RU2095941C1

RU2095941C1 - Magnetic generator of pulses

Info

Publication number: RU2095941C1
Application number: RU94021769A
Authority: RU
Inventors: И.В. Грехов; С.В. Коротков
Original assignee: Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 1997-11-10
Also published as: RU94021769A

Abstract

FIELD: heavy-current semiconductor equipment, in particular, power supply of powerful lasers. SUBSTANCE: device has switching serial circuit of first diode, capacitor, saturation choke, reverse connected diode transistor, and first winding of transformer. In addition device has input circuit of first direct current source, thyristor and second saturation choke and diode transistor. Device output circuit is designed as serial circuit of second and third capacitor and third saturation choke. Load circuit is connected in parallel to output circuit, In addition device has control unit, third and fourth diodes and serial circuit of fourth capacitor, second thyristor, first induction element, fifth capacitor. Second and third induction elements, current detector, third thyristor, second direct current power supply, sixth capacitor and fourth induction element are introduced to accomplish the goal of invention. EFFECT: regulation of output voltage of pulse generator, increased reliability of operations. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области сильноточной полупроводниковой техники и может быть использовано в источниках питания мощных лазеров. The invention relates to the field of high-current semiconductor technology and can be used in power sources of high-power lasers.

Известен магнитный генератор импульсов, содержащий два тиристора, источник постоянного напряжения, подключенный отрицательным полюсом к катоду первого тиристора, конденсатор, подключенный первым выводом к положительному полюсу источника, а вторым выводом к катоду второго тиристора, индуктивный элемент, включенный между катодом второго тиристора и анодом первого тиристора, резистор, включенный между анодом первого и анодом второго тиристора, дроссель насыщения, соединенный одним выводом с катодом второго тиристора, и цепь нагрузки, подключенную между вторым выводом дросселя и первым выводом конденсатора. Known magnetic pulse generator containing two thyristors, a constant voltage source connected by a negative pole to the cathode of the first thyristor, a capacitor connected by the first terminal to the positive pole of the source, and a second terminal to the cathode of the second thyristor, an inductive element connected between the cathode of the second thyristor and the anode of the first thyristor, a resistor connected between the anode of the first and the anode of the second thyristor, a saturation inductor connected by one output to the cathode of the second thyristor, and a load circuit, connected between the second output of the inductor and the first output of the capacitor.

При включении первого тиристора происходит заряд конденсатора от источника постоянного напряжения через индуктивный элемент. При этом дроссель насыщения, имеющий большую исходную индуктивность, блокирует напряжение заряда конденсатора и препятствует его разряду в цепь нагрузки. Спустя некоторое время после окончания процесса заряда конденсатора происходит насыщение сердечника дросселя, при этом индуктивность дросселя насыщения резко уменьшается и осуществляется быстрый разряд конденсатора в цепь нагрузки. Параметры индуктивного элемента и дросселя насыщения подобраны таким образом, что время заряда конденсатора оказывается существенно больше времени его разряда, что позволяет использовать в цепи заряда тиристор, обладающий, как известно, достаточно малой допустимой скоростью нарастания коммутируемого тока. When you turn on the first thyristor, a capacitor charges from a constant voltage source through an inductive element. In this case, a saturation inductor having a large initial inductance blocks the charge voltage of the capacitor and prevents it from being discharged into the load circuit. Some time after the end of the process of charging the capacitor, the core of the inductor is saturated, while the inductance of the saturation inductor sharply decreases and a fast discharge of the capacitor into the load circuit occurs. The parameters of the inductive element and saturation inductor are selected in such a way that the charge time of the capacitor is significantly longer than its discharge, which allows the use of a thyristor in the charge circuit, which, as is known, has a sufficiently small permissible rate of increase of the switched current.

Для изменения величины выходного напряжения используется демпфирующая цепь из резистора и второго тиристора, включающегося в процессе заряда конденсатора. При включении второго тиристора часть энергии, накопленной в индуктивном элементе, рассеивается на резисторе, что приводит к уменьшению напряжения заряда конденсатора. Таким образом, изменяя время задержки момента включения второго тиристора относительно момента включения первого тиристора, можно регулировать амплитуду выходного напряжения магнитного генератора импульсов. To change the magnitude of the output voltage, a damping circuit of a resistor and a second thyristor is used, which is turned on during the charge of the capacitor. When the second thyristor is turned on, part of the energy stored in the inductive element is dissipated on the resistor, which leads to a decrease in the charge voltage of the capacitor. Thus, by changing the delay time of the moment of turning on the second thyristor relative to the moment of turning on the first thyristor, it is possible to adjust the amplitude of the output voltage of the magnetic pulse generator.

Недостатком рассмотренного магнитного генератора импульсов является малая выходная мощность вследствие малой коммутационной возможности тиристоров в режиме коммутации коротких импульсов тока, которая обусловлена неоднородным по площади включением тиристора, начинающимся в узкой области у электрода управления, а затем медленно распространяющимся по всей рабочей площади. Кроме того, в процессе регулирования выходного напряжения значительная часть потребляемой мощности рассеивается на резисторе демпфирующей цепи, при этом низким оказывается КПД магнитного генератора импульсов. The disadvantage of the considered magnetic pulse generator is the low output power due to the small switching ability of the thyristors in the switching mode of short current pulses, which is caused by the thyristor switching inhomogeneous in area, starting in a narrow region near the control electrode and then slowly spreading over the entire working area. In addition, in the process of regulating the output voltage, a significant part of the consumed power is dissipated on the damping circuit resistor, while the efficiency of the magnetic pulse generator is low.

За прототип принят магнитный генератор импульсов, в котором значительное увеличение выходной мощности происходит благодаря использованию для коммутации реверсивно включаемого динистора (РВД), коммутационные возможности которого существенно превышают коммутационные возможности тиристоров. A magnetic pulse generator was adopted as a prototype, in which a significant increase in the output power occurs due to the use of a reversibly switched dynistor (RVD) for switching, the switching capabilities of which significantly exceed the switching capabilities of thyristors.

