RU179088U1

RU179088U1 - HIGH VOLTAGE DISCHARGE GENERATOR IN WATER

Info

Publication number: RU179088U1
Application number: RU2017139806U
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Коротков; Юрий Васильевич Аристов; Александр Леонидович Жмодиков
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2018-04-26

Abstract

Генератор высоковольтных разрядов в воде содержит источник (1) питания, первый, второй и третий конденсаторы (2, 6, 10), первую и вторую катушки (3, 11,) индуктивности, первый, второй и третий диоды (4, 13, 14), первый и второй транзисторы (5, 15), повышающий трансформатор (7), первый и второй диодные блоки (8, 9) и разрядную камеру (12). Источник (1) питания, первый и второй конденсаторы (2, 6), первый, второй и третий диоды (4, 13, 14), первый и второй транзисторы (5, 15) и первая катушка (3) индуктивности входят в электрическую цепь первичной обмотки повышающего трансформатора (7), а первый и второй диодные блоки (8, 9), вторая и третья катушки (11, 16), третий конденсатор (10) индуктивности и разрядная камера (12) входят в электрическую цепь вторичной обмотки повышающего трансформатора (7). В генераторе достигнуто существенное уменьшение потерь энергии и значительное увеличение амплитуды разрядного тока, что определяет более высокую эффективность. 1 ил.The generator of high-voltage discharges in water contains a power source (1), first, second and third capacitors (2, 6, 10), first and second inductors (3, 11,), first, second and third diodes (4, 13, 14 ), the first and second transistors (5, 15), a step-up transformer (7), the first and second diode blocks (8, 9) and the discharge chamber (12). The power source (1), the first and second capacitors (2, 6), the first, second and third diodes (4, 13, 14), the first and second transistors (5, 15) and the first inductor (3) are included in the electric circuit the primary winding of the step-up transformer (7), and the first and second diode blocks (8, 9), the second and third coils (11, 16), the third capacitor (10) of the inductance and the discharge chamber (12) are included in the electrical circuit of the secondary winding of the step-up transformer (7). The generator has achieved a significant reduction in energy loss and a significant increase in the amplitude of the discharge current, which determines a higher efficiency. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области высоковольтной импульсной техники, а именно, к генераторам мощных микросекундных импульсов и может быть использована в различных электроразрядных технологиях.The utility model relates to the field of high-voltage pulse technology, namely, to generators of powerful microsecond pulses and can be used in various electrodischarge technologies.

В настоящее время высоковольтные разряды в воде находят разнообразное применение. С их помощью осуществляют обеззараживание стоков промышленных предприятий, создают полезные для человека водные дисперсии наночастиц. В результате полива растений водой, обработанной электрическими разрядами, ускоряется их рост и развитие.At present, high-voltage discharges in water find various applications. With their help, disinfect the effluents of industrial enterprises, create water dispersions of nanoparticles that are useful for humans. As a result of watering plants with water treated with electric discharges, their growth and development are accelerated.

Известен генератор высоковольтных разрядов в воде (патент RU 2006179, МПК Н03К 3/53, опубликован 15.01.1994), содержащий высоковольтный источник постоянного напряжения, механический вращающийся коммутатор и шесть радиально расположенных ячеек, каждая из которых состоит из конденсатора и двухэлектродной разрядной камеры с водой. При вращении коммутатора его контакты сначала набегают на первую ячейку и подключают конденсатор ячейки к высоковольтному источнику. При этом осуществляется зарядка конденсатора. Затем контакты коммутатора производят подключение конденсатора к разрядной камере. В результате к межэлектродному промежутку прикладывается высокое напряжение, он пробивается, и через воду проходит ток разряда конденсатора. В процессе вращения коммутатора аналогичным образом инициируются все ячейки генератора.A known generator of high-voltage discharges in water (patent RU 2006179, IPC Н03К 3/53, published January 15, 1994), containing a high-voltage constant voltage source, a mechanical rotating switch and six radially arranged cells, each of which consists of a capacitor and a two-electrode discharge chamber with water . When the switch rotates, its contacts first run onto the first cell and connect the cell capacitor to a high-voltage source. In this case, the capacitor is charged. Then the contacts of the switch connect the capacitor to the discharge chamber. As a result, a high voltage is applied to the interelectrode gap, it breaks through, and a capacitor discharge current passes through the water. During the rotation of the switch, all the cells of the generator are similarly initiated.

Известный генератор высоковольтных разрядов в воде имеет недостаточно высокую эффективность работы, которая определяется нестабильностью разряда, инициируемого механическим замыканием контактов, а также малым сроком службы контактов коммутатора и малой частотой разрядов.The well-known generator of high-voltage discharges in water does not have a sufficiently high operational efficiency, which is determined by the instability of the discharge initiated by the mechanical closure of the contacts, as well as the short service life of the switch contacts and the low discharge frequency.

