RU87847U1

RU87847U1 - INDUCTIVE CURRENT PULSE GENERATOR

Info

Publication number: RU87847U1
Application number: RU2009118719/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Пустынников; Геннадий Васильевич Носов; Татьяна Евгеньевна Хохлова
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2009-10-20

Abstract

Индуктивный генератор импульсов тока, содержащий однофазный ударный генератор, статорная обмотка которого через первый тиристор подключена к обмотке индуктивного накопителя, второй тиристор, включенный параллельно обмотке индуктивного накопителя так, что катоды обоих тиристоров подключены к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя, а выходной зажим обмотки индуктивного накопителя, анод второго тиристора и входной зажим статорной обмотки ударного генератора образуют общую точку, отличающийся тем, что на ферромагнитном сердечнике индуктивного накопителя размещена согласно включенная и индуктивно связанная с обмоткой индуктивного накопителя дополнительная обмотка, индуктивность которой в 25-100 раз меньше индуктивности обмотки индуктивного накопителя, причем параллельно дополнительной обмотке подключена ветвь с последовательно включенными третьим тиристором и нагрузкой.An inductive current pulse generator containing a single-phase shock generator, the stator winding of which is connected through the first thyristor to the winding of the inductive storage device, the second thyristor connected in parallel to the winding of the inductive storage device so that the cathodes of both thyristors are connected to the input terminal of the winding of the inductive storage device, and the output terminal of the winding of the inductive storage device , the anode of the second thyristor and the input clamp of the stator winding of the shock generator form a common point, characterized in that on a ferromagnetic heart nick inductive storage included and arranged in accordance with a winding inductively coupled inductive storage additional winding inductance which in 25-100 times less than the inductance of the inductive drive coil, wherein an additional winding is connected in parallel with series branch of the third thyristor and the load.

Description

Полезная модель относится к импульсной технике и может быть использована для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров и т.п.The utility model relates to pulsed technology and can be used to power accelerators, plasmatrons, lasers, etc.

Известен генератор импульсов тока на основе индуктивного накопителя, содержащий однофазный ударный генератор, подключенный через тиристор к индуктивному накопителю, вентиль, быстродействующий размыкатель и нагрузку [а.с. СССР №1294260, МКИ Н03К 3/53].Known current pulse generator based on an inductive storage device, containing a single-phase shock generator connected through a thyristor to an inductive storage device, a valve, a quick disconnect switch and a load [a.s. USSR No. 1294260, MKI N03K 3/53].

Недостатком такого устройства является наличие быстродействующего размыкателя, разрывающего шунтирующую цепь индуктивного накопителя в момент передачи накопленной энергии в нагрузку, что значительно увеличивает габариты и ухудшает надежность работы устройства.The disadvantage of this device is the presence of a high-speed circuit breaker, breaking the shunt circuit of the inductive drive at the time of transfer of the stored energy to the load, which significantly increases the size and affects the reliability of the device.

Известен генератор импульсов тока, выбранный в качестве прототипа, содержащий однофазный ударный генератор, статорная обмотка которого подключена через первый тиристор к индуктивному накопителю, первый конденсатор, подключенный через коммутатор на часть витков статорной обмотки ударного генератора, второй, третий и четвертый тиристоры, второй конденсатор, последовательно включенные вентиль и нагрузку, включенные так, что параллельно первому тиристору подключены последовательно соединенные второй конденсатор и второй тиристор таким образом, что минусовая обкладка второго конденсатора подключена к аноду первого тиристора, а катод второго тиристора подключен к катоду первого тиристора, к точке соединения плюсовой обкладки второго конденсатора и анода второго тиристора подключен катод третьего тиристора, анод которого образует общую точку с выходным зажимом индуктивного накопителя, обкладкой первого конденсатора и выходным зажимом статорной обмотки ударного генератора. Параллельно индуктивному накопителю подключены четвертый тиристор, анодом соединенный с общей точкой, и цепь, содержащая последовательно соединенные сопротивление нагрузки и вентиль, анодом соединенный с общей точкой [а.с. №2017329, МПК Н03К 3/53, опубл. 30.07.94, Бюл. №14].Known current pulse generator, selected as a prototype, containing a single-phase shock generator, the stator winding of which is connected through the first thyristor to an inductive storage device, the first capacitor connected via a switch to part of the turns of the stator winding of the shock generator, the second, third and fourth thyristors, the second capacitor, a series-connected valve and a load connected so that a second capacitor and a second thyristor are connected in series with the first thyristor so that the minus plate of the second capacitor is connected to the anode of the first thyristor, and the cathode of the second thyristor is connected to the cathode of the first thyristor, the cathode of the third thyristor is connected to the connection point of the plus plate of the second capacitor and the anode of the second thyristor, the anode of which forms a common point with the output terminal of the inductive drive, the lining of the first capacitor and the output clamp of the stator winding of the shock generator. In parallel with the inductive drive, a fourth thyristor is connected, connected to a common point by an anode, and a circuit containing a load resistance connected in series and a valve connected to a common point by an anode [a.s. No. 2017329, IPC N03K 3/53, publ. 07/30/94, Bull. No. 14].

