RU2234759C2 - Способ переключения энергии индуктивного накопителя в нагрузку - Google Patents
Способ переключения энергии индуктивного накопителя в нагрузку Download PDFInfo
- Publication number
- RU2234759C2 RU2234759C2 RU2002104904/09A RU2002104904A RU2234759C2 RU 2234759 C2 RU2234759 C2 RU 2234759C2 RU 2002104904/09 A RU2002104904/09 A RU 2002104904/09A RU 2002104904 A RU2002104904 A RU 2002104904A RU 2234759 C2 RU2234759 C2 RU 2234759C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wires
- load
- energy
- inductive storage
- saturation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области сильноточной импульсной электротехники и может быть использовано в исследованиях и разработках источников энергии для запитки лайнерных систем термоядерного синтеза, для ускорителей заряженных частиц и пылевой плазмы, для накачки активных сред лазеров. Технический результат - уменьшение времени переключения и упрощение конструкции. Это достигается тем, что материал электрически взрываемых проволочек насыщают водородом перед установкой в устройство размыкателя индуктивного накопителя энергии перед его запиткой. Накопленная в материале проволочки при ее насыщении энергия ускоряет процесс ее разрушения, что сокращает время разрыва электрической цепи, увеличивая эффективность использования энергии магнитного накопителя. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области сильноточной электротехники и может быть использовано в создании быстродействующих переключателей энергии индуктивных накопителей для формирования мощных импульсов тока с коротким временем нарастания, которые в последнее время находят широкое применение в многочисленных научных и прикладных исследованиях:
а) создание мощных импульсных источников проникающих излучений (нейтронного, рентгеновского);
б) термоядерный синтез;
в) создание источников энергии для накачки активных сред мощных лазеров (газовых, на парах металлов);
г) создание различных ускорителей заряженных частиц (в том числе и для пылевой плазмы).
Изобретение может быть также использовано в работах по созданию быстродействующей защиты мощных электрических цепей от коротких замыканий.
В настоящее время одним из перспективных направлений в создании быстродействующих высоковольтных переключателей является использование плазменно-эрозионных процессов. Однако, несмотря на успехи в обострении токовых импульсов, отсутствие завершенной теории и сложность технического исполнения плазменно-эрозионных размыкателей заставляет проектировщиков сложных и дорогостоящих установок отдавать предпочтение техническим решениям, реализация которых не вызывает сомнений, как с точки зрения теории, так и с точки зрения простоты и надежности при реализации проектов. Так, в строящейся в ТРИНИТИ мощной импульсной установке “БАЙКАЛ” (А.И.Ведерников, Н.Ю.Касьянов, В.П. Ковалев, В.Ю.Кононенко, А.И.Кормилицын, А.В.Павленко, В.А.Филатов в статье “Электровзрывной размыкатель тока”, сборник докладов Международной конференции “VI Забабахинские научные чтения”, 24-28 сентября 2001 г., г. Снежинcк), в схеме ее магнитного усилителя предусмотрено использование электровзрывных размыкателей.
Явление электрического взрыва проводника и потери им электрической проводимости при прохождении через него критического тока (g≥106 А/см) исследуется уже более 200 лет и в настоящее время достаточно хорошо изучено для инженерного применения (В.А.Бурцев, Н.В.Калинин, А.В.Лучинский “Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках”, Москва, Энергоатомиздат, 1990 г.). Надежно работают электровзрывные размыкатели на токи ≥200 К А при времени нарастания 50 мксек≤τ≤50 нсек и амплитудах напряжения ~500 кв, что в 4-6 раз превосходит исходное напряжение при накачке индуктивного накопителя. И тем не менее для более эффективной передачи энергии от индуктивного накопителя в нагрузку необходимо снижать время перехода проводника в непроводящее состояние, т.е. время его разрушения.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является быстродействующий размыкатель на электрически взрываемых проволочках, описанный в журнале “Приборы и техника эксперимента”, №6, 1974 г., стр. 107-109, Ю.А.Котов, Н.Г.Колганов, Б.М.Ковальчук “Быстродействующий размыкатель на основе электрически взрываемых проволочек”. Недостатком такой конструкции является сложность закрепления параллельно включенных взрывающихся проволочек и относительно большое время переключения тока из индуктивного накопителя в нагрузку.