Известен импульсный генератор для осуществления разряда в воде (патент RU 107010, МПК Н03К 3/00, опубликован 27.07.2011), содержащий конденсаторы, высоковольтное устройство для их зарядки, коммутатор в виде неуправляемого разрядника и двухэлектродную разрядную камеру с водой. В этом генераторе разряд в воде инициируется разрядником в момент, когда прикладываемое к нему напряжение зарядки конденсаторов становится достаточным для включения. При включении разрядника высокое напряжение зарядки конденсаторов поступает на электроды разрядной камеры, погруженные в воду. В результате происходит пробой межэлектродного промежутка и через него протекает ток разряда конденсаторов.Known pulse generator for discharging in water (patent RU 107010, IPC Н03К 3/00, published July 27, 2011) containing capacitors, a high-voltage device for charging them, a switch in the form of an uncontrolled spark gap and a two-electrode discharge chamber with water. In this generator, a discharge in water is initiated by a spark gap at the moment when the charging voltage of the capacitors applied to it becomes sufficient to turn it on. When the arrester is turned on, a high voltage charging the capacitors is supplied to the electrodes of the discharge chamber immersed in water. As a result, a breakdown of the interelectrode gap occurs and capacitor discharge current flows through it.

Недостатком известного генератора также является недостаточно высокая эффективность работы, которая определяется такими факторами, как нестабильность электроразрядных процессов, малая предельная частота срабатывания и недостаточно большой срок службы. Эти факторы обусловлены большим разбросом моментов включения неуправляемого разрядника, большим временем его выключения и эрозией электродов разрядника.A disadvantage of the known generator is also not high enough work efficiency, which is determined by such factors as the instability of electric discharge processes, low limit frequency of operation and not long service life. These factors are due to the wide variation in the moments of switching on the uncontrolled arrester, the long time it is turned off, and the erosion of the arrester electrodes.

Известен импульсный генератор для осуществления разряда в воде (патент RU 2313901, МПК Н03К 3/53, опубликован 27.12.2007), в котором в качестве коммутатора используют трехэлектродный управляемый разрядник, обладающий значительно большей стабильностью электроразрядных процессов. Разрядник включается по сигналу, который поступает на его электрод управления в момент зарядки конденсаторов до заданного напряжения. При этом стабилизируется величина энергии, коммутируемой в разряд после пробоя межэлектродного промежутка.Known pulse generator for discharging in water (patent RU 2313901, IPC Н03К 3/53, published December 27, 2007), in which a three-electrode controlled spark gap is used as a switch, which has significantly greater stability of electric-discharge processes. The arrester is switched on by a signal that arrives at its control electrode at the time of charging the capacitors to a given voltage. In this case, the amount of energy switched to discharge after the breakdown of the interelectrode gap is stabilized.

Недостатком известного генератора является относительно невысокая эффективность работы вследствие малой предельной частоты срабатывания и небольшого срока службы, которые определяются коммутационными возможностями разрядника.A disadvantage of the known generator is the relatively low efficiency due to the low limit frequency of operation and a short service life, which are determined by the switching capabilities of the arrester.

Известен генератор электрических разрядов в воде (заявка ВЕ 746537, МПК G10K 015/06, Н02К 039/00, Н02М 007/162, опубликована 26.08.1970), включающий высоковольтный источник питания с выходным трехфазным выпрямителем, к которому подключена цепь, состоящая из высоковольтного тиристорного коммутатора и двух электродов, погруженных в воду. Параллельно электродам подключен второй высоковольтный тиристорный коммутатор. При включении первого тиристорного коммутатора к электродам поступает высокое напряжение источника питания. В результате межэлектродный промежуток пробивается и через воду протекает ток трехфазного выпрямителя. Длительность тока определяется моментом включения второго тиристорного коммутатора, который шунтирует электроды. Благодаря использованию коммутаторов на основе тиристоров, обладающих долговременной надежностью и достаточно малым временем выключения, генератор имеет значительно больший срок службы и более высокую предельную частоту срабатывания.A known generator of electric discharges in water (application BE 746537, IPC G10K 015/06, Н02К 039/00, Н02М 007/162, published 08/26/1970), including a high voltage power source with an output three-phase rectifier, to which a circuit consisting of a high voltage thyristor switch and two electrodes immersed in water. A second high-voltage thyristor switch is connected in parallel with the electrodes. When you turn on the first thyristor switch to the electrodes receives a high voltage power source. As a result, the interelectrode gap breaks through and a three-phase rectifier current flows through the water. The current duration is determined by the moment the second thyristor switch is turned on, which shunts the electrodes. Thanks to the use of thyristor-based switches with long-term reliability and a sufficiently short shutdown time, the generator has a significantly longer service life and a higher limit frequency response.

Недостатком известного генератора также является недостаточно высокая эффективность работы. Она определяется большими потерями энергии в тиристорах при коммутации мощных быстро нарастающих импульсов разрядного тока, которые определяются локализацией процесса переключения в узкой области у электрода управления. Другим недостатком является большая стоимость высоковольтного источника питания высоковольтных тиристорных коммутаторов.A disadvantage of the known generator is also not a high efficiency. It is determined by large energy losses in the thyristors when switching powerful rapidly increasing pulses of the discharge current, which are determined by the localization of the switching process in a narrow region near the control electrode. Another disadvantage is the high cost of a high voltage power supply of high voltage thyristor switches.

