RU2558693C2 - Способ генерации энергии и индуктивный генератор для его осуществления - Google Patents
Способ генерации энергии и индуктивный генератор для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2558693C2 RU2558693C2 RU2013105035/07A RU2013105035A RU2558693C2 RU 2558693 C2 RU2558693 C2 RU 2558693C2 RU 2013105035/07 A RU2013105035/07 A RU 2013105035/07A RU 2013105035 A RU2013105035 A RU 2013105035A RU 2558693 C2 RU2558693 C2 RU 2558693C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- current
- inductive
- pulse
- switch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к сильнотоковой импульсной технике и может быть использовано в качестве вторичного источника электрической мощности для питания нагрузок. Согласно изобретению, через последовательно включенные индуктивный накопитель энергии, первичный источник питания и коммутатор электрической цепи пропускают ток накачки индуктивного накопителя энергии и после достижения током накачки заданного значения размыкают общую цепь коммутатором, а энергию импульса экстратока размыкания выводят в нагрузку, причем для увеличения отношения энергии экстратока размыкания к энергии тока накачки первичным источником питания выполняют электрическую цепь, содержащую активное сопротивление и индуктивность накопителя с такими значениями номиналов, при которых длительность тока накачки меньше постоянной времени индуктивного накопителя на заданную величину. Технический результат - повышение эффективности. 3 ил.
Description
Изобретение относится к сильнотоковой импульсной технике и может быть использовано в качестве вторичного источника электрической мощности для питания преимущественно активных нагрузок.
Известно описание способа работы генератора импульсных токов на основе индуктивных накопителей энергии с размыкателем тока и активной нагрузкой, в котором индуктивный накопитель включают последовательно с первичным источником питания и коммутатором, а после достижения заданной величины тока в накопителе, коммутатором размыкают цепь тока. При этом мощность импульса экстратока, возникающего в момент размыкания, увеличивается по сравнению с мощностью источника питания. Полученную таким образом энергию импульса подают в нагрузку (Пичугина М.Т. Мощная импульсная энергетика. - Томск: Изд-во ТПУ. - 98 с. УДК621.316.9.001.4).
В современных индуктивных накопителях для повышения мощности импульса предпочитают увеличивать напряжение U первичного источника. В настоящее время его приходится повышать до десятков и более киловольт. Это является большим недостатком известного способа.
Известен индуктивный генератор, содержащий последовательно соединенные первичный источник энергии, линию передачи тока, индуктивный накопитель энергии с внешним и внутренним электродами и, по меньшей мере, один плазменный прерыватель тока с плазмообразующей системой, а также нагрузку, подключенную параллельно ему через линию передачи энергии, при этом плазменный прерыватель тока расположен на наружной поверхности внешнего электрода индуктивного накопителя и содержит вакуумируемый корпус, являющийся внешним электродом прерывателя, и внутренний электрод, соединенные соответственно с внешним и внутренним электродами индуктивного накопителя (пат. RU №2169442, опубл. 20.06.2001 г.).
Известный индуктивный генератор имеет тот же главный недостаток, что и описанный выше. Как известный генератор, так и все другие, подобные ему, из-за высокого напряжения опасны в эксплуатации, являются сложными и дорогими системами, поэтому непригодны для серийного производства и широкого использования.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности индуктивного генератора в широком диапазоне мощностей. Заявляемое изобретение обеспечивает технический результат, заключающийся в том, что энергию импульсов индуктивного генератора увеличивают главным образом не за счет повышения напряжения первичного источника, а за счет увеличения им (генератором) отношения энергии импульса экстратока размыкания к энергии импульса тока накачки.
Технический результат достигается предлагаемым способом генерации энергии в индуктивном накопителе энергии и ее выводом в нагрузку, согласно которому через последовательно включенные индуктивный накопитель энергии, первичный источник питания и коммутатор электрической цепи пропускают ток накачки индуктивного накопителя энергии и после достижения током накачки заданного значения размыкают общую цепь коммутатором, а энергию импульса экстратока размыкания выводят в нагрузку, причем для увеличения отношения энергии импульса экстратока размыкания к энергии тока накачки первичным источником питания, выполняют электрическую цепь, содержащую активное сопротивление и индуктивность накопителя с такими значениями номиналов, при которых длительность импульса тока накачки становится меньше постоянной времени индуктивного накопителя на заданную величину.
