RU2003219C1 - Magnetic pulse oscillator - Google Patents

Magnetic pulse oscillator

Info

Publication number
RU2003219C1
RU2003219C1 SU5013931A RU2003219C1 RU 2003219 C1 RU2003219 C1 RU 2003219C1 SU 5013931 A SU5013931 A SU 5013931A RU 2003219 C1 RU2003219 C1 RU 2003219C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
generator
compression
output
capacitors
link
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Васильевич Васильев
Эдвин Гугович Фурман
Original Assignee
Научно-исследовательский институт при Томском политехническом университете
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 Научно-исследовательский институт при Томском политехническом университете filed Critical Научно-исследовательский институт при Томском политехническом университете
Priority to SU5013931 priority Critical patent/RU2003219C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2003219C1 publication Critical patent/RU2003219C1/en

Links

Landscapes

  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Description

Предлагаемое изобретение относитс  к наносекундной импульсной технике и предназначено дл  зар дки формирующих линий ускорителей, а также дл  возбуждени  импульсно-периодических газовых лазеров и других устройств с нелинейными характеристиками .The present invention relates to nanosecond pulsed technology and is intended for charging the generating lines of accelerators, as well as for exciting pulse-periodic gas lasers and other devices with non-linear characteristics.

Известны генераторы мощных высоковольтных наносекундных импульсов на основе магнитных звеньев сжати , емкости которых выполн ютс  из блоков стандартных конденсаторов. Например, генератор дл  возбуждени  мощных импульсно-периодических газовых лазеров формирует на емкостной нагрузке импульсы амплитудной 20 кВ, длительностью фронта 300 не, следующие с частотой 3000 Гц. Получение импульсов с более короткими фронтами в дес тки наносекунд ограничено из-за большой паразитной индуктивности звеньев генератора , складывающейс  в основном из индуктивности монтажа конденсаторных блоков и существенной собственной индуктивности конденсаторов. Вследствие этого КПД таких генераторов не превышает 50+60%.Generators of high-power high-voltage nanosecond pulses based on magnetic compression links are known whose capacitances are made from blocks of standard capacitors. For example, a generator for exciting high-power repetitively pulsed gas lasers generates pulses of 20 kV amplitude on a capacitive load, with a front duration of 300 ns, following at a frequency of 3000 Hz. The generation of pulses with shorter edges in tens of nanoseconds is limited due to the large parasitic inductance of the generator links, which consists mainly of the inductance of the mounting of the capacitor units and the substantial intrinsic inductance of the capacitors. As a result of this, the efficiency of such generators does not exceed 50 + 60%.

При формировании на нагрузке однопо- л рных импульсов напр жени  к началу каждого последующего импульса все ферромагнитные сердечники генератора должны быть возвращены в исходное магнитное состо ние в области их отрицательного насыщени .When unipolar voltage pulses are formed on the load at the beginning of each subsequent pulse, all ferromagnetic cores of the generator must be returned to their initial magnetic state in the region of their negative saturation.

Известны генераторы наносекундных импульсов на основе магнитных звеньев сжати , в которых предварительное размагничивание ферромагнитных сердечников звеньев осуществл етс  с помощью дополнительных обмоток размагничивани , уложенных на сердечниках и запитываемых последовательно от одного или параллельно от нескольких источников тока.Nanosecond pulse generators based on magnetic compression links are known in which the preliminary demagnetization of the ferromagnetic cores of the links is carried out using additional demagnetization windings arranged on the cores and fed in series from one or in parallel from several current sources.

Недостатком таких генераторов  вл етс  их сложность и снижение надежности из-за большого количества дополнительных обмоток и источников питаний.The disadvantage of such generators is their complexity and reduced reliability due to the large number of additional windings and power supplies.

Известны также генераторы, в которых предварительное размагничивание ферромагнитных сердечников звеньев сжати  осуществл етс  через основные рабочие обмотки этих сердечников током зар да емкости входного звена генератора от импульсного источника питани . Однако применение таких генераторов ограничено, так как этот ток зар да замыкаетс  также через нагрузку. В случае нагрузки с  рко выраженной нелинейной характеристикой, какой, например,  вл етс  электродна  система газового лазера, применение таких генераторов без использовани  специальных дополнительных цепей, шунтирующих нагрузку, невозможно.Generators are also known in which the preliminary demagnetization of the ferromagnetic cores of compression links is carried out through the main working windings of these cores by the charge current of the capacitance of the input link of the generator from a switching power supply. However, the use of such generators is limited since this charge current also closes through the load. In the case of a load with a pronounced nonlinear characteristic, such as, for example, an electrode system of a gas laser, the use of such generators without the use of special additional circuits shunting the load is impossible.

Наиболее близким из известных технических решений к данному предложениюThe closest known technical solutions to this proposal

 вл етс  магнитный импульсный генератор, содержащий импульсный источник питани , входное звено, состо щее из зар дной LC- цепи, коммутатора, звень  сжати , включающие дроссели насыщени , выполненные вis a magnetic pulsed generator containing a pulsed power supply, an input link, consisting of a charged LC circuit, a switch, a compression link, including saturation chokes, made in

виде тороидальных ферромагнитных сердечников , охваченных витками намагничивани , к которым подключены конденсаторы. Генератор содержит также размагничивающую систему с источникомin the form of toroidal ferromagnetic cores covered by magnetization turns to which capacitors are connected. The generator also contains a demagnetizing system with a source

тока. Выходное звено генератора подключаетс  к нагрузке.current. The output link of the generator is connected to the load.