Известен генератор высоковольтных разрядов в воде (Коротков С.В., Аристов Ю.В., Козлов А.К., Короткое Д.А., Рольник И.А. Генератор электрических разрядов в воде // ПТЭ. 2011. №2. С. 47), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Генератор-прототип содержит источник питания, первый конденсатор, первую катушку индуктивности, первый диод, транзистор, второй конденсатор, повышающий трансформатор, первый диодный блок, второй диодный блок, третий конденсатор, вторую катушку индуктивности, разрядную камеру, второй диод, третий диод, резистор, трансформатор рекуперации, при этом первый конденсатор подключен параллельно источнику питания и соединен первым выводом с его положительным полюсом, первый вывод первой катушки индуктивности соединен с катодом третьего диода, второй вывод первой катушки индуктивности подключен к аноду первого диода, катод которого соединен с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого подключен к аноду второго диода и к концу первичной обмотки повышающего трансформатора, начало которой соединено с эмиттером первого транзистора, со вторым выводом первого конденсатора и с отрицательным полюсом источника питания, начало вторичной обмотки повышающего трансформатора подключено к аноду первого диодного блока, катод которого соединен с катодом второго диодного блока, с первым выводом третьего конденсатора и с первым выводом второй катушки индуктивности, второй вывод которой соединен с первым выводом разрядной камеры, второй вывод которой заземлен, конец вторичной обмотки повышающего трансформатора соединен с анодом второго диодного блока со вторым выводом третьего конденсатора и с концом первичной обмотки трансформатора рекуперации, начало которой соединено со вторым выводом разрядной камеры, вторичная обмотка трансформатора рекуперации соединена началом с анодом третьего диода, а концом со вторым выводом первого конденсатора, резистор включен между катодом второго диода и первым выводом второго конденсатора. Диодные блоки состоят из последовательно соединенных диодов.Known generator of high-voltage discharges in water (Korotkov S.V., Aristov Yu.V., Kozlov A.K., Korotkoy D.A., Rolnik I.A. Generator of electric discharges in water // PTE. 2011. No. 2. P. 47), which coincides with this decision on the largest number of essential features and adopted as a prototype. The prototype generator contains a power source, a first capacitor, a first inductor, a first diode, a transistor, a second capacitor, a step-up transformer, a first diode block, a second diode block, a third capacitor, a second inductor, a discharge chamber, a second diode, a third diode, a resistor , a recovery transformer, wherein the first capacitor is connected in parallel with the power source and connected to the first terminal with its positive pole, the first terminal of the first inductor connected to the cathode of the third diode, the second output of the first inductor is connected to the anode of the first diode, the cathode of which is connected to the first output of the second capacitor, the second output of which is connected to the anode of the second diode and to the end of the primary winding of the step-up transformer, the beginning of which is connected to the emitter of the first transistor, with the second output of the first capacitor and with a negative pole of the power source, the beginning of the secondary winding of the step-up transformer is connected to the anode of the first diode block, the cathode of which is connected to the cathode of the second diode block OK, with the first terminal of the third capacitor and the first terminal of the second inductor, the second terminal of which is connected to the first terminal of the discharge chamber, the second terminal of which is grounded, the end of the secondary winding of the step-up transformer is connected to the anode of the second diode block with the second terminal of the third capacitor and with the end of the primary the winding of the recovery transformer, the beginning of which is connected to the second output of the discharge chamber, the secondary winding of the recovery transformer is connected at the beginning with the anode of the third diode, and the end with the second terminal of the first capacitor, a resistor is connected between the cathode of the second diode and the first terminal of the second capacitor. Diode blocks consist of series-connected diodes.

При включении транзистора через первую катушку индуктивности и первый диод протекает медленно нарастающий ток разряда первого конденсатора, предварительно заряженного от источника питания. В момент, когда ток разряда достигает рабочего значения, происходит выключение транзистора. При этом ток поступает во второй конденсатор и осуществляет его зарядку. После окончания процесса зарядки происходит повторное включение транзистора. В результате второй конденсатор разряжается через первичную обмотку повышающего трансформатора. Ток вторичной обмотки протекает через первый диодный блок и обеспечивает зарядку третьего конденсатора до высокого напряжения, которое прикладывается к электродам разрядной камеры, заполненной водой, и инициирует пробой воды.When the transistor is turned on, a slowly increasing discharge current of the first capacitor pre-charged from the power source flows through the first inductor and the first diode. At the moment when the discharge current reaches the operating value, the transistor turns off. In this case, the current enters the second capacitor and charges it. After the charging process is completed, the transistor is turned on again. As a result, the second capacitor is discharged through the primary winding of the step-up transformer. The secondary current flows through the first diode block and charges the third capacitor to a high voltage, which is applied to the electrodes of the discharge chamber filled with water, and initiates a breakdown of water.