Изобретение поясняется фигурами 1-3. На фиг. 1 изображена схема индуктивного генератора, на фиг. 2 изображена схема соединения катушек индуктивностей генератора, на фиг. 3 изображены графики электрических сигналов, поясняющих работу индуктивного генератора: (а) - импульсы напряжения, приложенные к индуктивному накопителю энергии; (б) - импульсы тока накачки; (в) - вид импульсов напряжения без конденсатора и с подключенным конденсатором.
Введены цифровые обозначения: 1 - первичный источник электропитания; 2 - индуктивный накопитель энергии; 3 -коммутатор электрической цепи; 4 - блок управления коммутатором; 5 - блок диодов; 6 -вторичный накопитель энергии; 7 - нагрузка генератора; 8 - электромагнитные экраны.
Введены следующие буквенные обозначения: WR - энергия импульса накачки (это активная энергия, затрачиваемая источником электропитания), WL - энергия импульса экстратока размыкания (это реактивная энергия индуктивного накопителя), К - количество индуктивных цепей (в частности, количество катушек индуктивности) в индуктивном накопителе 2; U - напряжение; UП - напряжение первичного источника питания 1; UkR - амплитуда импульса напряжения на индуктивном накопителе 2, содержащего одну катушку индуктивности, при разряде на нагрузку 7 без конденсатора 6; UkC - амплитуда импульса напряжения на индуктивном накопителе 2, содержащего одну катушку индуктивности, при разряде на нагрузку 7, зашунтированную конденсатором 6; USR - амплитуда импульса напряжения на индуктивном накопителе 2, содержащего К катушек индуктивностей, при разряде на нагрузку 7 без конденсатора 6; USC - амплитуда импульса напряжения на индуктивном накопителе 2, содержащего К катушек индуктивностей, при разряде на нагрузку 7, зашунтированную конденсатором 6; I - ток; Ik - максимальная амплитуда тока накачки индуктивного накопителя 2, содержащего одну катушку индуктивности; IS - максимальная амплитуда тока накачки индуктивного накопителя 2, содержащего К катушек индуктивностей; k - график изменения тока накачки индуктивного накопителя 2, содержащего одну катушку индуктивности; S - график изменения тока накачки индуктивного накопителя 2, содержащего К катушек индуктивности; t - длительность замкнутого положения коммутатора 3; tз - длительность размыкания коммутатора 3; L - индуктивность одной катушки индуктивности; R - активное сопротивление одной катушки индуктивности; n -коэффициент кратности (безразмерное число); е=2,7182818 - математическая константа.
На фиг. 1 изображена схема индуктивного генератора, в которой реализован предлагаемый способ генерации энергии. Генератор работает следующим образом. Включают первичный источник питания 1, начинает работать блок управления 4, на выходе которого появляются прямоугольные импульсы длительностью t, период повторении которых равен Т. Эти импульсы поступают на управляющий вход коммутатора 3, который срабатывает при появлении первого импульса и замыкает цепь для тока накачки индуктивного накопителя 2. Напряжение UП первичного источника 1 прикладывается к выводам индуктивного накопителя 2. В цепи возникает ток накачки I индуктивного накопителя 2, который нарастает по экспоненциальному закону. Через промежуток времени t действие управляющего импульса прекращается и по его спаду (по заднему фронту) длительностью tз коммутатор 3 размыкает цепь. При этом возникает экстраток размыкания, который выводят с помощью блока диодов 5 во вторичный накопитель энергии 6 (конденсатор), в результате, последний заряжается. Процесс вывода энергии, накопленной в индуктивном накопителе 2, занимает промежуток времени tз, который равен продолжительности размыкания коммутатора 3. Время tз практически совпадает с длительностью заднего фронта импульса управления. В течение промежутка времени tз коммутатор 3 полностью размыкает цепь накачки и одновременно, в течение времени tз, энергия, накопленная в индуктивном накопителе 2, сбрасывается через блок диодов 5 в конденсатор 6. Далее, конденсатор 6 разряжается через нагрузку 7. Описанный цикл повторяется с периодом Т прихода импульсов, которые выдает блок управления 4.
В предлагаемом способе генерации увеличивают энергию импульса экстратока размыкания цепи относительно энергии импульса тока накачки:
где WL=L·I2/2, WR=I2·R·t, n - числовой коэффициент. Раскроем члены в (1):
1/2·L·I2/I2·R·t=n и сократив на ток I2, получим следующее выражение
Из (1) и (2) следует, что в электрической цепи, для увеличения коэффициента n, необходимо уменьшать длительность импульса накачки t. Таким образом, для реализации технического результата, длительность импульса накачки должна удовлетворять условию:
где L/2R - постоянная времени индуктивности.