К виткам намагничивани  первого звена сжати  через входное LC-звено подключаетс  импульсный источник питани  и одинA switching power supply and one power supply are connected to the magnetization coils of the first compression link through the input LC link

вывод системы размагничивани , расположенной по внутренней поверхности дросселей насыщени  и вторым свободным выводом подключенной к источнику тока. Особенностью генератора  вл етс  то,the output of the demagnetization system located on the inner surface of the saturation chokes and the second free output connected to a current source. A feature of the generator is that

что в нем вместо стандартных используютс  специальные полосковые конденсаторы. При этом обкладки конденсаторов каждого звена сжати  выполнены по ширине равными высоте набора сердечников дросселейthat instead of standard ones, it uses special strip capacitors. In this case, the capacitor plates of each compression link are made equal in width to the height of the set of chokes cores

насыщени , разделены на частей и уложены по спирали Архимеда поверх дросселей. В свою очередь обмотки дросселей насыщени  разделены на 2л витков, кроме обмотки дроссел  выходного звена, выполненной вsaturation, divided into parts and laid in a spiral of Archimedes on top of the chokes. In turn, the windings of saturating reactors are divided into 2 l of turns, except for the winding of the drossel of the output link, made in

виде сплошного витка. К внешним выводам витков подключены потенциальные обкладки конденсаторов, а другие обкладки, заземленные , соединены с корпусом. Выводами, расположенными на внутреннейin the form of a continuous turn. Potential capacitor plates are connected to the external terminals of the turns, and other plates, grounded, are connected to the housing. Terminals located on the inside

поверхности дросселей, обмотки соединены между собой. При этом конструктивно все ступени сжати  помещены в общем цилиндрическом корпусе.the surface of the chokes, windings are interconnected. In this case, structurally, all compression stages are placed in a common cylindrical housing.

При таком выполнении генератора в процессе работы обкладки конденсатора с витками намагничивани  образуют коаксиальную или симметричную полоскрвую линию , котора  подключаетс  к нагрузке. ЭтоWith this embodiment of the generator, during operation of the capacitor plates with the magnetizing coils, they form a coaxial or symmetrical stripe line that is connected to the load. it

позвол ет исключить согласующие передающие линии, снизить до минимума паразитную индуктивность монтажа, а также за счет существенного уменьшени  собственной индуктивности конденсаторов улучшить соотношение индуктивностей витков дросселей насыщени  ступеней сжати  и индуктивностей конденсаторов. Следствием этого  вл етс  увеличение КПД генератора и возможность формировани  на нагрузке наносекундных импульсов с крутыми фронтами, пор дка нескольких дес тков наносекунд.eliminates matching transmission lines, minimizes spurious inductance of the installation, and also by significantly reducing the intrinsic inductance of capacitors improves the ratio of inductances of turns of saturation chokes to compression stages and inductances of capacitors. The consequence of this is an increase in the generator efficiency and the possibility of generating nanosecond pulses with steep fronts on the load, on the order of several tens of nanoseconds.

Недостатками этого устройства  вл ютс : во-первых, сложность получени  в нагрузке мощных высоковольтных импульсов с амплитудой пор дка 100 кВ и более, поскольку все основные элементы генератора от импульсного источника питани  до выходного звена сжати  должны быть выполнены практически на полное напр жение нагрузки, во-вторых, осуществление размагничивани  всех ферромагнитных сердечников ступеней сжати  общим витком, проход щим через центральную часть корпуса и запитываем от низковольтного источника , существенно усложн ет конструкцию генератора и затрудн ет согласование выходного звена-сжати  с нагрузкой, поскольку между ними нарушаетс  однородность коаксиального высоковольтного перехода, который должен быть весьма малоиндуктивным .The disadvantages of this device are: firstly, the difficulty of obtaining high-power high-voltage pulses with an amplitude of the order of 100 kV or more in the load, since all the main elements of the generator from the switching power source to the output compression link must be made almost at the full load voltage, secondly, the demagnetization of all the ferromagnetic cores of the compression stages by a common coil passing through the central part of the housing and powered from a low-voltage source, significantly complicates the design the generator and makes it difficult to match the output link-compression with the load, because between them the homogeneity of the coaxial high-voltage junction is violated, which should be very low inductance.

Все это существенно уменьшает надежность генератора и ограничивает возможность его применени .All this significantly reduces the reliability of the generator and limits the possibility of its use.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности работы генератора и обеспечение возможности его работы на нелинейную нагрузку, а также упрощение его конструкции и эксплуатации.The aim of the invention is to increase the reliability of the generator and enable it to work on a non-linear load, as well as simplifying its design and operation.