Магнитный генератор импульсов содержит цепь коммутации из последовательно соединенных первого диода, первого конденсатора, первого дросселя насыщения и РВД, подключенную к первой обмотке первого трансформатора, входную цепь из последовательно соединенных первого источника постоянного напряжения, второго дросселя насыщения, первого тиристора и второго диода, подключенную параллельно первому конденсатору, выходную цепь из последовательно соединенных второго конденсатора, третьего дросселя насыщения и третьего конденсатора, а также цепь нагрузки, подключенную параллельно выходной цепи, первый резистор, подключенный параллельно третьему конденсатору, блок запуска РВД, включающий пятый диод, второй резистор и цепь из последовательно соединенных четвертого конденсатора, второго тиристора, первого индуктивного элемента и пятого конденсатора, блок управления, первый выход которого соединен с управляющим электродом первого тиристора, а второй выход с управляющим электродом второго тиристора, генератор тока, подключенный отрицательным полюсом к катоду первого тиристора и отрицательному полюсу источника напряжения, шестой диод, катод которого соединен с анодом первого тиристора и катодом второго диода, а анод с положительным полюсом генератора тока и блоком рекуперации, включающим третий диод, второй трансформатор и четвертый диод. Катод первого диода подключен к аноду второго диода и к первому выводу первого конденсатора, первый вывод второго дросселя насыщения подключен ко второму выводу первого конденсатора и ко второму выводу первого дросселя насыщения, первый вывод первого дросселя насыщения подключен к аноду РВД, катод РВД подключен к началу первой обмотки первого трансформатора, к аноду пятого диода, к первому выводу пятого конденсатора и ко второму выводу четвертого конденсатора, первый вывод четвертого конденсатора подключен к аноду второго тиристора, к аноду РВД и к катоду третьего диода, второй резистор включен между катодом пятого диода и вторым выводом пятого конденсатора, первый вывод второго конденсатора подключен к началу второй обмотки первого трансформатора и к первому выводу третьего конденсатора, второй вывод второго конденсатора подключен к концу второй обмотки первого трансформатора. Начало первой обмотки второго трансформатора подключено к катоду второго тиристора, конец второй обмотки второго трансформатора к отрицательному полюсу источника напряжения. Катод четвертого диода подключен к положительному полюсу источника напряжения и ко второму выводу второго дросселя насыщения, анод четвертого диода к началу второй обмотки второго трансформатора. Катод третьего диода соединен с первым выводом первого дросселя насыщения и с анодом второго тиристора, анод третьего диода подключен к концу первой обмотки второго трансформатора. The magnetic pulse generator comprises a switching circuit of a series-connected first diode, a first capacitor, a first saturation inductor and a high pressure switch connected to a first winding of a first transformer, an input circuit of a series of connected first DC voltage sources, a second saturation inductor, a first thyristor and a second diode connected in parallel the first capacitor, the output circuit of the series-connected second capacitor, the third saturation reactor and the third capacitor, and a load circuit connected in parallel to the output circuit, a first resistor connected in parallel to the third capacitor, an RVD trigger unit including a fifth diode, a second resistor and a circuit of a fourth capacitor, a second thyristor, a first inductive element and a fifth capacitor connected in series, a control unit whose first output is connected to the control electrode of the first thyristor, and the second output to the control electrode of the second thyristor, a current generator connected to the cathode of the first thyristor by a negative pole pa and the negative pole of the voltage source, the sixth diode, the cathode of which is connected to the anode of the first thyristor and the cathode of the second diode and the anode to the positive pole of the generator current and the recovery unit, comprising the third diode, a second transformer and a fourth diode. The cathode of the first diode is connected to the anode of the second diode and to the first output of the first capacitor, the first output of the second saturation inductor is connected to the second output of the first capacitor and to the second output of the first saturation inductor, the first output of the first saturation inductor is connected to the RVD anode, the RVD cathode is connected to the beginning of the first windings of the first transformer, to the anode of the fifth diode, to the first terminal of the fifth capacitor and to the second terminal of the fourth capacitor, the first terminal of the fourth capacitor is connected to the anode of the second thyristor, to the RVD anode and the cathode of the third diode, the second resistor is connected between the cathode of the fifth diode and the second terminal of the fifth capacitor, the first terminal of the second capacitor is connected to the beginning of the second winding of the first transformer and to the first terminal of the third capacitor, the second terminal of the second capacitor is connected to the end of the second winding of the first transformer . The beginning of the first winding of the second transformer is connected to the cathode of the second thyristor, the end of the second winding of the second transformer to the negative pole of the voltage source. The cathode of the fourth diode is connected to the positive pole of the voltage source and to the second terminal of the second saturation inductor, the anode of the fourth diode to the beginning of the second winding of the second transformer. The cathode of the third diode is connected to the first terminal of the first saturation inductor and to the anode of the second thyristor, the anode of the third diode is connected to the end of the first winding of the second transformer.

При включении первого тиристора происходит заряд первого конденсатора до удвоенного напряжения источника постоянного напряжения через второй дроссель насыщения. После окончания процесса заряда первого конденсатора включается второй тиристор в блоке запуска РВД, при этом происходит разряд четвертого конденсатора через индуктивный элемент и пятый конденсатор. Так как емкость пятого конденсатора существенно превосходит емкость четвертого конденсатора, то пятый конденсатор не оказывает заметного влияния на процесс формирования тока в блоке запуска РВД. При смене полярности напряжения на четвертом конденсаторе к РВД прикладывается обратное напряжение и через него замыкается ток индуктивного элемента, являющийся током управления РВД I_у. В процессе прохождения через РВД тока I_у в его структуре накапливается значительный включающий заряд, обеспечивающий последующее однородное переключение, при этом первый дроссель насыщения блокирует напряжение заряда первого конденсатора и препятствует ответвлению тока управления в цепь коммутации. В момент окончания тока I_у происходит насыщение сердечника первого дросселя, при этом к РВД прикладывается положительное напряжение, он однородно переключается и коммутирует в выходную цепь быстронарастающий импульс тока разряда первого конденсатора. Вследствие однородного по площади переключения процесс коммутации происходит с малыми потерями энергии в РВД и предельная амплитуда коммутируемого тока существенно превышает предельную амплитуду тока в магнитном генераторе импульсов на базе тиристора. Разряд первого конденсатора обусловливает заряд второго конденсатора до более высокого напряжения, определяемого коэффициентом трансформации первого трансформатора. При заряде второго конденсатора третий дроссель насыщения, имеющий в исходном состоянии достаточно большую индуктивность, препятствует разряду второго конденсатора в цепь нагрузки. После окончания процесса заряда второго конденсатора сердечник третьего дросселя насыщается, при этом индуктивность дросселя насыщения резко уменьшается и происходит быстрый разряд второго конденсатора через третий конденсатор, третий дроссель насыщения и цепь нагрузки. Так как емкость третьего конденсатора значительно больше емкости второго конденсатора, то третий конденсатор не оказывает существенного влияния на формирование тока в цепи нагрузки. После окончания тока в цепи нагрузки третий и пятый конденсаторы оказываются заряженными до небольшого напряжения. Блок рекуперации обеспечивает разряд пятого конденсатора через источник постоянного напряжения входной цепи. Первый резистор обусловливает разряд третьего конденсатора. Первый диод прерывает ток в цепи коммутации при наличии отраженной от цепи нагрузки волны напряжения. Цепь из пятого диода и второго резистора обеспечивает полное рассеяние энергии, остающейся в пятом конденсаторе после окончания тока рекуперации, проходящего через обмотки второго трансформатора. Генератор тока поддерживает первый тиристор во включенном состоянии после окончания тока заряда первого конденсатора. Второй дроссель насыщения обеспечивает задержку повторного нарастания тока заряда первого конденсатора, в течение которой происходит выключение РВД. Третий и четвертый диоды препятствуют прохождению тока цепи коммутации через блок рекуперации. Второй и шестой диоды разделяют входную цепь и цепь генератора тока. В процессе разряда третьего конденсатора к нелинейным элементам магнитного генератора импульсов прикладывается размагничивающее напряжение, стабилизирующее магнитное состояние сердечников этих элементов.When the first thyristor is turned on, the first capacitor is charged to twice the voltage of the constant voltage source through the second saturation inductor. After the charging process of the first capacitor is completed, the second thyristor in the RVD start block is turned on, and the fourth capacitor is discharged through the inductive element and the fifth capacitor. Since the capacitance of the fifth capacitor significantly exceeds the capacitance of the fourth capacitor, the fifth capacitor does not have a noticeable effect on the current generation process in the RVD launch unit. When the polarity of the voltage across the fourth capacitor changes, the reverse voltage is applied to the RVD and through it the current of the inductive element is closed, which is the control current of the RVD I _у . During the passage of current I _y through the RVD, a significant switching charge accumulates in its structure, which ensures subsequent uniform switching, while the first saturation inductor blocks the charge voltage of the first capacitor and prevents the control current from branching into the switching circuit. At the moment of termination of the current I _y , the core of the first inductor is saturated, while a positive voltage is applied to the WFD, it uniformly switches and switches the fast-growing pulse of the discharge current of the first capacitor to the output circuit. Due to the uniform switching area, the switching process occurs with low energy losses in the WFD and the limit amplitude of the switched current significantly exceeds the limit amplitude of the current in the thyristor-based magnetic pulse generator. The discharge of the first capacitor determines the charge of the second capacitor to a higher voltage, determined by the transformation coefficient of the first transformer. When the second capacitor is charged, the third saturation inductor, which in the initial state has a sufficiently large inductance, prevents the discharge of the second capacitor into the load circuit. After the process of charging the second capacitor, the core of the third inductor is saturated, while the inductance of the saturation inductor decreases sharply and the second capacitor quickly discharges through the third capacitor, the third saturation inductor and the load circuit. Since the capacitance of the third capacitor is much larger than the capacity of the second capacitor, the third capacitor does not significantly affect the formation of current in the load circuit. After the end of the current in the load circuit, the third and fifth capacitors are charged to a small voltage. The recovery unit provides the discharge of the fifth capacitor through a constant voltage source of the input circuit. The first resistor determines the discharge of the third capacitor. The first diode interrupts the current in the switching circuit in the presence of a voltage wave reflected from the load circuit. The circuit of the fifth diode and the second resistor provides complete dissipation of the energy remaining in the fifth capacitor after the end of the recovery current passing through the windings of the second transformer. The current generator keeps the first thyristor turned on after the end of the charge current of the first capacitor. The second saturation choke provides a delay in the re-growth of the charge current of the first capacitor, during which the WFD is turned off. The third and fourth diodes impede the passage of the current of the switching circuit through the recovery unit. The second and sixth diodes separate the input circuit and the current generator circuit. During the discharge of the third capacitor, a demagnetizing voltage is applied to the nonlinear elements of the magnetic pulse generator, which stabilizes the magnetic state of the cores of these elements.

