RU2708937C1 - Inductive pulse generator - Google Patents

Inductive pulse generator Download PDF

Info

Publication number
RU2708937C1
RU2708937C1 RU2019113924A RU2019113924A RU2708937C1 RU 2708937 C1 RU2708937 C1 RU 2708937C1 RU 2019113924 A RU2019113924 A RU 2019113924A RU 2019113924 A RU2019113924 A RU 2019113924A RU 2708937 C1 RU2708937 C1 RU 2708937C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turns
load
inductance
inductor
terminal
Prior art date
Application number
RU2019113924A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Пустынников
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2019113924A priority Critical patent/RU2708937C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2708937C1 publication Critical patent/RU2708937C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to pulse equipment. Disclosed is an inductive pulse generator, which comprises a first inductance coil connected via a switch to a positive terminal of a direct current source, a capacitor connected in parallel to the switch, a load and a second inductance coil. Inductances of the first and second inductance coils are identical. Each inductance coil is made with a tap from part of turns, which divides it into two parts so that inductance of one part of turns is greater than inductance of the other part of turns in 2–10 times. Input terminal of the second inductance coil is connected to input terminal of the first inductance coil. Anode of the valve is connected to the lead of the first inductance coil, the cathode of which is connected to the input terminal of the load. Output terminal of the load is connected to the lead of the second inductance coil. Output terminals of the first and second inductance coils are connected to minus terminal of DC source.
EFFECT: increasing value and power of current pulse in load by increasing fraction of energy transferred to load.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров, электрогидравлических устройств.The invention relates to a pulse technique and can be used to power accelerators, plasmatrons, lasers, electro-hydraulic devices.

Известен индуктивно-импульсный генератор [RU 130168 U1, МПК Н03К17/08 (2006.01), опубл. 10.07.2013], содержащий повышающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена последовательно через коммутатор к источнику постоянного тока, а вторичная обмотка подключена к нагрузке. Параллельно первичной обмотке повышающего трансформатора подключена катушка индуктивности, имеющая от 1,1 до 2 раз большую индуктивность и от 1,1 до 2 раз большую добротность, чем индуктивность и добротность первичной обмотки повышающего трансформатора, а конденсатор подключён параллельно коммутатору. Known inductive-pulse generator [RU 130168 U1, IPC Н03К17 / 08 (2006.01), publ. 07/10/2013], containing a step-up transformer, the primary winding of which is connected in series through the switch to a DC source, and the secondary winding is connected to the load. In parallel with the primary winding of the step-up transformer, an inductor is connected, which has 1.1 to 2 times greater inductance and 1.1 to 2 times greater quality factor than the inductance and quality factor of the primary winding of the step-up transformer, and the capacitor is connected in parallel with the switch.

После размыкания коммутатора только часть запасённой энергии через повышающий трансформатор передаётся в нагрузку. При больших значениях тока возникает эффект насыщения стали магнитопровода повышающего трансформатора, вследствие чего коэффициент связи первичной и вторичной обмоток уменьшается и увеличиваются потери в стали магнитопровода трансформатора. Следовательно, снижается доля энергии, передаваемой в нагрузку, что приводит к уменьшению величины и мощности импульса тока в нагрузке.After the switch opens, only a part of the stored energy is transferred to the load through a step-up transformer. At high currents, the saturation effect of the steel of the magnetic core of the step-up transformer occurs, as a result of which the coupling coefficient of the primary and secondary windings decreases and the losses in the steel of the magnetic core of the transformer increase. Therefore, the proportion of energy transmitted to the load is reduced, which leads to a decrease in the magnitude and power of the current pulse in the load.

Предлагаемое изобретение позволяет увеличить величину и мощность импульса тока в нагрузке путём увеличения доли энергии, передаваемой в нагрузку.The present invention allows to increase the magnitude and power of the current pulse in the load by increasing the proportion of energy transmitted to the load.

Индуктивно-импульсный генератор, так же как в прототипе, содержит первую катушку индуктивности, подключённую через коммутатор к плюсовому зажиму источника постоянного тока, конденсатор, включенный параллельно коммутатору и нагрузку.Inductive-pulse generator, as in the prototype, contains the first inductor connected via a switch to the positive terminal of a DC source, a capacitor connected in parallel with the switch and the load.