Эта цель достигаетс  тем, что в предлагаемом магнитном импульсном генераторе, как и в прототипе, содержащем импульсный источник питани , включающий емкостной накопитель энергии, коммутатор и повышающий импульсный трансформатор входное звено, размагничивающую систему, включающую емкостной накопитель энергии, коммутатор и повышающий импульсный трансформатор входное звено, размагничивающую систему, включающую балластную индуктивность и источник тока, а также расположенные в общем цилиндрическом корпусе звень  сжати , включающие дроссели насыщени , выполненные в виде тороидальных ферромагнитных сердечников, охваченных витками намагничивани , к которым подключены конденсаторы, выполненные в виде полосковых линий, уложенных по спирали Архимеда поверх дросселей насыщени , в отличие от прототипа входное звено генератора выполнено из двух последовательно соединенных конденсаторов, где параллельно первому конденсатору подключена вторична  обмотка импульсного трансформатора импульсного источника питани , а параллельно второму конденсатору подключена размагничивающа  система , при этом балластна  индуктивность системы подключена к общей точке соединени  конденсаторов, а выходное звено сжати  подключено к импульсным одновит- ковым трансформаторам коаксиального исполнени , обмотки которых выполнены из р да параллельных витков, охватывающих сердечник трансформатора и радиально распределенных между корпусом и центральным выходным электродом генератора. При этом и звень  сжати , и одновитковыеThis goal is achieved in that in the proposed magnetic pulsed generator, as in the prototype, containing a pulsed power supply including a capacitive energy storage device, a switch and a step-up pulse transformer, an input link, a demagnetizing system including a capacitive energy storage, a switch and a step-up pulse transformer an input link demagnetizing system, including ballast inductance and current source, as well as compression links located in a common cylindrical housing, including saturation donkeys made in the form of toroidal ferromagnetic cores covered by magnetization turns, to which capacitors are connected, made in the form of strip lines laid in an Archimedes spiral on top of saturation chokes, in contrast to the prototype, the generator input link is made of two series-connected capacitors, where parallel to the first the secondary winding of the pulse transformer of the switching power supply is connected to the capacitor, and the demagnet is connected in parallel to the second capacitor a reference system, while the ballast inductance of the system is connected to a common point of connection of the capacitors, and the output compression link is connected to pulsed single-turn transformers of coaxial design, the windings of which are made of a number of parallel turns covering the transformer core and radially distributed between the housing and the central output electrode generator. At the same time, both the compression link and single-turn

0 трансформаторы расположены в общем цилиндрическом корпусе.0 transformers are located in a common cylindrical housing.

Существенность отличи  предлагаемого устройства заключаетс  в том, что помимо сжати  во времени получаемого приThe significant difference between the proposed device lies in the fact that in addition to compression in time obtained at

5 разр де емкостного накопител  энергии импульсного источника питани  относительно низковольтного импульса осуществл етс  увеличение его амплитуды в 1 .б-И ,9 раза во входном звене и в 2+4 раза на выходе гене0 ратора непосредственно перед нагрузкой. Это позвол ет использовать дл  импульсного источника и входного звена низковольтные стандартные элементы, в том числе мощные; частотные полупроводниковыеIn the 5th stage of the capacitive energy storage of the switching power supply relative to the low voltage pulse, its amplitude is increased by a 1, 6, 9 times in the input link and 2 + 4 times in the output of the generator immediately before the load. This makes it possible to use low voltage standard elements, including powerful ones, for a pulse source and an input link; semiconductor frequency

5 коммутирующие приборы, а на элементах звеньев сжати  иметь напр жение в 2-4 раза меньше, чем формируемое в нагрузке. В результате существенно повышаетс  надежность работы генератора, а также упро0 щаетс  его конструкци  и эксплуатаци . Кроме того, подключение системы размагничивани  к общей точке последовательно соединенных конденсаторов входного звена и использование на выходе генератора5 switching devices, and on the elements of the compression links to have a voltage 2-4 times less than that formed in the load. As a result, the reliability of the generator is significantly increased, and its design and operation are simplified. In addition, the connection of the demagnetization system to the common point of the series-connected capacitors of the input link and the use of the generator output

5 одновитковых трансформаторов коаксиального исполнени  позвол ет, практически не ухудша  временных и энергетических характеристик импульсов в нагрузке размагничивать все ферромагнитные сердечники5 single-coil coaxial transformers allow, without practically degrading the time and energy characteristics of pulses in the load, to demagnetize all ferromagnetic cores

0 генератора, не замыка  ток размагничивани  через нагрузку и не примен   дополнительных обмоток размагничивани . Это позвол ет обеспечить возможность надежной работы генератора как на линейную, так0 generator, not shorting the demagnetization current through the load and not using additional demagnetization windings. This makes it possible to ensure reliable operation of the generator on both linear and

5 и нелинейную нагрузку, включа  межэлектродный промежуток газового импульсного лазера.5 and a non-linear load, including the interelectrode gap of a gas pulsed laser.

На фиг. 1 показана принципиальна  схема предлагаемого генератора; на фиг. 2In FIG. 1 shows a schematic diagram of the proposed generator; in FIG. 2

0 - эпюры токов и напр жений в элементах генератора: на фиг. 3-4 - схемы, по сн ющие его работу.0 - diagrams of currents and voltages in generator elements: in FIG. 3-4 are diagrams illustrating his work.