Недостатком устройства прототипа является отсутствие мер по обеспечению регулирования выходного напряжения и недостаточная надежность из-за возможности пробоя межобмоточной изоляции первого трансформатора, к которой в процессе коммутации прикладывается полное выходное напряжение, а также вследствие большого количества элементов в блоке рекуперации, каждый из которых имеет собственную вероятность отказа из-за возможности пробоя элементов цепи коммутации в результате неконтролируемого увеличения напряжения на первом конденсаторе при резком уменьшении сопротивления нагрузки. Последнее обстоятельство обусловлено тем, что при резком уменьшении сопротивления нагрузки происходит перезаряд второго конденсатора до значительного обратного напряжения. При этом остающаяся во втором конденсаторе избыточная энергия через первый трансформатор передается в цепь коммутации, приводя к увеличению обратного напряжения на первом конденсаторе, а затем во входную цепь, увеличивая ток заряда и напряжение заряда первого конденсатора. При следующих актах коммутации рассмотренный эффект усиливается, т.е. возрастает величина избыточной энергии, отраженной от цепи нагрузки, и может привести к резкому нарастанию напряжения на первом конденсаторе и к пробою элементов цепи коммутации. The disadvantage of the prototype device is the lack of measures for regulating the output voltage and insufficient reliability due to the possibility of breakdown of the winding insulation of the first transformer, to which the full output voltage is applied during the switching process, and also due to the large number of elements in the recovery unit, each of which has its own probability failure due to the possibility of breakdown of switching circuit elements as a result of an uncontrolled increase in voltage at the first capacitor with a sharp decrease in load resistance. The latter circumstance is due to the fact that with a sharp decrease in the load resistance, the second capacitor is recharged to a significant reverse voltage. In this case, the excess energy remaining in the second capacitor is transmitted through the first transformer to the switching circuit, leading to an increase in the reverse voltage at the first capacitor, and then to the input circuit, increasing the charge current and charge voltage of the first capacitor. In the following switching acts, the considered effect is enhanced, i.e. the amount of excess energy reflected from the load circuit increases, and can lead to a sharp increase in voltage at the first capacitor and to a breakdown of the switching circuit elements.

Задачей изобретения является обеспечение регулирования выходного напряжения магнитного генератора импульсов и повышение надежности его работы. The objective of the invention is to provide regulation of the output voltage of the magnetic pulse generator and increase the reliability of its operation.

Указанная задача решается в магнитном генераторе импульсов, содержащем цепь коммутации из последовательно соединенных первого диода, первого конденсатора, первого дросселя насыщения, реверсивно включаемого динистора и первой обмотки первого трансформатора, входную цепь, содержащую первый источник постоянного напряжения, первый тиристор, второй дроссель насыщения и второй диод, выходную цепь из последовательно соединенных второго и третьего конденсаторов и третьего дросселя насыщения; цепи нагрузки, подключенную параллельно выходной цепи, блок управления, третий и четвертый диоды, резистор, второй трансформатор, генератор тока и блок запуска, содержащий пятый диод и цепь из последовательно соединенных четвертого конденсатора, второго тиристора, первого индуктивного элемента и пятого конденсатора; причем анод первого диода соединен с концом первой обмотки первого трансформатора, анод второго тиристора соединен с анодом реверсивно включаемого динистора и первым выводом первого дросселя насыщения, общий вывод четвертого и пятого конденсаторов соединен с катодом реверсивно включаемого динистора и началом первой обмотки первого трансформатора; второй конденсатор подключен параллельно второй обмотке первого трансформатора; первый выход блока управления соединен с управляющим электродом первого тиристора, а второй с управляющим электродом второго тиристора. The indicated problem is solved in a magnetic pulse generator containing a switching circuit of a series-connected first diode, a first capacitor, a first saturation inductor, a reversibly switched dinistor and a first winding of the first transformer, an input circuit containing a first DC voltage source, a first thyristor, a second saturation inductor and a second a diode, an output circuit from series-connected second and third capacitors and a third saturation inductor; a load circuit connected in parallel to the output circuit, a control unit, a third and fourth diodes, a resistor, a second transformer, a current generator and a start-up unit comprising a fifth diode and a circuit of a fourth capacitor, a second thyristor, a first inductive element and a fifth capacitor connected in series; moreover, the anode of the first diode is connected to the end of the first winding of the first transformer, the anode of the second thyristor is connected to the anode of the reversibly switched dinistor and the first output of the first saturation inductor, the common output of the fourth and fifth capacitors is connected to the cathode of the reversed included dinistor and the beginning of the first winding of the first transformer; the second capacitor is connected parallel to the second winding of the first transformer; the first output of the control unit is connected to the control electrode of the first thyristor, and the second to the control electrode of the second thyristor.