Рассмотрим процесс осуществления способа подробнее. Предположим, что электрическая цепь содержит индуктивный накопитель 2 с одной катушкой индуктивностью L и активным сопротивлением R. Когда к выводам катушки приложен импульс напряжения UП первичного источника 1, то через нее идет экспоненциально нарастающий ток, который описывается известным выражением
где WL - энергия магнитного поля катушки.
Тот же самый ток I, который увеличивает энергию WL, одновременно расходует энергию первичного источника на активном сопротивлении R цепи, в частности, R равно сопротивлению катушки, если сопротивлением остальной части цепи можно пренебречь:
где WR - затраченная энергия.
Найдем отношение запасенной энергии в катушке к энергии, затраченной на активном сопротивлении R за время t. Для этого разделим выражение (5) на (6):
где n - числовой коэффициент. Полученное выражение совпадает с результатом (2), а значит верно и соотношение (3).
Следует заметить, что уменьшение длительности t импульса накачки приводит к уменьшению величины энергии WL, которая подается в нагрузку: см. (5); фиг. 3.
С точки зрения промышленной применимости изобретения, генератор с выходной мощностью, составляющей микроватты, максимум - милливатты, малопригоден.
В известных способах генерации импульсов индуктивными генераторами, для увеличения энергии импульса, как уже говорилось, повышают напряжение UП первичного источника, так как очевидно, что если уменьшать t, то надо и уменьшать индуктивность L, но тогда будет уменьшаться и энергия WL.
В предлагаемом способе, для увеличения выхода энергии индуктивный накопитель можно выполнить в виде системы (набора) индуктивных цепей (в частности, в виде набора катушек индуктивности), выполненных с одинаковыми индуктивностями L и одинаковыми активными сопротивлениями R, соединенными параллельно одноименной полярностью, при этом взаимоиндукцию между ними устраняют, например, электромагнитными экранами.
При параллельном соединении таких индуктивностей L суммарная индуктивность LS и суммарное активное сопротивление RS будут равны
где К - количество индуктивностей.
Если подставить LS и RS в соотношение (3),
то видно, что оно не изменилось, а это значит, что величина коэффициента n в соотношении (1) и (2) не зависит от количества К индуктивных цепей, выполненных по предлагаемому способу.
Если подставить значение суммарной индуктивности LS и значение суммарного активного сопротивления RS в соотношение для энергии (5), накопленной в индуктивном накопителе в течение времени t, и получаем
который показывает, что индуктивный накопитель 2, выполненный в виде указанного набора из К индуктивностей L, в течение времени накачки t накапливает энергию в К раз больше чем с одной индуктивностью L.
Аналогичной подстановкой RS и LS в соотношение (6) находим энергию, затраченную первичным источником в течение времени накачки t
Из (10) находим необходимое количество К индуктивностей в накопителе
В качестве числового примера, определим необходимое количество К индуктивностей в составе индуктивного накопителя 2 по известным данным.
Дано: индуктивность одной катушки L=0,2 Гн; ее активное сопротивление R=0,1 Ом; зададим коэффициент n=100; напряжение первичного источника UП=200 В; величина энергии индуктивного накопителя в импульсе WL=100 Дж. Подставляем эти данные в формулу (12) и получаем ответ:
При этом длительность времени накачки, из соотношения (3), составляет
Claims (1)
- Способ генерации энергии в индуктивном накопителе энергии и ее вывода в нагрузку, согласно которому через последовательно включенные индуктивный накопитель энергии, первичный источник питания и коммутатор электрической цепи пропускают ток накачки индуктивного накопителя энергии и после достижения током накачки заданного значения размыкают общую цепь коммутатором, а энергию импульса экстратока размыкания выводят в нагрузку, отличающийся тем, что для увеличения отношения энергии импульса экстратока размыкания к энергии тока накачки первичным источником питания выполняют электрическую цепь, содержащую активное сопротивление и индуктивность накопителя с такими значениями номиналов, при которых длительность импульса тока накачки меньше постоянной времени индуктивного накопителя на заданную величину.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013105035/07A RU2558693C2 (ru) | 2013-02-06 | 2013-02-06 | Способ генерации энергии и индуктивный генератор для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013105035/07A RU2558693C2 (ru) | 2013-02-06 | 2013-02-06 | Способ генерации энергии и индуктивный генератор для его осуществления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013105035A RU2013105035A (ru) | 2014-08-20 |