В штатном режиме пробой происходит в момент зарядки третьего конденсатора до максимального напряжения или с небольшой задержкой после окончания процесса зарядки. В течение времени задержки пробоя первый диодный блок препятствует разряду третьего конденсатора через вторичную обмотку трансформатора. Если пробой происходит преждевременно (в процессе зарядки третьего конденсатора), то к моменту пробоя второй конденсатор разряжается не полностью и в нем остается неиспользованная энергия. Она рассеивается в резисторе. После пробоя воды третий конденсатор перезаряжается через вторую катушку индуктивности, разрядную камеру и первую обмотку трансформатора рекуперации. В момент максимума разрядного тока происходит изменение полярности напряжения на третьем конденсаторе. При этом разрядный ток очень быстро коммутируется во второй диодный блок, состоящий из последовательно соединенных диодов. Он шунтирует трансформатор и исключает перераспределение коммутируемой энергии в низковольтную цепь генератора.In the normal mode, breakdown occurs at the moment of charging the third capacitor to the maximum voltage or with a slight delay after the end of the charging process. During the breakdown delay time, the first diode block prevents the discharge of the third capacitor through the secondary winding of the transformer. If breakdown occurs prematurely (during charging of the third capacitor), then by the time of breakdown the second capacitor is not completely discharged and unused energy remains in it. It dissipates in the resistor. After the breakdown of water, the third capacitor is recharged through the second inductor, the discharge chamber and the first winding of the recovery transformer. At the moment of maximum discharge current, the polarity of the voltage across the third capacitor changes. In this case, the discharge current is very quickly switched to the second diode block, consisting of series-connected diodes. It shunts the transformer and eliminates the redistribution of switched energy into the low-voltage circuit of the generator.

Большая скорость нарастания тока через второй диодный блок определяет большие коммутационные потери энергии в диодах. Их уменьшение достигается в результате ограничения амплитуды и длительности разрядного тока. Уменьшение амплитуды осуществляется путем увеличения индуктивности второй катушки, уменьшение длительности - путем использования трансформатора рекуперации. В процессе разряда третьего конденсатора на вторичной обмотке трансформатора рекуперации возникает напряжение, превышающее напряжение зарядки первого конденсатора. При этом включается третий диод и через него в первый конденсатор коммутируется ток рекуперации. В результате разрядный ток генератора быстро уменьшается.The high slew rate of the current through the second diode block determines large switching energy losses in the diodes. Their reduction is achieved by limiting the amplitude and duration of the discharge current. The amplitude is reduced by increasing the inductance of the second coil, and the duration is reduced by using a recovery transformer. During the discharge of the third capacitor, a voltage higher than the charging voltage of the first capacitor arises on the secondary side of the recovery transformer. In this case, the third diode is turned on and through it the regeneration current is switched to the first capacitor. As a result, the discharge current of the generator decreases rapidly.

Недостатком генератора-прототипа является недостаточно высокая эффективность работы, которая вызвана потерями энергии в демпфирующем резисторе и в трансформаторе рекуперации, а также недостаточно высокой амплитудой разрядного тока.The disadvantage of the prototype generator is the insufficiently high efficiency, which is caused by energy losses in the damping resistor and in the recovery transformer, as well as the insufficiently high amplitude of the discharge current.

Задачей настоящего технического решения является разработка генератора высоковольтных разрядов в воде, который имеет повышенную эффективность работы в результате уменьшения потерь энергии и увеличения амплитуды разрядного тока.The objective of this technical solution is to develop a generator of high-voltage discharges in water, which has increased efficiency as a result of reducing energy losses and increasing the amplitude of the discharge current.

Поставленная задача решается тем, что генератор высоковольтных разрядов в воде содержит источник питания, первый, второй и третий конденсаторы, первую, вторую и третью катушку индуктивности, первый, второй и третий диоды, первый и второй транзистор, повышающий трансформатор, первый и второй диодные блоки, разрядную камеру. Первый конденсатор подключен параллельно источнику питания и соединен первым выводом с его положительным полюсом, первый вывод первой катушки индуктивности соединен с катодом третьего диода, второй вывод первой катушки индуктивности подключен к аноду первого диода, катод которого соединен с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого подключен к концу первичной обмотки повышающего трансформатора, начало которой соединено с эмиттером первого транзистора, со вторым выводом первого конденсатора и с отрицательным полюсом источника питания, начало вторичной обмотки повышающего трансформатора подключено к аноду первого диодного блока, катод которого соединен с катодом второго диодного блока, первый вывод третьего конденсатора подключен к первому выводу второй катушки индуктивности, второй вывод которой соединен с первым выводом разрядной камеры, второй вывод которой заземлен, конец вторичной обмотки повышающего трансформатора соединен с анодом второго диодного блока и со вторым выводом третьего конденсатора, второй транзистор соединен коллектором с первым выводом первого конденсатора, а эмиттером с первым выводом первой катушки индуктивности, третья катушка индуктивности включена между катодом второго диодного блока и первым выводом третьего конденсатора, второй диод соединен катодом с коллектором первого транзистора, а анодом с первым выводом второго конденсатора, третий диод подключен анодом ко второму выводу первого конденсатора, а конец вторичной обмотки повышающего трансформатора, анод второго диодного блока и второй вывод третьего конденсатора заземлены.The problem is solved in that the generator of high-voltage discharges in water contains a power source, first, second and third capacitors, a first, second and third inductor, first, second and third diodes, a first and second transistor, a step-up transformer, first and second diode blocks discharge chamber. The first capacitor is connected in parallel with the power source and is connected by the first terminal to its positive pole, the first terminal of the first inductor is connected to the cathode of the third diode, the second terminal of the first inductor is connected to the anode of the first diode, the cathode of which is connected to the first terminal of the second capacitor, the second terminal of which is connected to the end of the primary winding of the step-up transformer, the beginning of which is connected to the emitter of the first transistor, with the second terminal of the first capacitor and with a negative pole of the power source, the beginning of the secondary winding of the step-up transformer is connected to the anode of the first diode block, the cathode of which is connected to the cathode of the second diode block, the first terminal of the third capacitor is connected to the first terminal of the second inductor, the second terminal of which is connected to the first terminal of the discharge chamber, the second terminal of which is grounded , the end of the secondary winding of the step-up transformer is connected to the anode of the second diode block and to the second terminal of the third capacitor, the second transistor is connected by a collector to the first output of the first capacitor, and the emitter with the first output of the first inductor, the third inductor is connected between the cathode of the second diode unit and the first output of the third capacitor, the second diode is connected by the cathode to the collector of the first transistor, and the anode with the first output of the second capacitor, the third diode is connected by the anode to the second terminal of the first capacitor, and the end of the secondary winding of the step-up transformer, the anode of the second diode block and the second terminal of the third capacitor are grounded.

