SU951658A1 - Генератор импульсов "Альбатрос - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к импульсной технике и может использоватьс  дл  питани  электро- и радиотехниче ких устрановок различного назначени . Известен генератор импульсов, пи таемый от сети переменного тока и содержащий накопительный конденсатор , разр жаемый через коммутатор н нагрузку 1 . Однако частота этого генератора сравнительно невысока. Известен также генератор импульсов , содержащий электрический мост, в двух смежных плечах которого вклю чены диоды, обща  точка диодов подключена к одному выводу источника питани , а в двух других смежных плечах моста ёключены последователь но соединенные конденсаторы и первичные обмотки трансформаторов, обща  точка которых соединена с други выводом источника питани  2. Частота данного генератора также невысока., Цель изобретени  - повышение частоты следовани  импульсов. Дл  достижени  цели в генераторе импульсов, содержащем, по-крайней мере, один электрический мост, в двух смежных плечах которого включены диоды, обща  точка диодов подключена к одному выводу источника питани , а в двух других смежных плечах моста включены последовательно соединенные конденсаторы и первичные обмотки трансформаторов, обща  точка которых соединена с другим выводом источника питани , параллельно диодам смежных плеч моста включен элемент с отрицательным динамическим сопротивлением. В качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использован тиристор, блок управлени  которым, а также последовательно соединенные нагрузка, вторична  обмот- . ка трансформатора и дополнительный конденсатор noAf Jira4eHbi параллельно диодам смежных пг)еч моста, обмотка подмагничивани  трансформатора подключена к промежуточному потребителю энергии. В качестве элемента с отрицатель ным динамическим сопротивлением использован искродуговой промежуток , параллельно которому включены последовательно соединенные вторична  обмотка трансформатора и промежуточный потребитель энергии. В качестве элемента с отрицатель ным-динамическим сопротивлением использована люминесцентна  лампа с токопровод щей полосой, в цепь люминесцентной лампы включены вторична  обмотка трансформатора и дроссель , токопровод ща  полоса соедине на с общей точкой конденсаторов мос та, параллельно лампе, последовательно с ее электродами, включен опорый диод. На фиг. 1 представлена электриче ка  схема предлагаемого генератора импульсов, когда в качестве элемент с отрицательным динамическим сопротивлением использован тиристор , на фиг. 2 - интервалы работы генератор на фиг. 3 графики напр жени , где а - г рафик питающего . напр жени , бив- на конденсаторах моста, 1тиристоре , д - на нагрузке генерат ра, е - на выходе генератора при холостом ходе; на фиг. 4 и 5 элек трические схемы генератора, когда в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использованы соответственно дуговой проме жуток и люминесцентна  лампа. Генератор электрических импульсов (см; фиг. 1) получает питание через зажимы входной диагонали мост и содержит в двух смежных плечах-с моста диоды 1 и 2, в двух других смежных плечах моста размещены первична  обмотка ,3. KOhf eHcaTOp t и соответственно конденсатор 5 и neptвична  обмотка 6 трансформатора 7, нагрузка 8, вторична  обмотка 9 и дополнительный конденсатор 10 соеди нены последовательно и включены на выходную диагональ моста О -О, обмотка 11 подмагничивани  трансформа тора замкнута на промежуточный потребитель электроэнергии, например конденсатор 12, и электрически не св зана с остальной частью схемы, а на выходную диагональ моста включен тиристор 13, получающий импульсы управлени  через диод от блока управлени  из резистора 15 (регулируемого ) и конденсатора 16, -соединенных последовательно и включенных на выходную диагональ моста. На фиг. 2 показаны интервалы работы генератора электрических импульсов применительно к упрощенной схеме, в которой все вторичные обмотки приведены к одной обмотке, а элементы нагрузки объединены в одно активное сопротивление, причем указаны только те цепи генератора, в которых проходит ток. Интервалы работы генератора даны только дл  одного периода высокочастотных колебаний. На фиг. показан характер изменени  напр жени  на входе генератора в виде функции напр жени  с посто нной скоростью его изменени  во времени в пределах полупериода. Така  функци  входного напр жени  обеспечивает непрерывность действи  генератора электрических импульсов . Как показано на фиг. 3 и З-бг первый полупериод нарастающего изменени  внешнего напр жени  на конденсаторе 4 происходит .