Согласно изобретению индуктивно-импульсный генератор дополнительно содержит вторую катушку индуктивности, причем индуктивности первой и второй катушки индуктивности одинаковы. Каждая катушка индуктивности выполнена с отводом от части витков, который делит её на две части так, что индуктивность одной части витков больше индуктивности другой части витков в 2 - 10 раз. К входному зажиму первой катушки индуктивности, которым является вывод от её большей части витков, подключен входной зажим второй катушки индуктивности, которым является вывод от её меньшей части витков. К отводу первой катушки индуктивности подключён анод вентиля, катод которого подключён к входному зажиму нагрузки. Выходной зажим нагрузки подключён к отводу второй катушки индуктивности. Выходной зажим первой катушки индуктивности, которым является вывод от её меньшей части витков, и выходной зажим второй катушки индуктивности, которым является вывод от её большей части витков, подключены к минусовому зажиму источника постоянного тока.According to the invention, the pulse inductance generator further comprises a second inductor, the inductances of the first and second inductors being the same. Each inductance coil is made with a tap from a part of the turns, which divides it into two parts so that the inductance of one part of the turns is 2 to 10 times greater than the inductance of the other part of the turns. The input terminal of the second inductor, which is the output from its smaller part of the turns, is connected to the input terminal of the first inductor, which is the output from its largest part of the turns. A valve anode is connected to the tap of the first inductor, the cathode of which is connected to the input terminal of the load. The output terminal of the load is connected to the tap of the second inductor. The output terminal of the first inductor, which is the output from its smaller part of the turns, and the output terminal of the second inductor, which is the output from its larger part of the turns, are connected to the negative terminal of the DC source.

Предложенные индуктивно-импульсный генератор имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:The proposed inductive-pulse generator has the following advantages over the prototype device:

в предложенной схеме до размыкания коммутатора первая и вторая катушка индуктивности подключены параллельно источнику постоянного тока, что позволяет увеличить запасаемую устройством электромагнитную энергию;in the proposed circuit, before the switch opens, the first and second inductors are connected in parallel with the direct current source, which allows to increase the electromagnetic energy stored by the device;

при размыкании коммутатора в соответствии с обобщёнными законами коммутации возникают два одинаковых импульса тока, которые суммируются и формируют импульс тока в нагрузке, имеющий на 10-20% большую величину и мощность, чем импульс тока в устройстве прототипа.when the switch is opened in accordance with the generalized laws of switching, two identical current pulses occur, which are added up and form a current pulse in the load, which is 10-20% larger in magnitude and power than the current pulse in the prototype device.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема индуктивно-импульсного генератора, на фиг. 2 – диаграмма тока в большей части витков первой и второй катушек индуктивности, на фиг. 3 - диаграмма тока в меньшей части витков первой и второй катушек индуктивности, на фиг. 4 – импульс тока в нагрузке, создаваемый большей и меньшей частью витков катушек, на фиг. 5 - суммарный импульс тока в нагрузке.In FIG. 1 is a circuit diagram of an inductive-pulse generator; FIG. 2 is a current diagram for most of the turns of the first and second inductors, FIG. 3 is a current diagram in a smaller part of the turns of the first and second inductors, FIG. 4 - current pulse in the load created by the larger and smaller part of the turns of the coils, in FIG. 5 - total current pulse in the load.