Новым является то, что во входную цепь введены второй и третий индуктивные элементы, датчик тока, третий тиристор, второй источник постоянного напряжения и шестой конденсатор, а также введен четвертый индуктивный элемент; катод третьего тиристора соединен с анодом второго диода и катодом первого тиристора; второй диод, второй индуктивный элемент, шестой конденсатор и второй дроссель насыщения соединены последовательно, причем второй вывод второго дросселя насыщения соединен с катодом второго диода и анодом третьего тиристора; второй источник постоянного напряжения подключен параллельно шестому конденсатору и соединен положительным выводом с первым выводом второго дросселя насыщения, датчик тока подключен между отрицательным выводом первого источника постоянного напряжения и общим выводом второго индуктивного элемента и шестого конденсатора; выход датчика тока соединен с управляющим электродом и катодом третьего тиристора; третий индуктивный элемент, третий, четвертый диоды и резистор соединены последовательно, объединенный вывод катодов третьего и четвертого диодов соединен со вторым выводом первого конденсатора и вторым выводом первого дросселя насыщения; первый вывод первого конденсатора соединен с общим выводом резистора, третьего индуктивного элемента и положительным выводом первого источника постоянного напряжения, анод первого тиристора соединен с анодом третьего диода; четвертый индуктивный элемент включен между катодом реверсивно включаемого динистора и катодом пятого диода, анод которого соединен с общим выводом пятого конденсатора и первого индуктивного элемента; генератор тока подключен параллельно первой обмотке второго трансформатора и соединен положительным полюсом с ее началом, начало второй обмотки второго трансформатора соединено с началом второй обмотки первого трансформатора, конец второй обмотки второго трансформатора соединен с общим выводом третьего конденсатора и третьего дросселя насыщения и оба трансформатора выполнены в виде трансформаторов насыщения. What is new is that the second and third inductive elements, the current sensor, the third thyristor, the second DC voltage source and the sixth capacitor are introduced into the input circuit, and the fourth inductive element is also introduced; the cathode of the third thyristor is connected to the anode of the second diode and the cathode of the first thyristor; a second diode, a second inductive element, a sixth capacitor and a second saturation inductor are connected in series, the second terminal of the second saturation inductor connected to the cathode of the second diode and the anode of the third thyristor; the second DC voltage source is connected in parallel with the sixth capacitor and is connected with a positive terminal to the first terminal of the second saturation inductor, the current sensor is connected between the negative terminal of the first constant voltage source and the common terminal of the second inductive element and the sixth capacitor; the output of the current sensor is connected to the control electrode and the cathode of the third thyristor; the third inductive element, the third, fourth diodes and the resistor are connected in series, the combined cathode terminal of the third and fourth diodes is connected to the second terminal of the first capacitor and the second terminal of the first saturation inductor; the first terminal of the first capacitor is connected to the common terminal of the resistor, the third inductive element and the positive terminal of the first DC voltage source, the anode of the first thyristor is connected to the anode of the third diode; a fourth inductive element is connected between the cathode of the reversibly switched-on dinistor and the cathode of the fifth diode, the anode of which is connected to a common terminal of the fifth capacitor and the first inductive element; the current generator is connected parallel to the first winding of the second transformer and connected to the positive pole with its beginning, the beginning of the second winding of the second transformer is connected to the beginning of the second winding of the first transformer, the end of the second winding of the second transformer is connected to the common terminal of the third capacitor and third saturation inductor and both transformers are made in the form saturation transformers.

На чертеже представлена электрическая схема магнитного генератора импульсов, где 1 первый источник постоянного напряжения, 2 блок управления, 3 третий индуктивный элемент, 4 первый тиристор, 5 третий диод, 6 четвертый диод, 7 резистор, 8 первый конденсатор, 9 первый диод, 10 первый дроссель насыщения, 11 реверсивно включаемый динистор, 12 блок запуска реверсивно включаемого динистора, 13 четвертый конденсатор, 14 второй тиристор, 15 первый индуктивный элемент, 16 пятый конденсатор, 17 пятый диод, 18 четвертый индуктивный элемент, 19 первый трансформатор, 20 второй конденсатор, 21 третий конденсатор, 22 - генератор тока, 23 второй трансформатор, 24 третий дроссель насыщения, 25 цепь нагрузки, 26 третий тиристор, 27 второй диод, 28 второй дроссель насыщения, 29 второй индуктивный элемент, 30 шестой конденсатор, 31 второй источник постоянного напряжения, 32 датчик тока, 33 измерительный трансформатор датчика тока, 34 переменный резистор датчика тока, 35
выходной конденсатор датчика тока, 36 выходной резистор датчика тока, 37 - динистор датчика тока, 38 выходной трансформатор датчика тока, 39 - конденсатор цепи нагрузки, 40 дроссель насыщения цепи нагрузки, 41 - нагрузка.The drawing shows a circuit diagram of a magnetic pulse generator, where 1 first constant voltage source, 2 control unit, 3 third inductive element, 4 first thyristor, 5 third diode, 6 fourth diode, 7 resistor, 8 first capacitor, 9 first diode, 10 first saturation inductor, 11 reversible switch-on dinistor, 12 reversible switch-on dinistor trigger unit, 13 fourth capacitor, 14 second thyristor, 15 first inductive element, 16 fifth capacitor, 17 fifth diode, 18 fourth inductive element, 19 first transformer, 20 second capacitor, 21 third capacitor, 22 - current generator, 23 second transformer, 24 third saturation inductor, 25 load circuit, 26 third thyristor, 27 second diode, 28 second saturation inductor, 29 second inductive element, 30 sixth capacitor, 31 second source DC voltage, 32 current sensor, 33 current transformer measuring transformer, 34 variable current sensor resistor, 35
current sensor output capacitor, 36 current sensor output resistor, 37 - current sensor dynistor, 38 current sensor output transformer, 39 - load circuit capacitor, 40 load saturation choke, 41 - load.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

В исходном состоянии шестой конденсатор 30 заряжен от второго источника 31 до напряжения, незначительно превышающего величину выходного напряжения первого источника 1, остальные конденсаторы полностью разряжены, а через первую обмотку второго трансформатора 23 проходит небольшой постоянный ток от генератора тока 22, при этом сердечник второго трансформатора 23 находится в состоянии насыщения. In the initial state, the sixth capacitor 30 is charged from the second source 31 to a voltage slightly higher than the output voltage of the first source 1, the remaining capacitors are completely discharged, and a small direct current from the current generator 22 passes through the first winding of the second transformer 23, while the core of the second transformer 23 is in a state of saturation.

При включении первого тиристора 4 импульсом управления от блока 2 через третий и второй индуктивные элементы 3, 29 и первую обмотку трансформатора 33 датчика тока 32 проходит медленно нарастающий входной ток, формируемый первым источником 1. При этом в третьем и втором индуктивных элементах 3, 29 накапливается энергия, пропорциональная индуктивностям этих элементов. На последующих этапах работы энергия, накопленная в третьем индуктивном элементе 3 передается в первый конденсатор 8, а затем в нагрузку 41. Энергия, накопленная во втором индуктивном элементе 29 передается в шестой конденсатор 30, а затем используется для выключения первого тиристора 4. При нарастании входного тока через обмотку трансформатора 33 проходит ток заряда конденсатора 35 датчика тока 32. В момент заряда конденсатора 35 до напряжения срабатывания динистора 37 датчика тока 32 происходит переключение этого динистора и разряд конденсатора 35 через первую обмотку трансформатора 38 датчика тока 32. При этом на второй обмотке этого трансформатора возникает сигнал, включающий третий тиристор 26. Резистор 36 датчика тока 32 ограничивает ток разряда конденсатора 35. When the first thyristor 4 is turned on by a control pulse from block 2, a slowly increasing input current, generated by the first source 1, passes through the third and second inductors 3, 29 and the first winding of the transformer 33 of the current sensor 32. In this case, the third and second inductive elements 3, 29 accumulate energy proportional to the inductances of these elements. In the subsequent stages of operation, the energy stored in the third inductive element 3 is transferred to the first capacitor 8, and then to the load 41. The energy stored in the second inductive element 29 is transferred to the sixth capacitor 30, and then used to turn off the first thyristor 4. As the input increases current through the winding of the transformer 33 passes the charge current of the capacitor 35 of the current sensor 32. At the time of charging the capacitor 35 to the operating voltage of the dynistor 37 of the current sensor 32, this dynistor switches and the capacitor is discharged 35 through the first winding of the transformer 38 of the current sensor 32. In this case, a signal appears on the second winding of this transformer, including the third thyristor 26. The resistor 36 of the current sensor 32 limits the discharge current of the capacitor 35.