Недостатком такого устройства является то, что для накопления большого количества энергии необходима большая индуктивность обмотки индуктивного накопителя, поэтому при малом значении активного сопротивления нагрузки формируемый в нагрузке импульс тока будет иметь большую постоянную времени и, соответственно малую амплитуду и мощность. При питании, например лазеров, электрогидравлических устройств, плазмотронов необходим импульс тока, имеющий при заданной величине передаваемой энергии, в 5-10 раз большую амплитуду и соответственно в 25-100 раз большую мощность. Проведенные расчеты показывают, что обмотка индуктивного накопителя должна иметь при этом в 25-100 раз меньшую величину индуктивности, чем величина индуктивности, необходимой для накопления заданного количества энергии.The disadvantage of this device is that for the accumulation of a large amount of energy, a large inductance of the winding of the inductive storage is required, therefore, with a small value of the load resistance, the current pulse generated in the load will have a large time constant and, accordingly, a small amplitude and power. When supplying, for example, lasers, electro-hydraulic devices, plasmatrons, a current pulse is required, having for a given value of the transmitted energy, a amplitude of 5-10 times greater and, accordingly, a power of 25-100 times. The calculations show that the winding of the inductive storage device must have 25-100 times less inductance than the inductance required to store a given amount of energy.

Задачей полезной модели является увеличение амплитуды и мощности импульса тока в нагрузке.The objective of the utility model is to increase the amplitude and power of the current pulse in the load.

Данная задача достигается тем, что индуктивный генератор импульсов тока так же, как и устройство прототипа содержит однофазный ударный генератор, статорная обмотка которого подключена через первый тиристор к обмотке индуктивного накопителя, второй тиристор, подключенный параллельно обмотке индуктивного накопителя так, что катоды обоих тиристоров подключены к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя, а выходной зажим обмотки индуктивного накопителя, анод второго тиристора и входной зажим статорной обмотки ударного генератора образуют общую точку.This task is achieved by the fact that the inductive current pulse generator, like the prototype device, contains a single-phase shock generator, the stator winding of which is connected through the first thyristor to the winding of the inductive drive, the second thyristor connected in parallel to the winding of the inductive drive so that the cathodes of both thyristors are connected to the input terminal of the inductive drive winding, and the output terminal of the inductive drive winding, the anode of the second thyristor and the input terminal of the stator winding of the shock generator form a common point.

Согласно полезной модели на ферромагнитном сердечнике индуктивного накопителя, размещена согласно включенная и индуктивно связанная с обмоткой индуктивного накопителя дополнительная обмотка, индуктивность которой в 25-100 раз меньше индуктивности обмотки индуктивного накопителя, причем параллельно дополнительной обмотке подключена ветвь с последовательно включенными третьим тиристором и нагрузкой.According to a utility model, on the ferromagnetic core of the inductive storage, an additional winding is arranged which is included and inductively connected to the winding of the inductive storage, the inductance of which is 25-100 times less than the inductance of the winding of the inductive storage, and a branch with a third thyristor and a load connected in series is connected in parallel with the additional winding.

