, повышающий трансформатор и микроконтроллер размещены ручке пистолета, а высоковольтный блок размещен в «стволе» корпуса вместе с поражающими электродами.
Краткое описание чертежей Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - приведена схема генератора импульсов высокого напряжения;
на фиг.2 - показан высоковольтный трансформатор в сборе;
на фиг.3 - каркас вторичной обмотки высоковольтного трансформатора,
на фиг.4 - то же, вид А с фиг.3;
на фиг.5 - показан высоковольтный блок, вид спереди, без заливки компаундом;
на фиг.6 - высоковольтный блок, вид сбоку, с заливкой компаундом,
на фиг.7 - электрошоковое устройство, общий вид.
Осуществление полезной модели
Генератор импульсов высокого напряжения (см. фиг.1) содержит автономный источник питания 1 в виде батареи аккумуляторов, выключатель 2, микроконтроллер 3, повышающий трансформатор 4 и высоковольтный блок 5, включающий два накопительных конденсатора C1 и C2, подключенных к выходу повышающего трансформатора 4 через диоды VD1-VD4, высоковольтные ключи F1 и F2 в виде газового или воздушного разрядника каждый, и высоковольтный трансформатор 6 с двумя вторичными (высоковольтными) обмотками, к концам которых подключены выходные электроды Э1 и Э2.
Трансформатор 4 выполнен по схеме накопителя энергии с возможностью получения на выходе переменного напряжения 2500 В частотой 40 кГц.
Параллельно конденсатору C2 включено высокоомное сопротивление R.
Обмотки высоковольтного трансформатора 6 собраны на цилиндрических изоляционных каркасах из полиамида (см. фиг.2). Каркасы вторичных обмоток 7 и 8 трансформатора 6 выполнены в виде гильз 9 и 10 (см. фиг.3, 4).
Каждая гильза 9 и 10 разделена по длине поперечными перегородками 11 на секции служащие для размещения обмотки. В перегородках 11 выполнены радиальные пазы обеспечивающие возможность перевода провода из секции в секцию при намотке. Пазы 13 всех перегородок расположены на одной линии и выполнены с расширением от центра к периферии.
Гильзы 9 и 10 установлены последовательно соосно, на одной общей оси, и размещены коаксиально внутри каркаса 14 первичной обмотки 15. Для пропуска выводов вторичных обмоток 7 и 8 в каркасе 14 выполнены отверстия 16.
Первичная обмотка 15 трансформатора 6 состоит из 25 витков, выполненных проводом с диаметром 0,12 мм. Вторичные обмотки 7 и 8 состоят, каждая, из четырех секций по 500 витков, выполненных проводом с диаметром 0,112 мм.
Собранный высоковольтный блок 5 (см. фиг.5, 6) заливают отверждаемым электроизоляционным компаундом 17, в качестве которого может быть использован любой известный эпоксидный компаунд, предпочтительно без наполнителя.
В конкретном примере осуществления использовали заливочный компаунд ЭЗК-6, взятый без наполнителя. Заливку осуществляли следующим образом.
Смешивали смолу и отвердитель в заданном соотношении и заливали высоковольтный блок 5, помещенный предварительно в специальную форму (тару). Заливку производили, по меньшей мере, в два этапа, осуществляя на каждом этапе вакуумирование под давлением 550-600 мм.рт.ст. до прекращения активного выделения пузырьков воздуха.
В результате такой многоступенчатой заливки с вакуумированием и последующей сушки был сформирован монолитный блок, в котором обеспечена надежная электрическая изоляция обмоток трансформатора 6, выводов 18 и других деталей блока.
Генератор импульсов высокого напряжения (фиг.1) является основной частью электрической схемы электрошокового устройства (ЭШУ).
Пример конкретного применения предлагаемого генератора импульсов высокого напряжения в конструкции ЭШУ приведен на фиг.6.
Электрошоковое устройство включает корпус 19 в форме пистолета, выполненный из материала с высокими диэлектрическими и механическими свойствами.
Автономный источник питания 1 в виде батареи аккумуляторов, повышающий трансформатор 4 и микроконтроллер 3 размещены в части корпуса 19, предназначенной для охвата руки - т.н. «ручке пистолета» 20. Высоковольтный блок 5 с электродами Э1 и Э2 размещен с другой стороны корпуса в т.н. «стволе» 21. Выключатель 2 связан с кнопкой 22, выведенной на поверхность корпуса 19.
Устройство работает следующим образом. При нажатии кнопки 22 и срабатывании выключателя 2 микроконтроллер 3 формирует импульсы с уровнем 5 В и частотой около 40 кГц (длительность подачи импульсов ограничена временем не более 3 с). Сформированные импульсы поступают на затвор силового транзистора (на чертежах не показан), который периодически открывается, обеспечивая импульсную подачу питания от источника 1 на первичную обмотку повышающего трансформатора 4. В первичной обмотке трансформатора 4 возникает переменный ток, который наводит ЭДС во вторичной обмотке, на выходе которой создается переменное напряжение 2500 В с частотой 40 кГц.
Переменное напряжение с выхода вторичной обмотки трансформатора 4 выпрямляется диодами VD1-VD4 и заряжает конденсаторы C1 и C2.
При достижении потенциала заряда на конденсаторах C1 и C2 величины напряжения пробоя разрядников F1 и F2, соответственно, происходит срабатывание высоковольтных ключей и конденсаторы разряжаются на обмотки высоковольтного трансформатора 6, во вторичных обмотках которого наводится ЭДС индукции при высоком потенциале около 50 кВ. Происходит пробой воздушного промежутка между поражающими электродами Э1 и Э2.
В устройстве обеспечена надежная электрическая изоляция входа от выхода при любых значениях выходного напряжения и исключены нештатные пробои между витками обмоток.