Целью изобретения является уменьшение времени переключения тока индуктивного накопителя в нагрузку и упрощение его конструкции.
Цель может быть достигнута при использовании в размыкателе проводников из металлов (или сплавов), сорбирующих значительные количества водорода, например Pd, Ni, Ti, Pt, Pd, Ag и др., а взрываемые проводники располагаются в два слоя на кольце из непроводящего материала (см. фиг 1, где 1 - кольцо из изолятора, 2 - электрически взрываемые проводники), зажатого в коаксиальном промежутке на выходе индуктивного накопителя (см. фиг 2, где 3 - непроводящие кольца с взрываемыми проводниками). Разрушение проводника в процессе нагрева его проходящим электрическим током происходит в результате потери им термодинамической устойчивости при фазовом взрыве, когда в процессе нагрева пар, находившийся в равновесии со сжатой пондеромоторными силами жидкой металлической фазой, достигает состояния предельного пересыщения. Эта неустойчивость инициирует диспергирование и разлет проводника. При этом он теряет металлическую проводимость.
Известно, что при поглощении водорода или его изотопов кристаллическая решетка накапливает энергию, которая при механическом ее разрушении выделяется в виде кинетической энергии продуктов взрыва и дополнительно способствует его разрушению, а это в свою очередь увеличивает скорость нарастания сопротивления и снижает время разрыва электрической цепи, и соответственно время нарастания тока в нагрузке. На фиг.3 приведены осциллограммы тока через палладиевые проволочки I(t) и напряжений на них U(t) при различных коэффициентах относительного их насыщения водородом. Анализ экспериментальных результатов позволяет сделать однозначный вывод об уменьшении времени нарастания импульса напряжения на проволочках, насыщенных водородом, и соответствующее увеличение его амплитуды почти в два раза по сравнению с не насыщенной проволочкой, что дает основание надеяться в перспективе, при увеличении коэффициента насыщения, на возможность увеличить амплитуду напряжения на нагрузке в 10-12 раз от используемого при накачке индуктивного накопителя, и тем самым повысить эффективность передачи в нагрузку энергии от индуктивного накопителя.
Таким образом, поставленная задача - сокращения времени переключения энергии индуктивного накопителя в нагрузку может быть решена, если в известном способе разрыва цепи индуктивного накопителя энергии с помощью взрывающихся проволочек, их насыщают водородом или его изотопами до установки их в устройство размыкателя перед его работой. При этом используется удобный в каждом конкретном случае способ насыщения их водородом или его изотопами. Наиболее распространенными считаются электролитический и из газовой фазы под давлением при подогреве образцов.
Задача упрощения конструкции решается использованием кольца из непроводящего (например, стеклопластик) материала с намотанным на него взрывающимся проводником, как показано на фиг.1. При этом проводник может быть насыщен водородом или его изотопами как до намотки на кольцо, так и после. Расположение колец (например, два) с параллельными взрывающимися проводниками в коаксиальной системе индуктивного накопителя показаны на фиг.2, где
1 - центральный токопровод коаксиальной системы;
2 - внешний токопровод;
3 - кольца с взрывающимися проволочками;
4 - кольца из проводящего материала, обеспечивающие контакт проволочек с центральным токопроводом;
5 - кольца из проводящего материала, обеспечивающие контакт проволочек с обратным токопроводом;
6 - непроводящие кольца, формирующие объем в коаксиальном промежутке (7), заполняемый при необходимости газом, маслом, пылевидным кварцем и др. для предотвращения повторных электрических пробоев.