RU2558693C2 true RU2558693C2 (ru) | 2015-08-10 |
Family
ID=51384060
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013105035/07A RU2558693C2 (ru) | 2013-02-06 | 2013-02-06 | Способ генерации энергии и индуктивный генератор для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2558693C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2624822C2 (ru) * | 2015-10-16 | 2017-07-07 | Эдвид Иванович Линевич | Способ электропитания и устройство для его осуществления |
RU2643665C1 (ru) * | 2017-04-06 | 2018-02-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Индуктивно-импульсный генератор |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1686509A1 (ru) * | 1989-06-12 | 1991-10-23 | Предприятие П/Я М-5876 | Высокочастотна катушка индуктивности |
SU1728928A1 (ru) * | 1989-01-30 | 1992-04-23 | Г.М.Легошин | Устройство дл накоплени электрической энергии |
CN101944754A (zh) * | 2010-08-09 | 2011-01-12 | 上海同异动力科技有限公司 | 一种直流升降压电路 |
-
2013
- 2013-02-06 RU RU2013105035/07A patent/RU2558693C2/ru active IP Right Revival
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1728928A1 (ru) * | 1989-01-30 | 1992-04-23 | Г.М.Легошин | Устройство дл накоплени электрической энергии |
SU1686509A1 (ru) * | 1989-06-12 | 1991-10-23 | Предприятие П/Я М-5876 | Высокочастотна катушка индуктивности |
CN101944754A (zh) * | 2010-08-09 | 2011-01-12 | 上海同异动力科技有限公司 | 一种直流升降压电路 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЧЕТТИ П. Проектирование ключевых источников электропитания, Москва ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1980 сс.15, 16, 67-70, Рис.1.6, 3.1, 3.2. МОРОЗОВ А.Г. Электротехника, электроника и импульсная техника, учебник для вузов, Москва "Высшая школа", 1987, с.61, 62, рис.2.16. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры под ред. НАЙВЕЛЬТА Г.С., Москва, Радио и связь, 1985, сс.59, 468-472. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2624822C2 (ru) * | 2015-10-16 | 2017-07-07 | Эдвид Иванович Линевич | Способ электропитания и устройство для его осуществления |
RU2643665C1 (ru) * | 2017-04-06 | 2018-02-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Индуктивно-импульсный генератор |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013105035A (ru) | 2014-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2589240C1 (ru) | Генератор импульсов | |
Zhang et al. | A compact, high repetition-rate, nanosecond pulse generator based on magnetic pulse compression system | |
US3211915A (en) | Semiconductor saturating reactor pulsers | |
RU2580787C1 (ru) | Генератор мощных наносекундных импульсов (варианты) | |
RU2558693C2 (ru) | Способ генерации энергии и индуктивный генератор для его осуществления | |
Elliott et al. | Power density improvement of a piezoelectric energy harvester through use of a micropower switch-mode interface | |
RU2653580C2 (ru) | Импульсный регулятор напряжения | |
RU2647700C1 (ru) | Генератор импульсов переменной амплитуды | |
RU110884U1 (ru) | Генератор импульсов | |
Sack et al. | Design of a semiconductor-based bipolar Marx generator | |
Lee et al. | Evaluation of a RVU-43 switch as the closing switch for a modular 300 kJ pulse power supply for ETC application | |
RU2718420C1 (ru) | Импульсный генератор | |
Pemen et al. | Synchronous pulse systems | |
Yin et al. | Trigger method based on secondary induced overvoltage for linear transformer drivers | |
RU2015139611A (ru) | Способ размагничивания судна и устройство для его реализации | |
KR101615458B1 (ko) | 자기 스위치의 자기 리셋 장치, 이를 포함하는 고전압 펄스 압축 시스템 및 그 제어 방법 | |
Van Neste et al. | Luxating inverter for wide-band wireless power transfer | |
RU156454U1 (ru) | Устройство наложения контрольного тока | |
RU2642866C2 (ru) | Способ питания импульсной нагрузки от источника переменного напряжения и устройства для его осуществления (варианты) | |
RU129317U1 (ru) | Высоковольтный преобразователь переменного напряжения в постоянное с управляемой полярностью | |
RU2707699C1 (ru) | Способ рекуперации электрической энергии и устройство для его осуществления | |
RU2579529C1 (ru) | Устройство управления тиристорами мостовой схемы прибора для проверки электросчётчиков | |
RU2683577C1 (ru) | Способ контроля срабатывания контактов электромагнитного реле и устройство для его осуществления | |
RU2624822C2 (ru) | Способ электропитания и устройство для его осуществления | |
Kurhade et al. | Trigger generator for spark gap switching synchronisation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160207 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180823 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200207 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210601 |