Новым в полезной модели является то, что в генератор введены второй транзистор и третья катушка индуктивности, при этом второй транзистор соединен коллектором с первым выводом первого конденсатора, а эмиттером с первым выводом первой катушки индуктивности, третья катушка индуктивности включена между катодом второго диодного блока и первым выводом третьего конденсатора, второй диод соединен катодом с коллектором первого транзистора, а анодом с первым выводом второго конденсатора, третий диод подключен анодом ко второму выводу первого конденсатора, а конец вторичной обмотки повышающего трансформатора, анод второго диодного блока и второй вывод третьего конденсатора заземлены.What is new in the utility model is that a second transistor and a third inductor are introduced into the generator, while the second transistor is connected by a collector to the first terminal of the first capacitor, and an emitter is connected to the first terminal of the first inductor, the third inductor is connected between the cathode of the second diode block and the first the output of the third capacitor, the second diode is connected by a cathode to the collector of the first transistor, and the anode with the first output of the second capacitor, the third diode is connected by the anode to the second output of the first condensers, and the end of the secondary winding of the step-up transformer, an anode of the second diode unit and the second terminal of the third capacitor is grounded.

Настоящая полезная модель поясняется чертежом, где изображена электрическая схема настоящей полезной модели.The present utility model is illustrated by the drawing, which shows the electrical circuit of the present utility model.

Генератор высоковольтных разрядов в воде согласно полезной модели содержит (см. фиг.) источник 1 питания, первый конденсатор 2, первую катушку 3 индуктивности, первый диод 4, первый транзистор 5, второй конденсатор 6, повышающий трансформатор 7, первый диодный блок 8, второй диодный блок 9, третий конденсатор 10, вторую катушку 11 индуктивности, разрядную камеру 12, второй диод 13, третий диод 14, второй транзистор 15 и третью катушку 16 индуктивности. Первый конденсатор 2 подключен параллельно источнику 1 питания и соединен первым выводом с его положительным полюсом и с коллектором второго транзистора 15, эмиттер которого подключен к катоду третьего диода 14 и первому выводу первой катушки 3 индуктивности, второй вывод первой катушки 3 индуктивности соединен с анодом первого диода 4, катод которого подключен к аноду второго диода 13 и к первому выводу второго конденсатора 6. Второй вывод второго конденсатора 6 соединен с концом первичной обмотки повышающего трансформатора 7, а начало первичной обмотки повышающего трансформатора 7 подключено к отрицательному полюсу источника 1 питания, второму выводу первого конденсатора 2, к аноду третьего диода 14 и к эмиттеру первого транзистора 5, коллектор которого соединен с катодом второго диода 13. Начало вторичной обмотки повышающего трансформатора 7 соединено с анодом первого диодного блока 8, катод которого подключен к катоду второго диодного блока 9 и к первому выводу третьей катушки 16 индуктивности, второй вывод которой соединен с первым выводом третьего конденсатора 10 и с первым выводом второй катушки 11 индуктивности, второй вывод которой подключен к первому выводу разрядной камеры 12. Конец вторичной обмотки повышающего трансформатора 7 соединен с анодом второго диодного блока 9, со вторым выводом третьего конденсатора 10, со вторым выводом разрядной камеры 12 и заземлен.The generator of high-voltage discharges in water according to a utility model contains (see Fig.) A power source 1, a first capacitor 2, a first inductor 3, a first diode 4, a first transistor 5, a second capacitor 6, a step-up transformer 7, a first diode block 8, a second a diode unit 9, a third capacitor 10, a second inductor 11, a discharge chamber 12, a second diode 13, a third diode 14, a second transistor 15, and a third inductor 16. The first capacitor 2 is connected in parallel with the power source 1 and is connected by the first terminal to its positive pole and to the collector of the second transistor 15, the emitter of which is connected to the cathode of the third diode 14 and the first terminal of the first inductor 3, the second terminal of the first inductor 3 is connected to the anode of the first diode 4, the cathode of which is connected to the anode of the second diode 13 and to the first terminal of the second capacitor 6. The second terminal of the second capacitor 6 is connected to the end of the primary winding of the step-up transformer 7, and the beginning of the primary the winding of the step-up transformer 7 is connected to the negative pole of the power source 1, the second terminal of the first capacitor 2, to the anode of the third diode 14 and to the emitter of the first transistor 5, the collector of which is connected to the cathode of the second diode 13. The beginning of the secondary winding of the step-up transformer 7 is connected to the anode of the first diode block 8, the cathode of which is connected to the cathode of the second diode block 9 and to the first terminal of the third inductor 16, the second terminal of which is connected to the first terminal of the third capacitor 10 and to the first water of the second inductor 11, the second output of which is connected to the first output of the discharge chamber 12. The end of the secondary winding of the step-up transformer 7 is connected to the anode of the second diode unit 9, with the second output of the third capacitor 10, with the second output of the discharge chamber 12 and is grounded.