Размыкатель включен в электрическую цепь индуктивного накопителя энергии по схеме, изображенной на фиг.2, и работает следующим образом. Перед установкой в индуктивный накопитель проволочки насыщаются водородом или его изотопами. В зависимости от разрываемого тока, необходимое их количество навивается на не проводящее кольцо, которое устанавливается в коаксиальный зазор размыкателя и поджимается контактными кольцами (4, 5). Объем (7) при необходимости заполняется газом, маслом, речным песком, пылевидным кварцем. Заряжается емкостной накопитель энергии. Накачка индуктивного накопителя начинается при замыкании ключа К. При этом емкость С разряжается через индуктивность L и проволочки, расположенные параллельно на кольцах (3). При достижении в накопителе энергии тока заданной величины проволочки взрываются, размыкая цепь накачки. На индуктивности L возникает напряжение, срабатывает ключ К и ток переключается в нагрузку R.
При использовании в качестве взрываемых проводников палладиевых проволочек, насыщенных водородом до коэффициента насыщения С - 0,6, в 1,5-2 раза (как следует из осциллограмм на фиг.3) может быть сокращено время переключения тока индуктивного накопителя энергии, что и приведет к увеличению скорости ввода электрической энергии в нагрузку.
Claims (1)
- Способ размыкания цепи индуктивного накопителя энергии с помощью электрически взрывающихся проволочек, отличающийся тем, что материал проволочек перед их срабатыванием насыщают водородом или его изотопами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002104904/09A RU2234759C2 (ru) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | Способ переключения энергии индуктивного накопителя в нагрузку |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002104904/09A RU2234759C2 (ru) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | Способ переключения энергии индуктивного накопителя в нагрузку |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002104904A RU2002104904A (ru) | 2003-10-20 |
RU2234759C2 true RU2234759C2 (ru) | 2004-08-20 |
Family
ID=33412306
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002104904/09A RU2234759C2 (ru) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | Способ переключения энергии индуктивного накопителя в нагрузку |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2234759C2 (ru) |
-
2002
- 2002-02-27 RU RU2002104904/09A patent/RU2234759C2/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Schoenbach et al. | A review of opening switch technology for inductive energy storage | |
US7634042B2 (en) | Pulsed power system including a plasma opening switch | |
Alferov et al. | High-current vacuum switching devices for power energy storages | |
US3104345A (en) | Plasma generator for a highly ionized electrical plasma | |
US4406952A (en) | Opening switch for interrupting current using a plasma focus device | |
RU2234759C2 (ru) | Способ переключения энергии индуктивного накопителя в нагрузку | |
US3089831A (en) | Method of producing high gas temperatures | |
Kovalchuk et al. | Three-electrode gas switches with electrodynamical acceleration of a discharge channel | |
Vitkovitsky et al. | Recovery characteristic of exploding wire fuses in air and vacuum | |
Kanaeva et al. | A high-voltage pulse generator for electric-discharge technologies | |
Bleys et al. | A simple, fast− closing, metallic contact switch for high voltage and current | |
Novac et al. | Analysis of helical generator driven exploding foil opening switch experiments | |
Weldon | Pulsed power packs a punch: Lasers, electromagnetic launchers, and fusion reactors require enormous, instantaneous pulses of power not available from the utilities' mains | |
Lam et al. | Fast discharge energy storage development for advanced X-ray simulators | |
BAUER et al. | Electric rail gun projectile acceleration to high velocity | |
Faugeras et al. | The SPS fast pulsed magnet systems | |
Bauville et al. | Study of recovery phenomena in a high-current pulse-triggered vacuum switch | |
RU2766434C1 (ru) | Способ формирования импульса тока в индуктивной нагрузке | |
Carruthers | The storage and transfer of energy | |
Fridman et al. | Energy storage capacitor cell with semiconductor switches | |
Mozgovoy | FRC collider | |
RU2475449C2 (ru) | Способ динамического синтеза ультрадисперсного кристаллического ковалентного нитрида углерода c3n4 и устройство для его осуществления | |
Parsons | Comparison between an SCR and a vacuum interrupter system for repetitive opening | |
RU2207647C1 (ru) | Коммутационное устройство | |
Willenborg et al. | Design and construction of a dense plasma focus device |