На фигурах обозначено: I, II - одновитковые импульсные трансформаторы, 1 5 корпус генератора, 2 - емкостной накопитель энергии. 3 - коммутатор, 4 - повышающий импульсный трансформатор, 5, 6 - конденсаторы входного звена, 7,8- конденсаторы звеньев сжати , 9 - дроссель насыщени  входного звена, 10, 11 - дросселиIn the figures indicated: I, II - single-turn pulse transformers, 1 5 generator housing, 2 - capacitive energy storage. 3 - commutator, 4 - step-up pulse transformer, 5, 6 - input link capacitors, 7.8 - compression link capacitors, 9 - input saturation choke, 10, 11 - inductors

насыщени  звеньев сжати , 12 - балластна  индуктивность, 13 - источник посто нного тока, 14 - намагничивающие витки импульсных трансформаторов, I, И, 15 - ферромагнитные тороидальные сердечники импульсных трансформаторов I, Н, 16 - резистор нагрузки, 17 - межэлектродный зазор нагрузки, 17 - межэлектродный зазор нагрузки, 18 - центральный выходной электрод , 19 - напр жение на емкостном накопителе 2, 20 - напр жение на конденсаторе 5, 21 - напр жение на конденсаторе 6, 22 - напр жение на конденсаторе 7, 23 - напр жение на конденсаторе 8: 24 - напр жение в токах е, f на выходе импульсного трансформатора 1,25 - напр жение в точках, k, m на выходе генератора. 26 - ток зар да конденсаторов 5, 6, 27 - ток дроссел  насыщени  9, 28 - ток дроссел  насыщени  10,29 - ток дроссел  насыщени  11, 30 - ток на выходе импульсного трансформатора на участке d-f, 31 - ток в резисторе 16 (на участке f-m).saturation of compression links, 12 — ballast inductance, 13 — constant current source, 14 — magnetizing coils of pulse transformers, I, I, 15 — ferromagnetic toroidal cores of pulse transformers I, H, 16 — load resistor, 17 — interelectrode load gap, 17 - interelectrode load gap, 18 - central output electrode, 19 - voltage on the capacitive storage 2, 20 - voltage on the capacitor 5, 21 - voltage on the capacitor 6, 22 - voltage on the capacitor 7, 23 - voltage on the capacitor 8: 24 - voltage in currents e, f on pulse transformer output 1.25 - voltage at points, k, m at the generator output. 26 - capacitor charge current 5, 6, 27 - saturation throttle current 9, 28 - saturation throttle current 10.29 - saturation throttle current 11, 30 - current at the output of a pulse transformer in the df section, 31 - current in resistor 16 (at plot fm).

Магнитный импульсный генератор содержит импульсный источник питани , включающий емкостной накопитель энергии 2, разр жаемый через коммутатор 3, например , тиристор, на первичную обмотку повышающего импульсного трансформатора 4. Параллельно вторичной обмотке этого трансформатора подключен конденсатор 5, образующий с последовательно подключенными к нему конденсатором 6 и дросселем насыщени  9 входное звено генератора. К общей точке соединени  конденсаторов 5.6 и вторичной- обмотке импульсного трансформатора 4 подключена балластна  индуктивность 12 системы размагничивани , запитываема  током размагничивани  от источника посто нного тока 13. Величина балластной индуктивности 12 выбираетс  из расчета, чтобы она существенно не шунтировала конденсатор 6 во врем  его зар дки .The magnetic pulse generator contains a switching power supply, including a capacitive energy storage 2, discharged through a switch 3, for example, a thyristor, to the primary winding of a boost pulse transformer 4. A capacitor 5 is connected in parallel with the secondary winding of this transformer, forming a capacitor 6 connected in series with it a saturation reactor 9; an input link of the generator. The ballast inductance 12 of the demagnetization system, powered by the demagnetization current from the direct current source 13, is connected to the common point of the connection of the capacitors 5.6 and the secondary winding of the pulse transformer 4. The value of the ballast inductance 12 is chosen so that it does not substantially bypass the capacitor 6 during charging .

Магнитный импульсный генератор содержит несколько звеньев сжати , каждое из которых имеет дроссель насыщени  Ш, 11, которые как и дроссель насыщени  9 входного звена выполнены в виде тороидальных ферромагнитных сердечников, охваченных намагничивающими витками. К внешним выводам этих витков подключены потенциальные обкладки соответствующих конденсаторов 7, 8, другие обкладки которых , заземленные, подключены к корпусу 1. Конструктивно конденсаторы 7,8 ступени сжати  выполнены в виде полосковых линий , уложенных по спирали Архимеда вокруг соответствующих им дросселей насыщени  {см. фиг. 3).A magnetic pulse generator contains several compression links, each of which has a saturation inductor Ш, 11, which, like the saturation inductor 9 of the input element, are made in the form of toroidal ferromagnetic cores covered by magnetizing coils. The potential terminals of the corresponding capacitors 7, 8 are connected to the external terminals of these turns, the other plates of which are grounded and are connected to the housing 1. Structurally, the condensers of the 7.8 compression stage are made in the form of strip lines laid in a spiral of Archimedes around their saturation chokes {see FIG. 3).