Claims (9)

1. Генератор импульсов высокого напряжения, содержащий выключатель, автономный источник питания, повышающий трансформатор, микроконтроллер, управляющий подачей питания на первичную обмотку повышающего трансформатора, и высоковольтный блок, включающий два накопительных конденсатора, подключенных к выходной обмотке повышающего трансформатора через диоды, и высоковольтный трансформатор с двумя вторичными обмотками, первый конденсатор последовательно соединен через высоковольтный ключ в виде газового или воздушного разрядника с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, а второй конденсатор через второй высоковольтный ключ связан со вторичными обмотками высоковольтного трансформатора, к выводам которых подключены выходные электроды, отличающийся тем, что обмотки высоковольтного трансформатора собраны на изоляционных каркасах цилиндрической формы, из которых каркасы вторичных обмоток выполнены в виде секционированных гильз, установленных соосно последовательно, и размещены коаксиально внутри каркаса первичной обмотки, при этом высоковольтный блок залит отверждаемым электроизоляционным компаундом с применением двухступенчатого вакуумирования и с образованием монолитного узла.
2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электроизоляционного компаунда использован компаунд ЭЗК-6 без наполнителя.
3. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что секции каждой гильзы сформированы посредством поперечных перегородок, разнесенных по длине гильзы и выполненных с радиальными пазами для перевода провода из секции в секцию при намотке, причем пазы всех перегородок расположены на одной линии и выполнены с расширением от центра к периферии.
4. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что в каркасе первичной обмотки выполнены отверстия для пропуска выводов вторичных обмоток.
5. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что первичная обмотка высоковольтного трансформатора состоит из 25 витков, выполненных проводом с диаметром 0,12 мм, а
каждая вторичная обмотка состоит из четырех секций по 500 витков, выполненных проводом с диаметром 0,112 мм.
6. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что повышающий трансформатор выполнен по схеме накопителя энергии с возможностью получения на выходе переменного напряжения 2500 В частотой 40 кГц.
7. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что параллельно второму накопительному конденсатору включено высокоомное разгрузочное сопротивление.
8. Электрошоковое устройство, отличающееся тем, что оно содержит генератор импульсов высокого напряжения, выполненный согласно любому из пунктов 1-7.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что корпус устройства выполнен в форме пистолета, причем автономный источник питания, повышающий трансформатор и микроконтроллер размещены в ручке корпуса, а высоковольтный блок - в приствольной его части.
Figure 00000001
RU2013122909/08U 2013-05-17 2013-05-17 Генератор импульсов высокого напряжения и электрошоковое устройство с таким генератором RU133669U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013122909/08U RU133669U1 (ru) 2013-05-17 2013-05-17 Генератор импульсов высокого напряжения и электрошоковое устройство с таким генератором

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013122909/08U RU133669U1 (ru) 2013-05-17 2013-05-17 Генератор импульсов высокого напряжения и электрошоковое устройство с таким генератором

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU133669U1 true RU133669U1 (ru) 2013-10-20

Family

ID=49357602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013122909/08U RU133669U1 (ru) 2013-05-17 2013-05-17 Генератор импульсов высокого напряжения и электрошоковое устройство с таким генератором

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU133669U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703966C1 (ru) * 2016-05-04 2019-10-22 Закрытое Акционерное Общество "Драйв" Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703966C1 (ru) * 2016-05-04 2019-10-22 Закрытое Акционерное Общество "Драйв" Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL1026187C2 (nl) Inrichting voor het genereren van corona-ontladingen.
US20100052761A1 (en) Dual power source pulse generator for a triggering system
US20100008012A1 (en) Electronic Circuitry For Incapacitating a Living Target
JPH03284167A (en) High-voltage high-power dc power supplying device
US7307362B1 (en) Solid-state microsecond capacitance charger for high voltage and pulsed power
US20100006419A1 (en) Device for generation of pulsed corona discharge
CN201315550Y (zh) 基于三极点火开关的高电压脉冲发生器
RU2007115102A (ru) Система генерации импульсов, предназначенная для электрофильтра
CN103308736A (zh) 小型一体化陡前沿脉冲发生装置
US2167536A (en) Submarine signaling
JP2015529774A (ja) 内燃機関用点火装置
CN103458600B (zh) 一种产生大气压弥散放电非平衡等离子体的系统
US3256439A (en) High voltage and high current pulse generator in combination with field emission type x-ray tube
RU2410835C1 (ru) Высоковольтный генератор импульсов (варианты)
CN104658778A (zh) 一种电磁斥力操作机构储能和触发设备及控制方法
CN105057822B (zh) 高压脉冲除毛刺装置
US4510935A (en) Cardiac defibrillator
JPS5888468A (en) Ignition device in internal-combustion engine
US2722629A (en) Electric system
Lyublinsky et al. Pulse power nanosecond-range DSRD-based generators for electric discharge technologies
CN103888015B (zh) 用于时效处理的高密度高能电脉冲发生装置
CN107040244A (zh) 基于frspt和反谐振网络的全固态高电压微秒脉冲发生器
CN103418086B (zh) 利用高电压产生等离子体的伤口处理装置
Lee et al. Operation of a 2.4-MJ pulsed power system for railgun
Fridman et al. A 0.5-MJ 18-kV module of capacitive energy storage