Полезная модель имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:The utility model has the following advantages over the prototype device:

Благодаря размещению на ферромагнитном сердечнике индуктивного накопителя дополнительной обмотки, индуктивно связанной с обмоткой индуктивного накопителя, запасенная в обмотке индуктивного накопителя энергия через индуктивную связь передается в дополнительную обмотку.Due to the placement of an additional winding inductively connected to the winding of the inductive accumulator on the ferromagnetic core of the inductive storage ring, the energy stored in the winding of the inductive storage ring is transferred through the inductive coupling to the additional winding.

Благодаря согласному включению обмоток направление тока в дополнительной обмотке совпадает с направлением открытого состояния третьего тиристора.Due to the consonant inclusion of the windings, the direction of the current in the additional winding coincides with the direction of the open state of the third thyristor.

Поскольку дополнительная обмотка имеет величину индуктивности в 25-100 раз меньшую величины индуктивности обмотки индуктивного накопителя, то при параллельном подключении к дополнительной обмотке ветви с последовательно включенными третьим тиристором и нагрузкой, формируемый импульс тока в нагрузке будет иметь малое значение постоянной времени, в 5-10 раз большую амплитуду и в 25-100 раз большую мощность.Since the additional winding has an inductance value of 25-100 times less than the inductance of the winding of the inductive storage, when parallel to the additional winding of a branch with a third thyristor and load connected in series, the generated current pulse in the load will have a small value of the time constant, 5-10 times greater amplitude and 25-100 times more power.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства, на фиг.2 - графики ЭДС и тока статорной обмотки ударного генератора, тока в обмотке индуктивного накопителя, импульса тока в нагрузке.Figure 1 presents the circuit diagram of the device, figure 2 - graphs of the EMF and the current of the stator winding of the shock generator, the current in the winding of the inductive storage, current pulse in the load.

Индуктивный генератор импульсов тока содержит однофазный ударный генератор, статорная обмотка 1 которого (фиг.1), подключена через первый тиристор 2 к обмотке индуктивного накопителя 3. Параллельно обмотке индуктивного накопителя 3 включен второй тиристор 4, так что катоды обоих тиристоров подключены к входному зажиму обмотки индуктивного накопителя 3, а выходной зажим обмотки индуктивного накопителя 3, анод второго тиристора 4 и входной зажим статорной обмотки ударного генератора 1 образуют общую точку. Входной зажим дополнительной обмотки 5 подключен к выходному зажиму нагрузки 7, входной зажим которой подключен к катоду третьего тиристора 6, а выходной зажим дополнительной обмотки 5 подключен к аноду третьего тиристора 6, вследствие чего обмотки имеют согласное включение.The inductive current pulse generator contains a single-phase shock generator, the stator winding of which 1 (Fig. 1) is connected through the first thyristor 2 to the winding of the inductive drive 3. In parallel with the winding of the inductive drive 3, the second thyristor 4 is connected, so that the cathodes of both thyristors are connected to the input terminal of the winding inductive drive 3, and the output terminal of the winding of the inductive drive 3, the anode of the second thyristor 4 and the input terminal of the stator winding of the shock generator 1 form a common point. The input terminal of the additional winding 5 is connected to the output terminal of the load 7, the input terminal of which is connected to the cathode of the third thyristor 6, and the output terminal of the additional winding 5 is connected to the anode of the third thyristor 6, as a result of which the windings have a consonant inclusion.