Индуктивно-импульсный генератор содержит источник постоянного тока 1 (фиг. 1), плюсовой зажим которого подключён к входному зажиму коммутатора 2 и первому выводу конденсатора 3. Первая катушка индуктивности 4-5 разделена отводом на две неравные части, причём большая часть витков 4 катушки имеет величину индуктивности которая в 2 –10 раз превышает величину индуктивности меньшей части её витков 5.Вторая катушка индуктивности 6-7 разделена отводом на две неравные части: большая часть витков 7 катушки имеет величину индуктивности, которая в 2 –10 раз превышает величину индуктивности меньшей части её витков 6. Выходной зажим коммутатора 2 соединён со вторым выводом конденсатора 3, с входным зажимом вывода от большей части витков 4 первой катушки индуктивности 4-5 и с входным зажимом вывода от меньшей части витков 6 второй катушки индуктивности 6-7. Выходной зажим вывода от меньшей части витков 5 первой катушки индуктивности 4-5 и выходной зажим вывода от большей части витков 7 второй катушки индуктивности 6-7 подключены к минусовому зажиму источника постоянного тока 1. К отводу первой катушки индуктивности 4-5 подключён анод вентиля 8, катод которого подключён к входному зажиму нагрузки 9, выходной зажим нагрузки 9 подключён к отводу второй катушки индуктивности 6-7.The inductive-pulse generator contains a direct current source 1 (Fig. 1), the positive terminal of which is connected to the input terminal of the switch 2 and the first output of the capacitor 3. The first inductor 4-5 is divided by a tap into two unequal parts, and most of the turns 4 of the coil have the magnitude of the inductance which is 2-10 times the magnitude of the inductance of the smaller part of its turns 5. The second inductor 6-7 is divided by a tap into two unequal parts: most of the turns 7 of the coil have an inductance value of 2-10 p h exceeds the inductance value of the smaller part of its turns 6. The output terminal of the switch 2 is connected to the second terminal of the capacitor 3, with the input terminal of the output from the majority of the turns 4 of the first inductor 4-5 and with the input terminal of the output from the smaller part of the turns 6 of the second inductor 6 -7. The output terminal of the output from the smaller part of the turns 5 of the first inductor 4-5 and the output terminal of the output from the larger part of the turns 7 of the second inductor 6-7 are connected to the negative terminal of the DC source 1. The anode of the valve 8 is connected to the tap of the first inductor 4-5 whose cathode is connected to the input terminal of the load 9, the output terminal of the load 9 is connected to the tap of the second inductor 6-7.

Устройство работает следующим образом. Источник постоянного тока 1 при замыкании коммутатора 2 в нулевой момент времени создаёт в первой катушке индуктивности 4-5 ток 10 ILк(0-) (фиг. 2), а во второй катушке индуктивности 6-7 равный по величине ток 11 ILк(0-) (фиг. 3). После размыкания коммутатора 2 в момент времени t0 возникает контур, образованный большей частью витков 4 первой катушки индуктивности 4-5, меньшей частью витков 6 второй катушки индуктивности 6-7 и последовательно включёнными между отводами катушек вентилем 8 и нагрузкой 9. Поскольку индуктивность большей части витков 4 первой катушки индуктивности 4-5 в 2–10 раз превышает индуктивность меньшей части витков 6 второй катушки индуктивности 6-7, в соответствии с обобщёнными законами коммутации суммарное потокосцепление частей катушек 4 и 6 не может измениться мгновенно. При этом в большей части витков 4 первой катушки индуктивности 4-5 возникает бросок тока 12 равный (ILк(0-) - ILк(0+)), причём ток не изменяет своего направления. В меньшей части витков 6 второй катушки индуктивности 6-7 ток меняет своё направление на противоположное и возникает скачок тока 13 равный (Iк(0-) - (- ILк(0+))), при этом в нагрузке 9 формируется импульс тока 14 (фиг. 4), проходящий через вентиль 8. Аналогично работает контур, образованный меньшей частью витков 5 первой катушки индуктивности 4-5, большей частью витков 7 второй катушки индуктивности 6-7 и последовательно включёнными между отводами катушек вентилем 8 и нагрузкой 9. Возникающий импульс тока, равный по величине импульсу тока 14, также будет проходить через вентиль 8 и нагрузку 9. Таким образом, оба импульса тока 14 складываются и формируют в нагрузке 9 импульс тока 15 (фиг.5).The device operates as follows. When the switch 2 closes at zero time, DC source 1 generates a current of 10 I Lк (0 - ) in the first inductor 4-5 (Fig. 2), and in the second inductor 6-7, a current of 11 I Lк equal in magnitude ( 0 - ) (Fig. 3). After the switch 2 is opened at time t 0 , a circuit appears, formed by most of the turns 4 of the first inductor 4-5, by the smaller part of the turns 6 of the second inductor 6-7 and connected in series between the taps of the coils by the valve 8 and the load 9. Since the inductance of most turns 4 of the first inductor 4-5 are 2-10 times higher than the inductance of a smaller part of turns 6 of the second inductor 6-7, in accordance with the generalized laws of commutation, the total flux linkage of parts of coils 4 and 6 cannot change instantly. Moreover, in most of the turns 4 of the first inductor 4-5, a surge of current 12 equal to (I Lк (0 - ) - I Lк (0 + )) occurs , and the current does not change its direction. In a smaller part of the turns 6 of the second inductor 6-7, the current changes its direction and the current jump 13 occurs equal to (I к (0 - ) - (- I Lк (0 + ))), while a current pulse is formed in load 9 14 (Fig. 4) passing through the valve 8. The circuit formed by the smaller part of the turns 5 of the first inductor 4-5, most of the turns 7 of the second inductor 6-7 and connected in series between the taps of the coils by the valve 8 and the load 9 works similarly. The resulting current pulse, equal in magnitude to the current pulse 14, will also be n ohodit through the valve 8 and the load 9. Thus, both the current pulse 14 is formed and folded in the load on September 15 (Figure 5) current pulse.