Последнее, выходное звено сжати  под- ключено к импульсным одновитковым трансформаторам I и II коаксиального исполнени , первичные обмотки 14 которых сThe last, output compression link is connected to pulse coaxial single-turn transformers I and II, the primary windings of which 14 with

целью наиболее малоиндуктивного исполнени  выполнены из р да параллельных витков, охватывающих тороидальный ферромагнитный сердечник 15 соответствующего трансформатора и радиальноthe purpose of the most inductive performance are made of a number of parallel turns, covering the toroidal ferromagnetic core 15 of the corresponding transformer and radially

0 распределены между корпусом и центральным выходным электродом 18 генератора. Конструктивно дроссель 9 входного звена, звень  сжати  и импульсные трансформаторы I и tl размещены в общем цилиндриче5 ском корпусе 1. При этом внутренние выводы обмоток дроссел  выходного звена сжати  и импульсных трансформаторов I и Н соединены между собой и образуют центральный выходной электрод 18 генератора,0 are distributed between the housing and the central output electrode 18 of the generator. Structurally, the input link inductor 9, the compression link, and pulse transformers I and tl are located in a common cylindrical housing 1. In this case, the internal leads of the drossel windings of the output compression link and pulse transformers I and Н are interconnected and form the central output electrode 18 of the generator,

0 который выполн етс  в виде цилиндра и образует с корпусом 1 коаксизл (см. фиг. 3), к которому подключаетс  нагрузка 18. Данный генератор способен возбуждать практически любой тип нагрузки. В данном0 which is made in the form of a cylinder and forms a coaxisle with case 1 (see Fig. 3), to which load 18 is connected. This generator is capable of exciting almost any type of load. In this

5 случае рассматриваетс  нелинейна  нагрузка типа межэлектродного промежутка импульсного газового лазера, на фиг. 1 показанна  в виде последовательно соединенных резистора 16 и зазора 17.5, a nonlinear load of the interelectrode gap type of a pulsed gas laser is considered; FIG. 1 is shown as a series-connected resistor 16 and a gap 17.

0 Устройство работает следующим образом . В исходном состо нии (t ti) конденсаторы 5-8 входного звена и звеньев сжати  разр жены, а емкостной накопитель 2 зар жен с указанной на фиг. Ч пол рностью. От0 The device operates as follows. In the initial state (t ti), the capacitors 5-8 of the input and compression links are discharged, and the capacitive storage 2 is charged with the one indicated in FIG. H polarity. From

5 источника посто нного тока 13 через индуктивность 12 протекает ток размагничивани  1р, замыкающийс  по цепи вторичной обмотки импульсного трансформатора 4, обмотка дросселей насыщени  9-11 и5 of the DC source 13, the demagnetization current 1p flows through the inductance 12, which closes along the secondary circuit of the pulse transformer 4, the winding of saturation chokes 9-11 and

0 параллельно соединенным обмоткам 14 импульсных трансформаторов { и II. Этим током размагничиваютс  полностью до состо ни  отрицательного насыщени  - BS- сердечниш трансформатора 4 и дроссел  90 parallel connected windings of 14 pulse transformers {and II. This current demagnetizes completely to the state of negative saturation - BS- core of transformer 4 and throttle 9

5 входного звена, поскольку их обмотки имеют значительное число витков и одновитко- вых трансформаторов I и II размагничиваютс  частично. При включении в момент времени ц коммутатора 3 нз0 чинаетс  разр д емкостного накопител  2 через первичную обмотку импульсного трансформатора 4. Наводимое на его вторичной обмотке напр жение через конденсатор б и насыщенный дроссель 95 of the input link, since their windings have a significant number of turns and single-turn transformers I and II are partially demagnetized. When turning on at time t of the switch 3 NC0, the discharge of the capacitive storage 2 through the primary winding of the pulse transformer 4 is started. The voltage induced on its secondary winding through the capacitor b and saturated inductor 9

5 прикладываетс  к обмоткам дросселей 10, 11 и трансформаторов, И.доразмагничива  их сердечники также полностью до магнитного состо ни  - BS. В результате конденсаторы 5,6 входного звена по отношению ко вторичной обмотке трансформатора 4 оказываютс  подключенными параллельно и в течение времени зар жаютс  до требуемого максимального значени  напр жени  Uo импульсного источника питани  фиг. 2, эпюры 20, 21, соответственно. В момент времени т.2 процесс зар дки заканчиваетс , коммутатор 3 выключаетс . Под действием напр жени  конденсатора 5 через его вторичную обмотку. Начина  с момента времени t2 сердечник дроссел  9 выходит из отрицательного насыщени  и начинает пе- ремагничиватьс , так как к его обмотке начинает прикладыватьс  возрастающее напр жение, равное сумме U напр жений конденсаторов 5, 6 перестающих уравновешивать друг друга. В момент времени тз, когда процесс перезар да конденсатора 5 близок к завершению и U (1,,9)Uo сердечник дроссел  9 вновь насыщаетс , но уже при индукции + BS. Его индуктивность уменьшаетс  в i раз, где /г- относи- тельна  магнитна  проницаемость материала сердечника и начинаетс  процесс разр да последовательно соединенных конденсаторов 5, 6 через обмотку насыщенного дроссел  9 на конденсатор 7 последующего звена сжати . Под действием напр жени  конденсатора 5 по вторичной обмотке трансформатора А протекает ток, перевод щий его сердечник в ненасыщенное состо ние, которое преп тствует обратному перезар ду конденсатора 5 через обмотку трансформатора.5 is applied to the windings of the chokes 10, 11 and transformers, I. By demagnetizing their cores also completely to the magnetic state - BS. As a result, the input capacitors 5.6 with respect to the secondary winding of the transformer 4 are connected in parallel and are charged over time to the required maximum voltage value Uo of the switching power supply of FIG. 2, diagrams 20, 21, respectively. At time t.2, the charging process ends, switch 3 is turned off. Under the action of the voltage of the capacitor 5 through its secondary winding. Starting at time t2, the core of the throttle 9 leaves negative saturation and begins to magnetize, since an increasing voltage equal to the sum U of the voltages of the capacitors 5, 6 ceasing to balance each other begins to be applied to its winding. At time t3, when the process of recharging the capacitor 5 is close to completion and U (1, 9) Uo, the core of the cross-link 9 is saturated again, but already by induction + BS. Its inductance decreases by a factor of i, where магнит is the relative magnetic permeability of the core material and the process of discharging the series-connected capacitors 5, 6 through the winding of the saturated cross-link 9 to the capacitor 7 of the subsequent compression link begins. Under the action of the voltage of the capacitor 5, a current flows through the secondary winding of the transformer A, which transfers its core to an unsaturated state, which prevents the reverse charging of the capacitor 5 through the transformer winding.