Устройство работает следующим образом. Ударный генератор приводится во вращение и в его статорной обмотке 1 возбуждается ЭДС 8 (фиг.2). В момент времени t₁ включается первый тиристор 2, подключающий генератор 1 к обмотке индуктивного накопителя 3. По цепи генератор 1 - первый тиристор 2 - обмотка индуктивного накопителя 3 начинает протекать ток 9. В момент времени t₂, когда ЭДС генератора переходит нулевое значение и ток 9 начнет уменьшаться, срабатывает второй тиристор 4, шунтирующий обмотку индуктивного накопителя 3. Через обмотку индуктивного накопителя 3 и второй тиристор 4 начинает протекать ток 10, а ток 9 статорной обмотки 1 ударного генератора уменьшается до нуля и в момент времени t₃ первый тиристор 2 закрывается. В момент времени t4 вновь срабатывает первый тиристор 2, ток статорной обмотки 1 ударного генератора растет и в момент времени t₅ становится равным току 10 второго тиристора 4, при дальнейшем увеличении тока статорной обмотки 1 ударного генератора ток второго тиристора 4 упадет до нуля и второй тиристор 4 закрывается. В момент времени t₆, когда ток статорной обмотки 1 ударного генератора достигнет максимума, вновь срабатывает второй тиристор 4, шунтирующий обмотку 3 индуктивного накопителя. Таким образом, идет процесс накопления энергии в обмотке индуктивного накопителя, осуществляемый за 10-30 периодов ЭДС 8. На фиг.2 представлены всего лишь три периода ЭДС, что вполне достаточно для пояснения принципа работы устройства. Амплитуда импульса тока с каждым циклом накопления увеличивается и может достигнуть тока внезапного короткого замыкания ударного генератора, а энергия, запасаемая в обмотке индуктивного накопителя, может в несколько раз превышать электромагнитную энергию ударного генератора. Например, при соотношении индуктивного сопротивления обмотки индуктивного накопителя X_н и ударного сопротивления Х_уд статорной обмотки ударного генератора X_н/Х_уд=8 в обмотке индуктивного накопителя можно сосредоточить энергию равную 3.75 энергии внезапного короткого замыкания ударного генератора [Сипайлов Г.А., Хорьков К.А. Генераторы ударной мощности. М.: Энергия, 1979]. В момент времени t₇, когда ток статорной обмотки 1 ударного генератора в очередной раз достигнет максимума, срабатывает третий тиристор 6 и, так как второй тиристор 4 на последнем этапе не включается, энергия, запасенная в обмотке 3 индуктивного накопителя посредством индуктивной связи передается в дополнительную обмотку 5, которая благодаря согласному включению обмоток формирует в нагрузке 7 импульс тока 11. В момент времени t₈ импульс тока 11 уменьшается до нуля, устройство возвращается в исходное состояние и цикл накопления повторяется вновь.The device operates as follows. The shock generator is driven into rotation and in its stator winding 1 is excited by the EMF 8 (figure 2). At time t _{1, the} first thyristor 2 is turned on, connecting the generator 1 to the winding of the inductive storage 3. Through the circuit, the generator 1 - the first thyristor 2 - the winding of the inductive storage 3 starts to flow 9. At time t ₂ , when the generator EMF passes a zero value and current 9 begins to decrease, the second thyristor 4, which shunts the winding of the inductive drive 3, is triggered. The current 10 starts to flow through the winding of the inductive drive 3 and the second thyristor 4, and the current 9 of the stator winding 1 of the shock generator decreases to zero at the moment webbings t _3, the first thyristor 2 is closed. At time t4, the first thyristor 2 reacts again, the current of the stator winding 1 of the shock generator increases and at time t ₅ it becomes equal to the current 10 of the second thyristor 4, with a further increase in the current of the stator winding 1 of the shock generator, the current of the second thyristor 4 drops to zero and the second thyristor 4 is closing. At time t ₆ , when the current of the stator winding 1 of the shock generator reaches a maximum, the second thyristor 4, which shunts the winding 3 of the inductive storage, is activated again. Thus, there is a process of energy storage in the winding of the inductive storage, carried out for 10-30 periods of EMF 8. Figure 2 presents only three periods of EMF, which is enough to explain the principle of operation of the device. The amplitude of the current pulse with each accumulation cycle increases and can reach the current of a sudden short circuit of the shock generator, and the energy stored in the winding of the inductive storage can several times exceed the electromagnetic energy of the shock generator. For example, at a ratio of winding inductance of the inductive storage X _n and X _ud shock resistance of the stator winding of the generator impactor X _n / X = 8 _beats in the winding of the inductive storage can focus energy equal to 3.75 sudden energy surge generator short circuit [Sipajlo GA Ferrets K.A. Impact generators. M .: Energy, 1979]. At time t ₇ , when the current of the stator winding 1 of the shock generator once again reaches its maximum, the third thyristor 6 is triggered and, since the second thyristor 4 is not turned on at the last stage, the energy stored in the winding 3 of the inductive storage is transferred via inductive coupling to an additional winding 5, which, by consonantly turning on the windings, generates a current pulse 11 in load 7. At time t _{8, the} current pulse 11 decreases to zero, the device returns to its original state and the accumulation cycle is repeated again vy.