При включении третьего тиристора 26 осуществляется перезаряд шестого конденсатора 30 через второй дроссель насыщения 28 и второй индуктивный элемент 29, обусловливающий выключение первого тиристора 4. На начальном этапе процесса перезаряда второй дроссель насыщения 28, имеющий в исходном состоянии большую индуктивность, ограничивает скорость нарастания тока через третий тиристор 26. При этом в структуре третьего тиристора 26 происходит увеличение токопроводящей области за счет распространения включенного состояния, приводящее к возрастанию его коммутационных возможностей. После насыщения сердечника второго дросселя 28 его индуктивность резко уменьшается и ток через третий тиристор 26 резко нарастает вплоть до момента достижения величины входного тока, проходящего через второй индуктивный элемент 29. В дальнейшем скорость нарастания тока через третий тиристор 26 ограничивается величиной индуктивности второго элемента 29, которая значительно превосходит индуктивность второго дросселя насыщения 28 после насыщения его сердечника. При этом ко второму элементу 29 прикладывается фактически все напряжение заряда шестого конденсатора 30, являющееся обратным по отношению к первому тиристору 4. When the third thyristor 26 is turned on, the sixth capacitor 30 is recharged through the second saturation inductor 28 and the second inductive element 29, which causes the first thyristor 4. to be turned off. At the initial stage of the recharging process, the second saturation inductor 28, which has a large inductance in the initial state, limits the rate of current rise through the third thyristor 26. Moreover, in the structure of the third thyristor 26 there is an increase in the conductive region due to the spread of the on state, leading to an increase in th its switching capabilities. After saturation of the core of the second inductor 28, its inductance decreases sharply and the current through the third thyristor 26 rises sharply until the input current passing through the second inductive element 29 is reached. Subsequently, the current rise rate through the third thyristor 26 is limited by the inductance of the second element 29, which significantly exceeds the inductance of the second saturation inductor 28 after saturation of its core. In this case, almost the entire charge voltage of the sixth capacitor 30, which is inverse to the first thyristor 4, is applied to the second element 29.

В результате приложения к первому тиристору 4 обратного напряжения его цепь обесточивается, при этом проходящий через третий индуктивный элемент 3 ток переключается в цепь третьего диода 5 и первого конденсатора 8, обусловливая заряд конденсатора 8. По мере заряда первого конденсатора 8 величина напряжения на третьем индуктивном элементе 3 медленно нарастает, а величина обратного напряжения на первом тиристоре 4 убывает. Спустя некоторое время, достаточное для выключения тиристора 4, напряжение на нем меняет знак. Процесс заряда конденсатора 8 заканчивается после передачи в него всей энергии

, накопленной в индуктивном элементе 3, при этом конечная величина напряжения заряда конденсатора

может существенно превосходить величину выходного напряжения первого источника постоянного напряжения 1 (здесь C емкость конденсатора 8, L индуктивность элемента 3, I ток через элемент 3). Третий диод 5, РВД 11, четвертый конденсатор 13 и второй тиристор 14 блокируют напряжение заряда первого конденсатора 8 и устраняют возможность его разряда через третий индуктивный элемент 3 и первую обмотку первого трансформатора 19.As a result of applying a reverse voltage to the first thyristor 4, its circuit is de-energized, while the current passing through the third inductive element 3 is switched to the circuit of the third diode 5 and the first capacitor 8, causing the charge of the capacitor 8. As the first capacitor 8 is charged, the voltage across the third inductive element 3 slowly increases, and the magnitude of the reverse voltage on the first thyristor 4 decreases. After some time, sufficient to turn off the thyristor 4, the voltage on it changes sign. The process of charging the capacitor 8 ends after the transfer of all the energy into it

accumulated in the inductive element 3, while the final value of the voltage of the charge of the capacitor

can significantly exceed the value of the output voltage of the first constant voltage source 1 (here C is the capacitance of the capacitor 8, L is the inductance of element 3, I is the current through element 3). The third diode 5, RVD 11, the fourth capacitor 13 and the second thyristor 14 block the charge voltage of the first capacitor 8 and eliminate the possibility of its discharge through the third inductive element 3 and the first winding of the first transformer 19.

В процессе выключения первого тиристора 4 энергия, запасенная во втором индуктивном элементе 29 передается в шестой конденсатор 30, обусловливая увеличение обратного напряжения на этом конденсаторе в конце процесса его перезаряда. Параметры шестого конденсатора 30 и второго индуктивного элемента 29 выбираются таким образом, что дополнительная энергия, передаваемая в конденсатор 30 от элемента 29 примерно равна энергии потерь в элементах цепи перезаряда этого конденсатора. В результате после повторного перезаряда конденсатора 30 через второй диод 27 напряжение на его обкладках фактически равно исходному напряжению заряда от второго источника постоянного напряжения 31 и при следующем акте коммутации энергия от второго источника постоянного напряжения 31 практически не отбирается. При этом мощность второго источника постоянного напряжения 31 минимальна. In the process of turning off the first thyristor 4, the energy stored in the second inductive element 29 is transferred to the sixth capacitor 30, causing an increase in the reverse voltage on this capacitor at the end of the process of recharging it. The parameters of the sixth capacitor 30 and the second inductive element 29 are selected in such a way that the additional energy transmitted to the capacitor 30 from the element 29 is approximately equal to the loss energy in the elements of the recharge circuit of this capacitor. As a result, after the recharging of the capacitor 30 through the second diode 27, the voltage on its plates is practically equal to the initial charge voltage from the second constant voltage source 31, and during the next act of switching, the energy from the second constant voltage source 31 is practically not taken. In this case, the power of the second constant voltage source 31 is minimal.

Регулирование величины напряжения заряда первого конденсатора 8, а следовательно, и величины выходного напряжения магнитного генератора импульсов осуществляется с помощью переменного резистора 34 датчика тока 32. При увеличении сопротивления этого резистора повышается величина напряжения на конденсаторе 35 датчика тока 32 и момент включения динистора 37 датчика тока 32 происходит при меньшем значении входного тока. В результате уменьшается величина энергии, накопленной в третьем индуктивном элементе 3 к моменту включения третьего тиристора 26, а следовательно, и величина напряжения заряда первого конденсатора 8 при выключении первого тиристора 4. The regulation of the magnitude of the charge voltage of the first capacitor 8, and therefore the magnitude of the output voltage of the magnetic pulse generator, is carried out using a variable resistor 34 of the current sensor 32. When the resistance of this resistor increases, the voltage across the capacitor 35 of the current sensor 32 increases and the moment of switching on the dynistor 37 of the current sensor 32 occurs at a lower input current. As a result, the amount of energy stored in the third inductive element 3 by the time the third thyristor 26 is turned on decreases, and therefore the charge voltage of the first capacitor 8 when the first thyristor 4 is turned off.