Как и в генераторе-прототипе, в настоящем генераторе источник 1 питания осуществляет зарядку первого конденсатора 2. Первый конденсатор 2, первая катушка 3 индуктивности, первый диод 4 обеспечивают зарядку второго конденсатора 6. Первый транзистор 5 осуществляет разряд второго конденсатора 6 через первичную обмотку повышающего трансформатора 7. При этом происходит зарядка третьего конденсатора 10 до высокого напряжения, прикладываемого к разрядной камере 12. Первый диодный блок 8 исключает разряд третьего конденсатора 10 через вторичную обмотку трансформатора 7, если вода пробивается после окончания процесса зарядки третьего конденсатора 10. Второй диодный блок 9 шунтирует повышающий трансформатор 7 после пробоя воды. При этом исключается возврат энергии в низковольтную цепь генератора. Вторая катушка 11 индуктивности ограничивает ток разряда третьего конденсатора 10.As in the prototype generator, in this generator, the power source 1 charges the first capacitor 2. The first capacitor 2, the first inductor 3, the first diode 4 charge the second capacitor 6. The first transistor 5 discharges the second capacitor 6 through the primary winding of the step-up transformer 7. In this case, the third capacitor 10 is charged to a high voltage applied to the discharge chamber 12. The first diode block 8 eliminates the discharge of the third capacitor 10 through the secondary ku transformer 7 when the water breaks after the process of charging the third capacitor 10. A second diode unit 9 shunts up transformer 7 after the breakdown of water. This eliminates the return of energy to the low-voltage circuit of the generator. The second inductor 11 limits the discharge current of the third capacitor 10.

В отличие от генератора-прототипа второй диод 13 и третий диод 14 обеспечивают полезное использование энергии, остающейся во втором конденсаторе 6 в нештатном режиме, когда пробой воды происходит преждевременно, до момента окончания процесса зарядки третьего конденсатора 10. Второй транзистор 15 обеспечивает зарядку второго конденсатора 6 до рабочего напряжения. Третья катушка 16 индуктивности ограничивает ток через второй диодный блок 9, при этом потери энергии в нем малы даже при большой амплитуде разрядного тока.Unlike the prototype generator, the second diode 13 and the third diode 14 provide the useful use of energy remaining in the second capacitor 6 in an emergency mode, when the breakdown of water occurs prematurely until the end of the charging process of the third capacitor 10. The second transistor 15 provides charging of the second capacitor 6 up to operating voltage. The third inductor 16 limits the current through the second diode unit 9, while the energy loss in it is small even with a large amplitude of the discharge current.

Таким образом, благодаря изменению точек подключения второго 13 диода и третьего диода 14, введению второго транзистора 15 и третьей катушки индуктивности 16 обеспечивается увеличение эффективности работы генератора, так как в нем уменьшаются потери энергии и увеличивается амплитуда разрядного тока.Thus, due to a change in the connection points of the second 13 diode and the third diode 14, the introduction of the second transistor 15 and the third inductor 16, an increase in the efficiency of the generator is ensured, since energy losses are reduced in it and the amplitude of the discharge current increases.

Настоящий генератор высоковольтных разрядов в воде работает следующим образом.This generator of high voltage discharges in water works as follows.