С помощью программы Electronics Workbenc были проведены исследования модели заявляемого устройства имеющего параметры: ЭДС статорной обмотки ударного генератора 1-220 В, частота - 50 Гц, индуктивность обмотки 3 индуктивного накопителя составила 1 Гн, суммарное активное сопротивление статорной обмотки и обмотки индуктивного накопителя - 0,3 Ом, индуктивность дополнительной обмотки 5-0,01 Гн, взаимная индуктивность - 0,1 Гн, коэффициент связи обмоток близкий к 1, суммарное активное сопротивление дополнительной обмотки 5 и нагрузки 7-0,1 Ом. Величина тока, запасаемого в обмотке 3 индуктивного накопителя составила 200 А. При исследовании работы по схеме прототипа, т.е. при подключении ветви с нагрузкой 7 и третьим тиристором 6 параллельно обмотке 3 индуктивного накопителя, в нагрузке 7 формируется импульс тока амплитудой 200 А, длительностью 4 с и максимальной мощностью 4 кВт. При исследовании работы заявляемого устройства в нагрузке 7 формируется импульс тока амплитудой 2 кА, длительностью 0,4 с и максимальной мощностью 400 кВт.Using the Electronics Workbenc program, studies were conducted on the model of the claimed device having the parameters: EMF of the stator winding of the shock generator 1-220 V, frequency - 50 Hz, the inductance of the winding 3 of the inductive storage was 1 H, the total active resistance of the stator winding and the winding of the inductive storage is 0, 3 Ohms, the inductance of the additional winding is 5-0.01 G, mutual inductance is 0.1 G, the coupling coefficient of the windings is close to 1, the total active resistance of the additional winding is 5 and the load is 7-0.1 Ohms. The magnitude of the current stored in the winding 3 of the inductive drive was 200 A. When studying the work according to the prototype circuit, i.e. when connecting a branch with a load of 7 and a third thyristor 6 parallel to the winding 3 of the inductive storage, a current pulse of 200 A amplitude, 4 s duration and a maximum power of 4 kW is formed in load 7. When researching the operation of the claimed device in load 7, a current pulse is formed with an amplitude of 2 kA, a duration of 0.4 s and a maximum power of 400 kW.

Таким образом, размещение на ферромагнитном сердечнике индуктивного накопителя согласно включенной и индуктивно связанной с обмоткой индуктивного накопителя дополнительной обмотки, имеющей величину индуктивности в 25-100 раз меньшую индуктивности обмотки индуктивного накопителя, с подключенной параллельно дополнительной обмотке ветви с последовательно включенными третьим тиристором и нагрузкой позволяет в 5-10 раз увеличить амплитуду и в 25-100 раз увеличить мощность импульса тока в нагрузке.Thus, the placement on the ferromagnetic core of the inductive storage according to the switched on and inductively connected to the winding of the inductive storage of an additional winding having an inductance value 25-100 times less than the inductance of the winding of the inductive storage, with a parallel connected additional winding of the branch with a third thyristor and load connected in series allows 5-10 times increase the amplitude and 25-100 times increase the power of the current pulse in the load.

Claims

An inductive current pulse generator containing a single-phase shock generator, the stator winding of which is connected through the first thyristor to the winding of the inductive storage device, the second thyristor connected in parallel to the winding of the inductive storage device so that the cathodes of both thyristors are connected to the input terminal of the winding of the inductive storage device, and the output terminal of the winding of the inductive storage device , the anode of the second thyristor and the input clamp of the stator winding of the shock generator form a common point, characterized in that on a ferromagnetic heart nick inductive storage included and arranged in accordance with a winding inductively coupled inductive storage additional winding inductance which in 25-100 times less than the inductance of the inductive drive coil, wherein an additional winding is connected in parallel with series branch of the third thyristor and the load.