Возникающее перенапряжение на коммутаторе 2 при его размыкании уменьшается при помощи конденсатора 3.The resulting overvoltage on the switch 2 when it is opened is reduced by the capacitor 3.

С помощью программы Multisim были проведены исследования реальной модели индуктивно-импульсного генератора со следующими параметрами: напряжение источника постоянного тока 1 – 10 В, внутреннее сопротивление – 0.1 Ом, индуктивности большей части витков 4 и 7 катушек индуктивностей 4-5 и 6-7 – 69 мГн, индуктивности меньшей части витков 5 и 6 катушек индуктивностей 4-5 и 6-7 – 7 мГн, активное сопротивление катушек индуктивностей 4-5 и 6-7 – 5.9 Ом, сопротивление активной нагрузки 9 – 11 Ом. При размыкании коммутатора 2 в нагрузке 9 формируется импульс тока 15 амплитудой 2,8 А и длительностью 9,95 мс. Амплитудная мощность импульса тока 15 составила 86,24 Вт.Using the Multisim program, studies were carried out on a real model of an inductive-pulse generator with the following parameters: voltage of a direct current source 1 - 10 V, internal resistance - 0.1 Ohm, inductances of most of turns 4 and 7 of inductors 4-5 and 6-7 - 69 mH, inductances of the smaller part of turns 5 and 6 of inductors 4-5 and 6-7 - 7 mH, the active resistance of inductors 4-5 and 6-7 - 5.9 Ohms, the resistance of the active load is 9 - 11 Ohms. When the switch 2 is opened in the load 9, a current pulse 15 is formed with an amplitude of 2.8 A and a duration of 9.95 ms. The amplitude power of the current pulse 15 was 86.24 watts.

В устройстве прототипа при формировании импульса тока в нагрузке потери энергии в магнитопроводе повышающего трансформатора за счёт эффекта насыщения стали увеличиваются на 10– 20%. Таким образом, заявляемое устройство позволяет на 10 – 20% увеличить долю энергии, передаваемой в нагрузку и соответственно на 10 – 20% увеличить величину и мощность импульса тока в нагрузке.In the prototype device, when a current pulse is generated in a load, the energy loss in the magnetic circuit of a step-up transformer due to the saturation effect of steel increases by 10–20%. Thus, the claimed device allows to increase by 10 - 20% the proportion of energy transmitted to the load and, accordingly, by 10 - 20% to increase the magnitude and power of the current pulse in the load.

Claims (1)