В момент времени т.4 конденсатор 7 за- р жаетс  до напр жени  U, а конденсаторы 5, G разр жаютс  до нул .At time t.4, capacitor 7 is charged to voltage U, and capacitors 5, G are discharged to zero.

Процесс разр да конденсатора 7 на конденсатор 8 аналогичен процессу, описанному выше, однако длительность разр да конденсатора 7 на конденсатор 8 намного меньше(промежуток времени te-ts, эпюры 22, 23 на фиг. 2). По мере передачи импульса от звена к звену длительность его уменьшаетс , достига  на последнем звене требуемой величины. При этом амплитуда напр жени  остаетс  примерно посто нной , а амплитуда импульса тока увеличиваетс  пропорционально уменьшению его длительности.The process of discharging the capacitor 7 to the capacitor 8 is similar to the process described above, however, the duration of the discharge of the capacitor 7 to the capacitor 8 is much shorter (time period te-ts, diagrams 22, 23 in Fig. 2). As the impulse is transferred from link to link, its duration decreases, reaching the desired value at the last link. In this case, the voltage amplitude remains approximately constant, and the amplitude of the current pulse increases in proportion to a decrease in its duration.

После выхода в насыщение сердечника дроссел  11 последнего звена сжати -нэчи- наетс  разр д емкости 8 последнего звена на одноеитковую обмотку 14 импульсного трансформатора I. Направление намотки витков 14 трансформаторов I. H определ етс  назначением генератора. При формировании весьма высоковольтных импульсов на высокоимпедансной нагрузке витки 14 выполн ютс  таким образом, чтобы индуцируема  трансформаторами I, II ЭДС на центральном выходном электроде 18 совпадала по направлению с ЭДС конденсатора 8 последнего звена сжати . В этом случае (см.After saturation of the core, the throttle 11 of the last compression link begins to discharge the capacitance 8 of the last link to a single-coil winding 14 of the pulse transformer I. The direction of winding of the turns 14 of the transformers I. H is determined by the purpose of the generator. When generating very high voltage pulses at a high impedance load, the turns 14 are made so that the EMF induced by the transformers I, II on the central output electrode 18 coincides with the EMF of the capacitor 8 of the last compression unit. In this case (see

фиг. 3) трансформаторы I и II оказываютс  включенными по автотрансформаторной повышающей схеме, где первичным витком, подключенным к выходному звену,  вл етс  виток a, b, d. с, а, а двум  вторичными витками - b, e, f, d. b дл  трансформатора I и е, k, m, f, e, дл  трансформатора И. Дл  уменьшени  потоков рассе ни , а, следовательно , и минимальной собственной индуктивности, трансформаторы выполн ютс  с витком 14 практически полностью закрывающим сердечник 15. В результате напр жение с выхода последнего звена сжати  повышаетс  каждым трансформатором в (1.6+1,9) раза при соответственномFIG. 3) transformers I and II turn on according to an autotransformer boost circuit, where the primary turn connected to the output link is turn a, b, d. c, a, and two secondary turns - b, e, f, d. b for transformer I and e, k, m, f, e, for transformer I. In order to reduce the leakage fluxes and, therefore, the minimum inductance, the transformers are made with a turn 14 almost completely covering the core 15. As a result, the voltage from the output of the last compression link is increased by each transformer (1.6 + 1.9) times with the corresponding

уменьшении тока, с учетом тока намагничивани  сердечников l/г . не передаваемого в нагрузку. Следует отметить, что величина тока намагничивани  (сотни ампер - единицы килоампер) много меньше величины токаa decrease in current, taking into account the core magnetization current l / g. not transmitted to the load. It should be noted that the magnitude of the magnetization current (hundreds of amperes - units of kiloamperes) is much less than the magnitude of the current

нагрузки (дес тки - сотни килоампер). Сечение трансформатора I определ етс  величиной напр жени  U на выходе последнего звена сжати  и длительностью tH импульса в нагрузкеloads (tens - hundreds of kiloamperes). The cross section of the transformer I is determined by the voltage U at the output of the last compression link and the pulse duration tH in the load

г и g and

4 В s К ст  4 V s K st

где Bs - индукци  насыщени  материала сердечника трансформатора, Кет - коэффициент заполнени  сталью. Сечение сердечникакаждогопоследующегоwhere Bs is the saturation induction of the core material of the transformer, Ket is the fill factor with steel. Cross section of the core

трансформатора удваиваетс .transformer doubles.