Спустя некоторое время после окончания тока заряда первого конденсатора 8 блок управления 2 включает второй тиристор 14 блока запуска 12. При этом осуществляется быстрый перезаряд четвертого конденсатора 13 через первый индуктивный элемент 15, пятый конденсатор 16 и цепь рекуперации из последовательно соединенных пятого диода 17 и четвертого индуктивного элемента 18. Так как емкость пятого конденсатора 16 и индуктивность четвертого элемента 18 существенно превышает емкость четвертого конденсатора 13 и индуктивность первого элемента 15, то пятый конденсатор 16 и цепь рекуперации не оказывают заметного влияния на процесс формирования импульса тока в контуре перезаряда четвертого конденсатора 13. В процессе перезаряда четвертого конденсатора 13 первый дроссель насыщения 10, имеющий в исходном состоянии большую индуктивность, блокирует напряжение заряда первого конденсатора 8 и препятствует его разряду через цепь второго тиристора 14. В момент изменения полярности четвертого конденсатора 13, который вследствие малых потерь энергии в контуре перезаряда практически совпадает с моментом максимума тока через первый индуктивный элемент 15, к РВД 11 прикладывается обратное напряжение. При этом ток первого индуктивного элемента 15 замыкается через РВД 11, являясь током его управления I_у. При прохождении через РВД 11 обратного тока I_у в его структуре накапливается значительный включающий заряд, необходимый для последующего однородного переключения. Через некоторое время после возникновения тока I_у насыщается сердечник первого дросселя насыщения 10, при этом индуктивность дросселя резко уменьшается, к РВД 11 прикладывается положительное напряжение, он переключается и коммутирует в первую обмотку первого трансформатора 19 мощный быстронарастающий импульс тока разряда первого конденсатора 8. Вследствие однородного по площади переключения РВД 11 потери энергии при коммутации незначительны.Some time after the end of the charge current of the first capacitor 8, the control unit 2 turns on the second thyristor 14 of the start-up unit 12. In this case, the fourth capacitor 13 is quickly recharged through the first inductive element 15, the fifth capacitor 16 and the recovery circuit from the fifth diode 17 and the fourth inductive connected in series element 18. Since the capacitance of the fifth capacitor 16 and the inductance of the fourth element 18 significantly exceeds the capacitance of the fourth capacitor 13 and the inductance of the first element 15, the fifth the capacitor 16 and the recovery circuit do not significantly affect the process of generating a current pulse in the recharging circuit of the fourth capacitor 13. During the recharging of the fourth capacitor 13, the first saturation inductor 10, which in the initial state has a large inductance, blocks the charge voltage of the first capacitor 8 and prevents its discharge through the circuit of the second thyristor 14. At the moment of changing the polarity of the fourth capacitor 13, which due to small energy losses in the overcharge circuit almost coincides with the moment m maximum current through the first inductive element 15, 11 is applied to the RVD reverse voltage. In this case, the current of the first inductive element 15 is closed through the RVD 11, being the current of its control I _y . When the reverse current I _y passes through the RVD 11, a significant inclusion charge is accumulated in its structure, which is necessary for the subsequent uniform switching. Some time after the occurrence of current I _{, the} core of the first saturation inductor 10 is saturated, while the inductance of the inductor decreases sharply, a positive voltage is applied to the RVD 11, it switches and switches into the first winding of the first transformer 19 a powerful rapidly growing discharge current pulse of the first capacitor 8. Due to the uniform over the switching area of the high pressure switch 11, the energy loss during switching is negligible.

В процессе запуска РВД 11 пятый конденсатор 16 заряжается до небольшого напряжения, которое после окончания тока в контуре перезаряда четвертого конденсатора 13 прикладывается ко второму тиристору 14 в обратном направлении, способствуя его выключению. В процессе выключения второго тиристораа 14 пятый конденсатор 16 медленно перезаряжается через цепь рекуперации из пятого диода 17 и четвертого индуктивного элемента 18. Индуктивность четвертого элемента 18 выбирается таким образом, что момент изменения полярности пятого конденсатора 16 наступает после полного выключения второго тиристора 14. После окончания процесса перезаряда пятого конденсатора 16 возникающее на его обкладках обратное напряжение блокируется пятым диодом 17 и вторым тиристором 14. При следующем включении тиристора 14 пятый конденсатор 16 разряжается через РВД 11, увеличивая ток его управления. При этом надежность работы РВД 11 возрастает. In the process of starting the RVD 11, the fifth capacitor 16 is charged to a small voltage, which, after the end of the current in the overcharge circuit of the fourth capacitor 13, is applied to the second thyristor 14 in the opposite direction, helping to turn it off. In the process of turning off the second thyristor 14, the fifth capacitor 16 is slowly recharged through the recovery circuit from the fifth diode 17 and the fourth inductive element 18. The inductance of the fourth element 18 is selected so that the polarity of the fifth capacitor 16 changes after the second thyristor 14. is completely turned off. the recharge of the fifth capacitor 16, the reverse voltage arising on its plates is blocked by the fifth diode 17 and the second thyristor 14. The next time the thyristor 14 is turned on, the fifth condensers 16 is discharged via the RVD 11, increasing its current control. In this case, the reliability of the WFD 11 increases.

Разряд первого конденсатора 8 обусловливает заряд равновеликих второго и третьего конденсаторов 20 и 21 до более высокого напряжения, определяемого коэффициентом трансформации первого трансформатора 19. Заряд второго конденсатора 20 осуществляется непосредственно через вторую обмотку первого трансформатора 19, а заряд третьего конденсатора 21 через вторую обмотку первого трансформатора 19 и вторую обмотку второго трансформатора 23. Для выравнивания токов заряда второго и третьего конденсаторов 20 и 21 через первую обмотку второго трансформатора 23 предварительно пропускается ток размагничивания, формируемый генератором тока 22. В результате в процессе заряда третьего конденсатора 21 сердечник второго трансформатора 23 находится в насыщенном состоянии, при этом индуктивность его второй обмотки невелика и практически не ограничивает скорость нарастания тока заряда третьего конденсатора 21. The discharge of the first capacitor 8 causes the charge of the equally large second and third capacitors 20 and 21 to a higher voltage, determined by the transformation coefficient of the first transformer 19. The charge of the second capacitor 20 is carried out directly through the second winding of the first transformer 19, and the charge of the third capacitor 21 through the second winding of the first transformer 19 and a second winding of the second transformer 23. To equalize the charge currents of the second and third capacitors 20 and 21 through the first winding of the second transform ora 23 previously passed demagnetizing current generated by current generator 22. As a result, during charging of the third capacitor 21 of the second transformer core 23 is in the saturated state, the inductance of its second winding is small, and does not limit the slew rate of the third charging current of the capacitor 21.

После окончания процесса заряда второго и третьего конденсаторов 20 и 21 происходит насыщение сердечника первого трансформатора 19 и быстрый перезаряд второго конденсатора 20 через вторую обмотку этого трансформатора, имеющую после насыщения сердечника очень малую индуктивность. При этом ко второй обмотке второго трансформатора 23 прикладывается напряжение с полярностью, обратной по отношению к полярности напряжения при заряде третьего конденсатора 21. При возникновении на второй обмотке второго трансформатора 23 обратного напряжения сердечник этого трансформатора выходит из состояния насыщения, индуктивность второй обмотки резко возрастает и препятствует разряду третьего конденсатора 21 через вторую обмотку первого трансформатора 19. После окончания процесса перезаряда второго конденсатора 20 к третьему дросселю насыщения 24, имеющему в исходном состоянии значительную индуктивность, прикладывается суммарное напряжение заряда конденсатора 20 и 21, при этом сердечник третьего дросселя 24 насыщается, его индуктивность резко уменьшается и в цепь нагрузки коммутируется короткий импульс тока разряда последовательно включенных конденсаторов 20 и 21. В процессе коммутации напряжение в цепи нагрузки в два раза превышает выходное напряжение цепи коммутации, возникающее на второй обмотке первого трансформатора 19. After the charging process of the second and third capacitors 20 and 21, the core of the first transformer 19 is saturated and the second capacitor 20 is quickly recharged through the second winding of this transformer, which has a very small inductance after saturation of the core. In this case, a voltage with a polarity opposite to the voltage polarity when charging the third capacitor 21 is applied to the second winding of the second transformer 21. When a reverse voltage occurs on the second winding of the second transformer 23, the core of this transformer leaves the saturation state, the inductance of the second winding sharply increases and prevents the discharge of the third capacitor 21 through the second winding of the first transformer 19. After the process of recharging the second capacitor 20 to the third choke the saturation element 24, which has significant inductance in the initial state, the total charge voltage of the capacitor 20 and 21 is applied, while the core of the third inductor 24 is saturated, its inductance decreases sharply and a short pulse of the discharge current of the series-connected capacitors 20 and 21 is switched. switching voltage in the load circuit is twice the output voltage of the switching circuit that occurs on the second winding of the first transformer 19.