Индуктивно-импульсный генератор, содержащий первую катушку индуктивности, подключённую через коммутатор к плюсовому зажиму источника постоянного тока, конденсатор, включенный параллельно коммутатору, и нагрузку, отличающийся тем, что дополнительно содержит вторую катушку индуктивности, причем индуктивности первой и второй катушки индуктивности одинаковы, каждая катушка индуктивности выполнена с отводом, который делит её на две части так, что индуктивность одной части витков больше индуктивности другой части витков от 2 до 10 раз, к входному зажиму первой катушки индуктивности, которым является вывод от большей части её витков, подключен входной зажим второй катушки индуктивности, которым является вывод от меньшей части её витков, при этом к отводу первой катушки индуктивности подключён анод вентиля, катод которого подключён к входному зажиму нагрузки, выходной зажим которой подключён к отводу второй катушки индуктивности, а выходной зажим первой катушки индуктивности, которым является вывод от меньшей части её витков, и выходной зажим второй катушки индуктивности, которым является вывод от большей части её витков, подключены к минусовому зажиму источника постоянного тока.An inductive-pulse generator comprising a first inductor connected via a switch to a positive terminal of a direct current source, a capacitor connected in parallel with the switch, and a load, characterized in that it further comprises a second inductor, the inductances of the first and second inductors being the same, each coil the inductance is made with a tap, which divides it into two parts so that the inductance of one part of the turns is greater than the inductance of the other part of the turns from 2 to 10 times, to the input the input terminal of the second inductor, which is the output from the smaller part of its turns, is connected to the outlet of the first inductor, the cathode of which is connected to the input terminal of the load, the output terminal of which is connected to the tap of the second inductor, and the output terminal of the first inductor, which is the output from a smaller part of its turns, and the output terminal of the second inductor, to torym is output from the greater part of its windings connected to the negative terminal of the DC source.
RU2019113924A 2019-05-08 2019-05-08 Inductive pulse generator RU2708937C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019113924A RU2708937C1 (en) 2019-05-08 2019-05-08 Inductive pulse generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019113924A RU2708937C1 (en) 2019-05-08 2019-05-08 Inductive pulse generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2708937C1 true RU2708937C1 (en) 2019-12-12

Family

ID=69006751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019113924A RU2708937C1 (en) 2019-05-08 2019-05-08 Inductive pulse generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2708937C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995011550A1 (en) * 1993-10-22 1995-04-27 Stafix Electric Fencing Limited A pulse generator for electric fences
RU24328U1 (en) * 2002-01-11 2002-07-27 Институт сильноточной электроники СО РАН HIGH FREQUENCY PULSE GENERATOR BASED ON SOS DIODES
RU130168U1 (en) * 2013-03-12 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" INDUCTIVE-PULSE GENERATOR
RU144235U1 (en) * 2014-02-20 2014-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" INDUCTIVE-PULSE GENERATOR

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995011550A1 (en) * 1993-10-22 1995-04-27 Stafix Electric Fencing Limited A pulse generator for electric fences
RU24328U1 (en) * 2002-01-11 2002-07-27 Институт сильноточной электроники СО РАН HIGH FREQUENCY PULSE GENERATOR BASED ON SOS DIODES
RU130168U1 (en) * 2013-03-12 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" INDUCTIVE-PULSE GENERATOR
RU144235U1 (en) * 2014-02-20 2014-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" INDUCTIVE-PULSE GENERATOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8582255B2 (en) Core-saturated superconductive fault current limiter and control method of the fault current limiter
TWI614976B (en) Power conversion apparatus
US10425015B2 (en) Converter arrangement having a star point reactor
CA2930845C (en) Device and method for reducing a magnetic unidirectional flux component of a transformer core
RU130168U1 (en) INDUCTIVE-PULSE GENERATOR
CN110582906A (en) Lightning and overvoltage protection device for data networks, telephone services, electro-acoustic equipment or bus systems
RU169475U1 (en) INDUCTIVE-PULSE GENERATOR
RU162229U1 (en) INDUCTIVE CURRENT PULSE GENERATOR
US9343996B2 (en) Method and system for transmitting voltage and current between a source and a load
RU2682367C1 (en) Inductive-pulse generator
CN107546985B (en) Demagnetizing method for switching power supply transformer
RU2708937C1 (en) Inductive pulse generator
WO2017016249A1 (en) Multifunctional transformer with rapid response speed
RU2682394C1 (en) Inductive-pulse generator
WO2016110013A1 (en) Magnetically-controlled isolated multifunctional transformer
RU159897U1 (en) INDUCTIVE CURRENT PULSE GENERATOR
RU2769814C1 (en) Inductive pulse generator
US10297383B2 (en) Device and method for reducing a magnetic unidirectional flux component in the core of a three-phase transformer
Sakhno et al. Field-circuit modelling of the resistance spot welding transformers
CN113595432A (en) Circuit and method for generating flat-topped pulse magnetic field
WO2017020709A1 (en) Improved multifunctional transformer
RU156007U1 (en) INDUCTIVE-PULSE GENERATOR
Himmelstoss et al. Concept to reduce the ringing during the discontinuous mode of a DC/DC converter
RU2643665C1 (en) Inductance-capacitance oscillator
US11063519B2 (en) Efficient high voltage power supply for pulse capacitor discharge applications