При работе генератора на малоимпе- данскую нагрузку . когда основным  вл етс  получение относительно низковольтных импульсов с весьма большим током, витки 14 трансформаторов I и И выполн ютс  противоположно вышеописанному, чтобы индуцируема  на оси ЭДС трансформатора имела направление встречное направлениеWhen the generator is operating on a low impedance load. when the main thing is to obtain relatively low-voltage pulses with a very high current, the turns 14 of the transformers I and I are performed opposite to the above, so that the transverse direction induced on the axis of the EMF of the transformer

ЭДС конденсатора последнего звена сжати  (см. фиг. 4). Здесь трансформаторы ока- зываютс включеннымипоEMF of the capacitor of the last compression unit (see Fig. 4). Here, the transformers are turned on by

автотрансформаторной понижающей схеме , где первичными двум  витками, например , дл  трансформатора I  вл етс  контур a, b, d. с, а вторичным витком контур b, e. f. d. 8 результате получаемый с последней ступени сжати  ток увеличиваетс  на каждом трансформаторе в (1.,9} раза, ноan autotransformer step-down circuit where the primary two turns, for example, for transformer I, is circuit a, b, d. c, and secondary loop b, e. f. d. 8 as a result, the current received from the last stage of compression increases at each transformer by (1., 9} times, but

при соответственном уменьшении напр жени . Как и в предыдущем случае, обмотки 14 выполн ютс  максимально закрывающими сердечники 15: из р да параллельных витков , охватывающих сердечники трансферматоров и радиально распределенных между корпусом и центральным выходным электродом , а сечение трансформатора I определ етс  величиной напр жени  на выходе последнего звена сжати  и длительностью импульса в нагрузке. Далее сечение сердечника каждого последующего трансформатора , примерно, вдвое уменьшаетс . Таким образом, в предлагаемом устройстве , в отличие от прототипа, помимо сжати  во времени получаемого при разр де емкостного накопител  энергии относительно низковольтного импульса осуществл етс  увеличение его амплитуда в 1,6-1,9 раза во входном звене и в 2-4 раза на выходе генератора непосредственно перед нагрузкой . Это позвол ет на элементах звеньев сжати  иметь напр жение в 2-4 раза меньшее, чем формируемое в нагрузке, и использовать дл  импульсного источника и входного звена низковольтные стандартные элементы, что существенно повышает надежность работы генератора, упрощает его конструкцию и эксплуатацию. Подключение системы размагничивани  к общей точке соединени  конденсаторов входного звена и использование на выходе генератора одновитковых трансформаторов, практически не ухудша  временных иwith a corresponding decrease in voltage. As in the previous case, the windings 14 are made as close as possible to the cores 15: from a series of parallel turns covering the cores of the transformers and radially distributed between the housing and the central output electrode, and the cross section of the transformer I is determined by the voltage at the output of the last compression link and the duration pulse in the load. Further, the cross section of the core of each subsequent transformer is approximately halved. Thus, in the proposed device, in contrast to the prototype, in addition to time compression of a relatively low-voltage pulse received during discharge of a capacitive energy storage device, its amplitude is increased by 1.6-1.9 times in the input link and 2-4 times by generator output immediately before loading. This allows the elements of the compression links to have a voltage 2-4 times lower than that generated by the load and use low voltage standard elements for the pulse source and input link, which significantly increases the reliability of the generator, simplifies its design and operation. Connecting the demagnetization system to the common point of connection of the input capacitors and using single-turn transformers at the output of the generator, practically without affecting the time and

энергетических характеристик импульсов в нагрузке, позвол ет размагничивать все ферромагнитные сердечники генератора, не замыка  ток размагничивани  через нагрузку и не примен   дополнительных обмоток размагничивани , Это позвол ет без дополнительного усложнени  перехода генератор - нагрузка и без применени  допол- нительных устройств обеспечиватьenergy characteristics of the pulses in the load, allows to demagnetize all the ferromagnetic cores of the generator, without shorting the demagnetization current through the load and without using additional demagnetization windings. This allows without additional complication of the generator-load transition and without the use of additional devices

возможность надежной работы генератора как на линейную, так и нелинейную нагрузку типа межэлектродного зазора.the possibility of reliable operation of the generator for both linear and non-linear loads such as interelectrode gap.

В предлагаемом устройстве, с целью упрощени  конструкции и эксплуатации генератора . при его работе в длительном непрерывном импульсно-периодическом режиме с посто нной частотой следовани  импульсов в дес тки - сотни импульсов в секунду возможно исключение источникаIn the proposed device, in order to simplify the design and operation of the generator. during its operation in a continuous continuous pulse-periodic mode with a constant pulse repetition rate of tens to hundreds of pulses per second, the source may be excluded

посто нного тока в системе размагничивани . В этом случае она выполн етс  в виде цепи из последовательно соединенных балластной индуктивности 12 и резистора, где индуктивность подключаетс  к общей точкеDC in the demagnetization system. In this case, it is made in the form of a circuit of series-connected ballast inductance 12 and a resistor, where the inductance is connected to a common point

соединени  конденсаторов 5, 6 входного звена, а резистор - к корпусу 1.connection of capacitors 5, 6 of the input link, and the resistor to the housing 1.