Величина индуктивности третьего дросселя 24 при насыщении его сердечника выбирается таким образом, что длительность импульса тока, коммутируемого в цепь нагрузки, оказывается существенно меньше длительности импульса тока заряда конденсаторов 20 и 21. Еще больше "сжатие" импульса тока можно получить, используя в цепи нагрузки дополнительное звено магнитного сжатия, состоящее из конденсатора 39 и дросселя насыщения 40 цепи нагрузки 25. The value of the inductance of the third inductor 24 upon saturation of its core is selected so that the duration of the current pulse switched to the load circuit turns out to be significantly less than the duration of the charge current pulse of the capacitors 20 and 21. Even more “compression” of the current pulse can be obtained by using the additional load circuit link magnetic compression, consisting of a capacitor 39 and a saturation reactor 40 load circuit 25.

После окончания процесса коммутации цепь из последовательно соединенных четвертого диода 6 и резистора 7 обеспечивает рассеяние энергии, остающейся в первом конденсаторе 8 вследствие рассогласования параметров этого конденсатора с параметрами конденсаторов выходной цепи или по причине возникновения обратной волны напряжения, отраженной от нагрузки при уменьшении ее электрического сопротивления. В обоих случаях осуществляется перезаряд первого конденсатора 8, при этом первый диод 9 блокирует возникающее на первом конденсаторе 8 обратное напряжение и первый конденсатор 8 медленно разряжается через резистор 7 и четвертый диод 6. After the end of the switching process, a circuit from the fourth diode 6 and the resistor 7 connected in series provides the dissipation of energy remaining in the first capacitor 8 due to the mismatch between the parameters of this capacitor and the parameters of the output circuit capacitors or due to the appearance of a backward voltage wave reflected from the load when its electrical resistance decreases. In both cases, the first capacitor 8 is recharged, while the first diode 9 blocks the reverse voltage that appears on the first capacitor 8 and the first capacitor 8 slowly discharges through the resistor 7 and the fourth diode 6.

В рассмотренном магнитном генераторе импульсов возвращение сердечника нелинейных элементов в исходное магнитное состояние осуществляется путем пропускания тока размагничивания через дополнительные обмотки этих элементов, не изображенные на схеме. In the considered magnetic pulse generator, the core of nonlinear elements is returned to the initial magnetic state by passing the demagnetization current through additional windings of these elements, not shown in the diagram.

Таким образом, благодаря введению во входную цепь магнитного генератора импульсов дополнительных второго и третьего индуктивных элементов, третьего тиристора, шестого конденсатора, второго источника постоянного напряжения и датчика тока, а также вследствие изменения электрических связей второго и третьего диодов стало возможным регулирование величины выходного напряжения. При этом глубокое регулирование выходного напряжения осуществляется при малых потерях энергии во входной цепи и КПД магнитного генератора импульсов в процессе регулирования существенно выше по сравнению с ранее рассмотренным магнитным генератором импульсов. Thus, due to the introduction of an additional second and third inductive elements, a third thyristor, a sixth capacitor, a second DC voltage source and a current sensor into the input circuit of a magnetic generator of pulses, and also due to a change in the electrical connections of the second and third diodes, it became possible to regulate the output voltage. Moreover, deep regulation of the output voltage is carried out at low energy losses in the input circuit and the efficiency of the magnetic pulse generator in the process of regulation is significantly higher compared to the previously considered magnetic pulse generator.

Выполнение первого и второго трансформаторов в виде трансформаторов насыщения изменения электрических связей второго трансформатора и подключение генератора тока к первой обмотке второго трансформатора позволило сформировать в выходной цепи магнитного генератора короткий импульс напряжения с амплитудой в два раза превышающей амплитуду напряжения на второй обмотке первого трансформатора. При этом уменьшилась возможность пробоя изоляции первого трансформатора и повысилась надежность этого трансформатора и всего устройства в целом. The implementation of the first and second transformers in the form of saturation transformers for changing the electrical connections of the second transformer and connecting the current generator to the first winding of the second transformer made it possible to form a short voltage pulse in the output circuit of the magnetic generator with an amplitude twice the amplitude of the voltage on the second winding of the first transformer. At the same time, the possibility of breakdown of the insulation of the first transformer decreased and the reliability of this transformer and the entire device as a whole increased.

Вследствие введения в схему четвертого индуктивного элемента и изменения электрических связей третьего диода, резистора и пятого диода уменьшилось количество элементов, осуществляющих рекуперацию избыточной энергии блока запуска РВД, увеличился ток управления РВД и исключилась возможность неконтролируемого роста напряжения на первом конденсаторе цепи коммутации. При этом повысилась надежность работы блока запуска РВД, самого РВД и элементов цепи коммутации, а следовательно, и всего магнитного генератора импульсов. Due to the introduction of the fourth inductive element into the circuit and changes in the electrical connections of the third diode, resistor and fifth diode, the number of elements that recover the excess energy of the RVD launch unit decreased, the RVD control current increased and the possibility of an uncontrolled voltage increase on the first capacitor of the switching circuit was eliminated. At the same time, the reliability of the RVD launch unit, the RVD itself and the elements of the switching circuit, and, consequently, the entire magnetic pulse generator, has increased.