непрерывный процесс изменени  напр жени , а на конденсаторе 5 напр жение измен етс  только в течение небольших промежутков времени, имеет интервалы неизменного значени  и многократно повтор ет такой же характер своего изменени  за,весь полупериод внешнего источника. Во второй полупериод характер изменени  напр жений на конденсаторах взаимно мен етс . Напр жение на выходной диагонали моста (фиг. 3 ) и напр жение на нагрузке 8 генератора (фиг. 3) имеют при неизменной нагрузке непрерывный высокочастотный характер периодических релаксацирнных колебаний. Передний фронт изменени  напр жени  на нагрузке (фиг. Зе) имеет резко выраженный характер ступеньки изменени  напр жени  и, соответственно, тока. С момента включени  источника питани  низкой частоты происходит зар .д конденсатора k. Диод 2 в этот интервал (фиг. 2, I интервал Х закрыт, так, как на его катсще потенциал больше, чём на аноде и напр жение на конденсаторе 5 не измен етс . Зар дный ток в конденсаторе t прохЬдит через диод 1 и первичную обмотку 3 трансформатора 7- Состав элементов зар д ной цепи конденсатора таков, что при низкой частоте внешнего источника питани , характер изменени  тока зар да на большей части интервала близок к посто нному току. Вследствие этого зар д конденсатора Ц, а следовательно, и напр жение на нем нарастают почти линейно со временем. Напр жение на выходной диагонали моста в это врем  равно сумме напр жений на конденсаторах и 5. оно также нарастает со временем почти линейно. При достижении напр жени  на конденсаторе 4 величины, близкой к своему максимальному значению на рассматриваемом интервале, линейность измене ни  тока зар да конденсатора нару шаетс . Во вторичной цепи по вл етс  увеличивающийс  по амплитуде отклонени  от значени  О вторичный ток. А в момент достижени  напр жением конденсатора k максимальной величины, ток зар да конденсатора k прекращаетс . Диод 1 закрываетс . Во всех ветв х первичной цепи тока нет, внешний источник напр жени  отключен, а во вторичной цепи ток, достигнув своего максимального отклонени , уменьшаетс . При уменьшении тока во вторичной цепи напр жение на выходной диагонали моста увеличиваетс  и при достижении им величины уставки срабатывани  тиристора 13 тиристор открываетс . Величина уставки срабаты ни  тиристора задаетс  блоком управ лени  (резистор 15, конденсатор 16). При открывании тиристора 13 происходит переход генератора электрических импульсов в следующий интервал работы (фиг. 2, интервал Ц) , при этом формируетс  контур пр мого хода колебаний тока. В состав конту ра пр мого хода колебаний вход т: тиристор 13 (элемент с отрицательным динамическим сопротивлением), последовательно включенные конденсаторы t, 5 и последовательно включенные первичные обмотки 3 и 6 трансформато ра 7. В предыдушем интервале конденсаторы , 5 и первичные обмотки 3, 6 были взаимно электрически разобщены Вторична  цепь при переходе с интервала J на интервал J своего состава не измен ет. Наличие в сформированном контуре пр мого хода колебаний, элемента с о отрицательным динамическим сопротивт лением, переключение конденсаторов моста с их взаимно раздельного состо ни  на последовательное включение ( при переходе с интервала на интервал ) , включение первичных обмоток на последовательную их (при наличии взаимной положительной св зи первичных и вторичных обмоток трансформатора ) привод т к тому, что в первичной цепи образуетс  дельта импульс тока. Напр жение на последовательно включенных конденсаторах 4 и . 