В исходном состоянии второй конденсатор 6 заряжен до рабочего напряжения током, формируемым первым конденсатором 2, заряженным от источника 1 питания. При включении первого транзистора 5 в первичную обмотку повышающего трансформатора 7 коммутируется ток разряда второго конденсатора 6. Ток вторичной обмотки трансформатора 7 протекает через первый диодный блок 8 и обеспечивает зарядку третьего конденсатора 10 до высокого напряжения, которое прикладывается к заполненной водой разрядной камере 12 и инициирует пробой воды. В штатном режиме пробой происходит в момент окончания процесса зарядки третьего конденсатора 10, или с небольшой задержкой. В течение времени задержки пробоя первый диодный блок 8 исключает разряд третьего конденсатора 10 через трансформатор 7. После пробоя воды через вторую катушку 11 индуктивности и разрядную камеру 12 протекает ток разряда третьего конденсатора 10. В момент изменения полярности напряжения на третьем конденсаторе 10 ток разряда коммутируется во второй диодный блок 9 через третью катушку 16 индуктивности, которая имеет достаточно большую индуктивность и ограничивает скорость нарастания тока через второй диодный блок 9. В результате второй диодный блок 9 имеет малые коммутационные потери энергии даже при большой амплитуде разрядного тока. При этом становится возможным использовать вторую катушку 11 с малой индуктивностью и получить малую длительность разрядного тока без трансформатора рекуперации, используемого в генераторе-прототипе. Если пробой происходит в процессе зарядки третьего конденсатора 10, то к моменту пробоя второй конденсатор 6 разряжается не полностью. Так как после пробоя сопротивление воды мало, то генератор работает фактически в режиме короткого замыкания, и второй конденсатор 6 перезаряжается до напряжения, примерно равного напряжению в момент пробоя воды. Затем второй конденсатор 6 перезаряжается повторно до напряжения исходной полярности. В процессе повторного перезаряда второй диод 13 препятствует протеканию тока через первый транзистор 5. При этом ток повторного перезаряда второго конденсатора 6 протекает через третий диод 14, первую катушку 3 индуктивности и первый диод 4. Первый транзистор 5 не выключается в процессе повторного перезаряда второго конденсатора 6, поэтому в момент достижения исходной полярности напряжения на втором конденсаторе 6 ток, протекающий через первую катушку 3 индуктивности, коммутируется в цепь второго диода 13 и первого транзистора 5. Так как потери энергии в этой цепи очень малы, то ток через первую катушку 3 индуктивности практически не изменяется до момента включения второго транзистора 13, которое производится практически сразу после окончания процесса коммутации тока в цепь второго диода 13 и первого транзистора 5. После включения второго транзистора 15 напряжение источника 1 прикладывается к третьему диоду 14. При этом третий диод 14 выключается, и первый конденсатор 2 начинает разряжаться через второй транзистор 15, первую катушку 3 индуктивности, первый диод 4, второй диод 13 и первый транзистор 5. В результате ток через первую катушку 3 индуктивности нарастает. В момент, когда этот ток достигает рабочего значения, происходит одновременное выключение первого транзистора 5 и второго транзистора 15. При этом ток первой катушки 3 индуктивности замыкается через первый диод 4, второй конденсатор 6, первичную обмотку трансформатора 7 и третий диод 14. В результате второй конденсатор 6 заряжается до исходного рабочего напряжения.In the initial state, the second capacitor 6 is charged to the operating voltage by the current generated by the first capacitor 2 charged from the power source 1. When the first transistor 5 is connected to the primary winding of the step-up transformer 7, the discharge current of the second capacitor 6 is switched. The secondary current of the transformer 7 flows through the first diode unit 8 and charges the third capacitor 10 to a high voltage, which is applied to the discharge chamber 12 filled with water and initiates a breakdown water. In normal mode, the breakdown occurs at the end of the charging process of the third capacitor 10, or with a slight delay. During the breakdown delay time, the first diode unit 8 eliminates the discharge of the third capacitor 10 through the transformer 7. After the breakdown of water, the discharge current of the third capacitor 10 flows through the second inductor 11 and the discharge chamber 12. At the time of changing the polarity of the voltage on the third capacitor 10, the discharge current switches the second diode block 9 through the third inductor 16, which has a sufficiently large inductance and limits the slew rate of the current through the second diode block 9. As a result, the second diode Unit 9 has a small switching power losses even with large amplitude of the discharge current. In this case, it becomes possible to use the second coil 11 with low inductance and to obtain a short duration of the discharge current without the recovery transformer used in the prototype generator. If breakdown occurs during charging of the third capacitor 10, then by the time of breakdown the second capacitor 6 is not completely discharged. Since after the breakdown the water resistance is small, the generator actually works in the short circuit mode, and the second capacitor 6 is recharged to a voltage approximately equal to the voltage at the time of the breakdown of water. Then, the second capacitor 6 is recharged again to the voltage of the original polarity. During the recharge, the second diode 13 prevents the current from flowing through the first transistor 5. In this case, the recharge current of the second capacitor 6 flows through the third diode 14, the first inductor 3 and the first diode 4. The first transistor 5 does not turn off during the recharge of the second capacitor 6 therefore, at the moment of reaching the initial polarity of the voltage at the second capacitor 6, the current flowing through the first inductor 3 is switched to the circuit of the second diode 13 and the first transistor 5. Since Since the energy in this circuit is very small, the current through the first inductor 3 practically does not change until the second transistor 13 is turned on, which is produced almost immediately after the current switching process to the circuit of the second diode 13 and the first transistor 5. After the second transistor 15 is turned on, the source voltage 1 is applied to the third diode 14. In this case, the third diode 14 is turned off, and the first capacitor 2 begins to discharge through the second transistor 15, the first inductor 3, the first diode 4, the second diode 13 and the first transistor 5. As a result, the current through the first inductor 3 increases. At the moment when this current reaches the operating value, the first transistor 5 and the second transistor 15 turn off at the same time. The current of the first inductor 3 closes through the first diode 4, the second capacitor 6, the primary winding of the transformer 7 and the third diode 14. As a result, the second capacitor 6 is charged to the original operating voltage.