30thirty

(56) Авторское свидетельство СССР № 152Т224, кл. Н 03 К 3/53, 1987.(56) Copyright certificate of the USSR No. 152T224, cl. H 03 K 3/53, 1987.

Claims (1)

Формула изобретени The claims МАГНИТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕ- РАТОР, содержащий импульсный источник питани , включающий емкостный накопитель энергии, коммутатор и повышающий импульсный трансформатор, клеммы вторичной обмотки которого  вл ютс  первой и второй выходными клеммами импульсного источника питани , входное звено сжати , N звеньев сжати , которые расположены в общем корпусе, выходное звено сжати , йключающие дроссели насы- щени , выполненные е виде охваченных намагничивающими витками тороидальных ферромагнитных сердечников, и конденсаторы , выполненные в виде полосковых линий , уложенных по спирали Архимеда поверх дросселей насыщени , нагрузку и размагничивающую систему, включающую соединенные последовательно балластную индуктивность и источник тока, отличающийс  тем, что конденсатор входного зве- A MAGNETIC PULSE GENERATOR comprising a switching power supply, including a capacitive energy storage device, a switch and a step-up pulse transformer, the secondary winding terminals of which are the first and second output terminals of the switching power supply, an input compression link, N compression links that are located in a common housing , the output link of compression, including saturation chokes made in the form of toroidal ferromagnetic cores covered by magnetizing coils, and capacitors made in the form e strip lines laid in a spiral of Archimedes over saturation chokes, a load and a demagnetizing system, including a ballast inductance connected in series and a current source, characterized in that the input capacitor на генератора выполнен из двух последовательно соединенных конденсаторов , причем первый конденсатор соединен параллельно с первой и второй выходными клеммами импульсного источника питани , а второй конденсатор соединен параллельно с размагничивающей системой, причем балластна  индуктивность системы подключена к общей точке соединени  первого и второго конденсаторов , выходные клеммы выходного звена сжати  подключены к входным клеммам импульсных одновитковых трансформаторов , которые выполнены коаксиальными и обмотки которых образованы р дом параллельных витков, охватывающих сердечники трансформатора и радиально распределенных между корпусом и центральным выходным электродом генератора .the generator is made of two series-connected capacitors, the first capacitor connected in parallel with the first and second output terminals of the switching power supply, and the second capacitor connected in parallel with the demagnetizing system, the ballast inductance of the system connected to a common connection point of the first and second capacitors, output terminals of the output compression links are connected to the input terminals of pulse single-turn transformers, which are made coaxial and whose windings are razovany adjacent parallel coils spanning the transformer cores and distributed radially between the housing and the central electrode of the generator output. ОABOUT tltl // 7 Ю 8 V , /4 Г5/л tf „7 U 8 V, / 4 G5 / l tf „ / I / at ъ / / e / //l / I / at b / / e / // l , / ft/ , / ft / II ii II // 18eighteen ФигЛFigl
SU5013931 1991-11-28 1991-11-28 Magnetic pulse oscillator RU2003219C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5013931 RU2003219C1 (en) 1991-11-28 1991-11-28 Magnetic pulse oscillator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5013931 RU2003219C1 (en) 1991-11-28 1991-11-28 Magnetic pulse oscillator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2003219C1 true RU2003219C1 (en) 1993-11-15

Family

ID=21590232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5013931 RU2003219C1 (en) 1991-11-28 1991-11-28 Magnetic pulse oscillator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2003219C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10631395B2 (en) Inductively coupled pulsed RF voltage multiplier
US4922396A (en) DC-DC converter
JP3318981B2 (en) Pulse power
US20080238211A1 (en) Solid-state microsecond capacitance charger for high voltage and pulsed power
GB666574A (en) Improvements in the use of saturable magnetic chokes as discharge devices
RU2003219C1 (en) Magnetic pulse oscillator
CN113691239B (en) Magnetic switch pulse generator for electric pulse rock breaking
RU2459395C1 (en) Linear induction accelerator
RU2231937C1 (en) Linear induction accelerator
JP2000323772A (en) Pulse power unit
RU2089042C1 (en) Pulse magnetic compression device
JP3090279B2 (en) Magnetic pulse compression circuit
CN113179005B (en) Double-pulse power supply and working method thereof
RU2303338C1 (en) Generator of high voltage linearly fading impulses of microsecond duration
CN219833991U (en) High-voltage pulse power supply
RU2226022C1 (en) Nanosecond pulse generator for exciting metal-atom terminated lasers
RU2305379C1 (en) Generator of high voltage linearly increasing impulses of microsecond duration
RU67360U1 (en) HIGH VOLTAGE PULSE GENERATOR
EP1880377B1 (en) Sustain device for plasma panel
SU868985A1 (en) Magnetic pulse modulator
SU1378036A1 (en) Magnetic-thyristor pulser
SU1758797A1 (en) Single-ended constant voltage converter
RU2095941C1 (en) Magnetic generator of pulses
RU2111378C1 (en) Spark ignition voltage supply device
RU2583039C2 (en) Linear induction accelerator