5,за счет наличи  дельта импульса тока в контуре пр мого хода колебаний тока, измен ют свою величину ступеньками. Средн   величина напр жени  обоих конденсаторов (их полусумма ) , равна  напр жению источника питани , при этом не измен етс . В . этот же момент напр жение на конденсаторе k уменьшаетс  до уровн  ниже среднего и одновременно напр жение на конденсаторе 5 отклон етс  до уровн ,большего, чем среднее значение (по абсолютной величине). Конденсаторы и 5 обмениваютс  уровн ми отклонени  их напр жений от среднего значени  с увеличением (усилением) размаха напр жени  отклонени  от среднего значени . Это происходит за счет действи  отрицательного динамического сопротивлени  тиристора и действи  внутренней обратной положительной св зи между последовательно включенными первичными обмотками 3 и 6. В этом обмене уровн ми напр жени  на конденсаторах t и 5 принимают участие и обмотки трансформатора. При переходе работы генератора с интервала I на интервал 1Д (фиг. 2) первичные обмотки 3 и 6 трансформагора , расположенные в разных плечах моста, переключаютс  с раздельной их работы на последовательное соединение и между ними через вторичную обмотку устанавливаетс  внутренн   положительна  обратна  св зь по току. Эта св зь приводитс  в действие открывающимс  тиристором и между обмотками происходит обмен потокосцеплени ми. Этот обмен потокосцеплени ми между обмотками 3 и 6 по своему характеру аналогичен обмену зар дами между конденсатором и 5- Наличие внутренней положительной обратной св зи по току между обмотками 3 и 6,действующей через вторичные обмотки трансформатора, производит полную комг1енсзцию активной и реактивной составл ющих напр жени  на обмотках 3 и 6 и обеспечивает прохождение импульса тока при мгновенном обмене зар дами между конден саторами 4 и 5. Таким образом, первична  цепь трансформатора, формиру  дельта импульс тока в контуре пр мого хода . колебаний, фактически формирует дел та импульс мощности или ступеньки энергии. Источниками этой энергии в данном случае  вл ютс  исходна  разница уровней энергии на коиденсаторах и 5 начальный запас магнитной энергии во вторичной обмотке трансформатора и тиристор. Электростатическа  энерги  пол ризационной полупроводниковой струк туры тиристора, разруша сь, прину дает конденсаторы 4 и 5 обмениватьс  зар дами, а группы обмоток транс форматора, расположенные в разных плечах моста, - потокосцеплени ми. При этом энерги  тиристора (элемента с отрицательным динамическим сопротивлением ) , накопленна  им при формировании электростатической пол ризационной структуры в период работы генератора электрических импульсов в интервал, мгновенно передаетс  не только конденсатору 5i но и сердечнику трансформатора 7 Обмотка 11 подмагничивани  замкнута (образу  контур возбуждени  высокой частоты) на люббй элемент электрической цепи: конденсатор, резистор,,дроссель. Они в этом случае обеспечивают работу генератора электрических импульсов на его холостом ходу и управл ют моментом включени  тиристора. Далее (после перехода с интервал 1 на интервал Ц) в интервале 1J. начинает проходить волна тока пр мо го хода колебаний в первичной цепи, 1измен ютс  напр жени  на конденсаtTopax 4 и 5- При достижении током Тиристора 13 величины, равной нулю, тиристор закрываетс . Схема переход в следующий интервал работы (фиг. 2 интервал 1JJ), при этом формируетс  контур обратного хода колебаний, В его состав вход т диоды 1 , 2 и посл довательно включенные конденсаторы 4, 5 и обмотки 3 6. Волна обратног хода колебаний тока значительно (примерно в 2 раза) меньше.по велич не амплитуды, чем волна пр мого хода колебаний тока в первичной цепи. При достижении током обратного хода колебаний своего максимального значени  происходит переход работы генератора в следующий интервал (интервал IV, фиг. 2). В этот момент происходит .