Пример 1. В соответствии с настоящей полезной моделью был изготовлен генератор высоковольтных разрядов в воде. Как и в генераторе-прототипе, в нем использован источник питания, состоящий из источника напряжения 220 В, 50 Гц и диодного выпрямителя, емкости первого, второго и третьего конденсаторов составляли соответственно 400 мкФ, 12 мкФ и 2,2 нФ, первая катушка индуктивности имела индуктивность 900 мкГн, в качестве первого транзистора использовали сборку из 4-х параллельно соединенных транзисторов IRG4PF50WD, в качестве первого, второго и третьего диодов использовали диоды 80EPF12PBF, первый и второй диодные блоки состояли из 60 последовательно соединенных диодов XER 608, повышающий трансформатор имел сердечник из материала 50НП размером 165×55×25 мм³, его первичная обмотка имела один виток, а вторичная обмотка - 74 витка. По сравнению с генератором - прототипом индуктивность второй катушки была уменьшена с 30 мкГн до 3 мкГн, в качестве второго транзистора использовали транзистор IRG4PF50WD, индуктивность третьей катушки индуктивности составляла 12 мкГн. В процессе проводимых на частоте 100 Гц сравнительных исследований настоящий генератор обеспечивал коммутацию в разрядную камеру импульсов тока с амплитудой ~600 А, что в 3 раза больше, чем в генераторе-прототипе. В процессе экспериментов нагрев элементов в настоящем генераторе и в генераторе-прототипе был незначителен и примерно одинаков. Но в настоящем генераторе не было трансформатора рекуперации и демпфирующего резистора, на котором в генераторе-прототипе рассеивалось не менее 15% потребляемой мощности.Example 1. In accordance with this utility model, a generator of high voltage discharges in water was manufactured. As in the prototype generator, it used a power source consisting of a voltage source of 220 V, 50 Hz and a diode rectifier, the capacitances of the first, second, and third capacitors were 400 μF, 12 μF, and 2.2 nF, respectively, the first inductor had inductance 900 μH, as the first transistor used an assembly of 4 parallel-connected transistors IRG4PF50WD, as the first, second and third diodes used diodes 80EPF12PBF, the first and second diode blocks consisted of 60 series-connected XER diodes 608, the step-up transformer had a core made of 50NP material measuring 165 × 55 × 25 mm ³ , its primary winding had one turn, and the secondary winding had 74 turns. Compared to the prototype generator, the inductance of the second coil was reduced from 30 μH to 3 μH, the IRG4PF50WD transistor was used as the second transistor, the inductance of the third inductor was 12 μH. In the process of comparative studies conducted at a frequency of 100 Hz, this generator provided switching current pulses with an amplitude of ~ 600 A into the discharge chamber, which is 3 times more than in the prototype generator. During the experiments, the heating of the elements in the present generator and in the prototype generator was insignificant and approximately the same. But in the present generator there was no recovery transformer and damping resistor, on which at least 15% of the consumed power was dissipated in the prototype generator.

Полученный результат свидетельствует о том, что в настоящем генераторе достигается существенное уменьшение потерь энергии и значительное увеличение амплитуды разрядного тока, что определяет более высокую эффективность, по сравнению с устройством прототипом.The result indicates that in this generator, a significant reduction in energy loss and a significant increase in the amplitude of the discharge current is achieved, which determines a higher efficiency compared to the prototype device.

Claims

A generator of high voltage discharges in water, including a power source, first, second and third capacitors, first and second inductors, first, second and third diodes, a first transistor, a step-up transformer, first and second diode blocks and a discharge chamber, while the first capacitor is connected parallel to the power source and connected to the first terminal with its positive pole, the first terminal of the first inductor connected to the cathode of the third diode, the second terminal of the first inductor connected to the anode of the first a diode whose cathode is connected to the first terminal of the second capacitor, the second terminal of which is connected to the end of the primary winding of the step-up transformer, the beginning of which is connected to the emitter of the first transistor, with the second terminal of the first capacitor and with the negative pole of the power source, the beginning of the secondary winding of the step-up transformer is connected to the anode the first diode block, the cathode of which is connected to the cathode of the second diode block, the first terminal of the third capacitor is connected to the first terminal of the second inductor the second output of which is connected to the first output of the discharge chamber, the second output of which is grounded, the end of the secondary winding of the step-up transformer is connected to the anode of the second diode unit and to the second output of the third capacitor, characterized in that the second transistor and the third inductor are introduced into the generator, the second transistor is connected by a collector to the first output of the first capacitor, and by an emitter to the first output of the first inductor, the third inductor is connected between the cathode of the second one block and the first terminal of the third capacitor, the second diode is connected by a cathode to the collector of the first transistor, and the anode is the first terminal of the second capacitor, the third diode is connected by the anode to the second terminal of the first capacitor, and the end of the secondary winding of the step-up transformer, the anode of the second diode block and the second terminal of the third capacitor grounded.