По предлагаемой схеме (см. чертеж) был собран магнитный генератор импульсов для питания эксимерного лазера. В качестве РВД использовались опытные образцы, разработанные в ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. Приборы имели рабочую площадь 4 см² и рабочее напряжение 1500 В. Блок РВД 11 состоял из двух последовательно включенных динисторов, параллельно каждому из которых подключен варистор СН2-2А-1200В для выравнивания напряжения в статическом режиме. Сердечники дросселей насыщения 10, 24, 40 и трансформаторов 19, 23 были изготовлены из набора кольцевых магнитопроводов размером 125•80•25 мм. В качестве материала сердечников использовалась лента и пермалоя 50 НП толщиной 20 мкм. Дроссель насыщения 10 состоял из одного магнитопровода и имел 4 витка, дроссель насыщения 24 из двух магнитопроводов и имел 7 витков, дроссель насыщения 40 из трех магнитопроводов и имел один объемный виток. Трансформатор 19 состоял из пяти магнитопроводов и имел один виток в первой обмотке и 8 витков во второй обмотке, трансформатор 23 состоял из одного магнитопровода и имел 7 витков в первой обмотке и 21 виток во второй обмотке. Дроссель насыщения 28 и трансформатор 33 были собраны на ферритовых кольцах НМС 2500 45•30•20 мм. Дроссель насыщения 28 состоял из двух колец и имел 14 витков, трансформатор 33 состоял из трех колец и имел один виток в первой обмотке и 400 витков во второй обмотке. Трансформатор 38 был собран из трех ферритовых колец НМ 2000 20х12х6 мм и имел по 10 витков в первой и во второй обмотке. В качестве резистора 34 использовался переменный резистор СП5-IВIА 100 Ом, в качестве динистора 37 КН 102А. Сопротивление резистора 36 5,6 Ом, резистора 7 0,5 Ом. Индуктивность элемента 3 3,7 мГн, элемента 29 380 мкГн, элемента 15 2 мкГн, элемента 18 250 мкГн. Емкость конденсатора 30 14 мкФ, конденсатора 35 0,47 мкФ, конденсатора 8 - 10 мкФ, конденсатора 20 и 21 80 нФ, конденсатора 39 40 нФ, конденсатора 16 -4 мкФ, конденсатора 13 0,1 мкФ. В качестве тиристора 26 и тиристоров блоков 4 и 14 использовались тиристоры ТЧ-40-374-9. Блоки 4 и 14 состояли из трех последовательно включенных тиристоров. Диодные блоки 5 и 6 состояли из двух последовательно включенных диодов ДЛ-132-50-12. В качестве диодов 9 и 27 использовались диоды ДЧ-151-80-10, в качестве диода 17 ДЛ-112-25-12. Блок управления 2 содержал два выходных канала, собранные на логических микросхемах. Первый канал блока 2 формировал импульсы тока длительностью 30 мкс с амплитудой 1 A, второй канал импульсы тока длительностью 3 мкс с амплитудой 2,5 A, задержка между первым и вторым каналом составляла 3 мс. Первый источник постоянного напряжения 1 питался от трехфазной сети 3х380 В, 50 Гц и содержал диодный однополупериодный выпрямитель и выходную конденсаторную батарею. Величина выходного напряжения первого источника постоянного напряжения составляла около 300 В. Второй источник постоянного напряжения 31 питался от однофазной сети 220 В, 50 Гц и содержал повышающий сетевой трансформатор, диодный двухполупериодный выпрямитель, выходной конденсатор и балластный резистор. Выходное напряжение источника 31 постоянного напряжения 900 В. Генератор тока 22 питался от однофазной сети 220 В, 50 Гц и содержал понижающий сетевой трансформатор, диодный двухполуопериодный выпрямитель, выходную конденсаторную батарею, разделительный линейный дроссель и балластный резистор. Величина выходного тока генератора 22 2,5 А.According to the proposed scheme (see drawing), a magnetic pulse generator was assembled to power an excimer laser. As RVD used prototypes developed at the Physicotechnical Institute named after A.F. Ioffe RAS. The devices had a working area of 4 cm ² and an operating voltage of 1500 V. The RVD block 11 consisted of two dynistors connected in series, parallel to each of which a varistor SN2-2A-1200V was connected to equalize the voltage in static mode. The cores of saturation chokes 10, 24, 40 and transformers 19, 23 were made of a set of ring magnetic circuits of 125 • 80 • 25 mm in size. As a core material, a tape and permaloy 50 NP were used with a thickness of 20 μm. Saturation choke 10 consisted of one magnetic circuit and had 4 turns, saturation choke 24 of two magnetic cores and had 7 turns, saturation choke 40 of three magnetic cores and had one volume coil. Transformer 19 consisted of five magnetic cores and had one turn in the first winding and 8 turns in the second winding, transformer 23 consisted of one magnetic circuit and had 7 turns in the first winding and 21 turns in the second winding. Saturation inductor 28 and transformer 33 were assembled on ferrite rings of NMS 2500 45 • 30 • 20 mm. Saturation reactor 28 consisted of two rings and had 14 turns, transformer 33 consisted of three rings and had one turn in the first winding and 400 turns in the second winding. Transformer 38 was assembled from three ferrite rings NM 2000 20x12x6 mm and had 10 turns in the first and second windings. As a resistor 34, a variable resistor SP5-IBIA 100 Ohms was used, as a dynistor 37 KN 102A. The resistance of the resistor is 36 5.6 Ohms, the resistor is 7 0.5 Ohms. The inductance of element 3 is 3.7 mH; element 29 380 μH; element 15 2 μH; element 18 250 μH. The capacitance is 30 14 μF, capacitor 35 0.47 μF, 8 - 10 μF capacitor, 20 and 21 80 nF capacitor, 39 40 nF capacitor, 16 -4 μF capacitor, 13 0.1 μF capacitor. Thyristors ТЧ-40-374-9 were used as thyristor 26 and thyristors of blocks 4 and 14. Blocks 4 and 14 consisted of three thyristors connected in series. Diode blocks 5 and 6 consisted of two series-connected diodes DL-132-50-12. As diodes 9 and 27, diodes DC-151-80-10 were used, as diode 17 DL-112-25-12. Control unit 2 contained two output channels assembled on logic circuits. The first channel of block 2 formed current pulses of 30 μs duration with an amplitude of 1 A, the second channel of current pulses of 3 μs duration with an amplitude of 2.5 A, the delay between the first and second channel was 3 ms. The first constant voltage source 1 was powered from a three-phase network 3x380 V, 50 Hz and contained a half-wave diode rectifier and an output capacitor bank. The output voltage of the first constant voltage source was about 300 V. The second constant voltage source 31 was powered by a single-phase 220 V, 50 Hz network and contained a step-up network transformer, a half-wave diode rectifier, an output capacitor, and a ballast resistor. The output voltage of the source 31 of a constant voltage of 900 V. The current generator 22 was powered from a single-phase network 220 V, 50 Hz and contained a step-down network transformer, a diode half-wave rectifier, an output capacitor bank, an isolation linear choke, and a ballast resistor. The output current of the generator is 22 2.5 A.

В процессе испытаний на физическую нагрузку 41 в виде эксимерного лазера магнитный генератор импульсов надежно работал в диапазоне частот 1-100 Гц. При этом амплитуда выходного напряжения регулировалась в пределах 15-20 кВ. Длительность фронта нарастания выходного напряжения составляла менее 100 нс. During the tests for physical activity 41 in the form of an excimer laser, the magnetic pulse generator reliably worked in the frequency range 1-100 Hz. In this case, the amplitude of the output voltage was regulated within 15-20 kV. The duration of the rise front of the output voltage was less than 100 ns.

Claims

Magnetic pulse generator, consisting of a switching circuit of a series-connected first diode, a first capacitor, a first saturation inductor, a reversibly connected dynistor and a first winding of a first transformer, an input circuit from a first DC voltage source, a first thyristor, a second saturation inductor and a second diode, an output circuit from the second and third capacitors and the third saturation inductor connected in series, a load circuit connected in parallel to the output circuit, a control unit, th and fourth diodes, a resistor, a second transformer, a current generator and a start block of a fifth diode and a circuit of a fourth capacitor, a second thyristor, a first inductive element and a fifth capacitor connected in series, the anode of the first diode connected to the end of the first winding of the first transformer, the anode of the second the thyristor is connected to the anode of the reversibly switched dynistor and the first terminal of the first saturation inductor, the combined terminal of the fourth and fifth capacitors is connected to the cathode of the reverse of the second transistor and the beginning of the first winding of the first transformer, the second capacitor is connected parallel to the second winding of the first transformer, the first output of the control unit is connected to the control electrode of the first thyristor, and the second to the control electrode of the second thyristor, characterized in that the second and third inductive elements are introduced into the input circuit , a current sensor, a third thyristor, a second DC voltage source and a sixth capacitor, and a fourth inductive element is introduced, the cathode of the third thyristor is connected to the second diode and the cathode of the first thyristor, the second diode, the second inductive element, the sixth capacitor and the second saturation inductor are connected in series, the second terminal of the second saturation inductor connected to the cathode of the second diode and the anode of the third thyristor, the second DC voltage source connected in parallel to the sixth capacitor and connected a positive terminal with the first terminal of the second saturation inductor, a current sensor is connected between the negative terminal of the first constant voltage source and the common output ohm of the second inductive element and the sixth capacitor, the output of the current sensor is connected to the control electrode and the cathode of the third thyristor, the third inductive element, the third, fourth diodes and the resistor are connected in series, the combined output of the cathodes of the third and fourth diodes is connected to the second terminal of the first capacitor and the second terminal of the first saturation choke, the first output of the first capacitor is connected to the common output of the resistor, the third inductive element and the positive output of the first constant source to voltage, the anode of the first thyristor is connected to the anode of the third diode, the fourth inductive element is connected between the cathode of the reversibly switched on dinistor and the cathode of the fifth diode, the anode of which is connected to the common terminal of the fifth capacitor and the first inductive element, the current generator is connected parallel to the first winding of the second transformer and is connected to the positive pole with its beginning, the beginning of the second winding of the second transformer is connected to the beginning of the second winding of the first transformer, the end of the second winding of the second transformer and connected to the common output of the third capacitor and the third saturation reactor and both transformers are made in the form of saturation transformers.