подключение внешнего источника к крлебательному контуру обратного хода колебаний. Диод 2 через корот- . кий промежуток временно закрываетс  и схема переходит в J интервал работы . Далее процесс .формировани  высокочастотных колебаний повтор етс  аналогично описанному выше. Интегральна  разница пр мого и обратного хода колебаний тока в конденсаторах и 5 обеспечивает получение колебаний напр жений на конденсаторах от .носительно их среднего значени , ко;торое равно амплитудному значению (Напр жени  источника питани  моста. Взаимна  св зь реакци  (тока) первичной цепи и реакции (тока) вторичной цепи такова, что току первичной це:пи соответствует производна  тока вторичной цепи, а току вторичной цепи.соответствует интеграл тока первичной цепи. Поэтому дельта функции и синусу тока первичной цепи соответствует ступенька и косинус тока вторичной цепи. Съем -нагрузки у генератора электрических импульсов может быть произведен также за счет отбора энергии пол ризационных потерь в диэлектрике конденсатора 10 или потерь в железе трансформатора 7В опытном образце генератора электрических импульсов с использованием тиристора Д235Г (при питании его от источника внешнего напр жени  127 В, 50 г) получена частота импульсов свыше 5000 Г. На фиг. t показана схема генератора импульсов, в которой в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использован искродуговой промежуток и котора  дополнительно, содержит вторичные обмотки 17 и 18, промежуточный потребитель энергии, например конденсатор 19, искродуговой промежуток 20. Принцип действи  этого варианта генератора импульсов аналогичен изображенному на фиг. 1. В данном случае используютс  эрозионные свойства ис родугового промежутка, при которых 9 происход т разрушени  материала ано да унипол рными импульсами. Особенности данной, схемы состо т в том, что обмотка подмагничивани  в ней совмещена со вторичными обмотками, а нагрузка вторичной обмотки и дополнительный конденсатор совмещены с конденсатором - промежуточным потребителем электроэнергии, В качест ве промежуточного потребител  электроэнергии может использоватьс  не только конденсатор, но также резист или дроссель, или люба  их комбинаци . Это обеспечивает возможность регулировани  формы импульса тока, проход щего через искродуговой промежуток . Уставка срабатывани  искро дугового промежутка регулируетс  изменением параметров самого искродугового промежутка. В опытном образце генератора электрических импульсов по схеме фиг. i отмечены незначительна  эрози  катодного эле трода (инструмента), при этом ток короткого замыкани  меньше рабочего тока, а напр жение холостого хода близко к удвоенному значению амплитуды входного питающего напр жени . На фиг. 3 показана схема генератора импульсов, в которой, в качест ве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением, использована люминесцентна  лампа 21. Число ламп произвольно и определ етс  параметр ми ламп и параметрами питающей сети В этом варианте использована одна мостова  схема и один трансформатор с воздушным сердечником. Четное чис ло первичных обмоток (равное 2) и вторична  обмотка содержат по одном витку. Индуктивность вторичной обмотки увеличена за счет включени  в ее цепь дроссел  22. Роль промежу точного потребител  энергии выполн  ет сама люминесцентна  лампа. Принцип работы схемы генератора импульсов по схеме фиг. 5 по своему существу аналогичен принципу работы выш описанных схем по фиг. 1 и t. Наличие токопровод щей полосы 23 обеспечивает поперечное воздействие на дуговой разр д. Таким образом, при наличии продольного и поперечного воздействи  на дуговой разр д во вторичной цепи моста возбуждаютс  колебани , характерные дл  автоколебательной системы с переменными параметрами (параметрические автоколебани ) . 58 В схеме генератора импульсов с использованием люминесцентной лампы (см. фиг. 5) пр мой ход кодабанпй тока совершаетс  через ланпу, а обратный ход колебаний - через опорный диод 2 и диоды моста, т.е. лампе предоставл етс  возможность восстановить свою пол ризованную структуру без обратного ее зажигани , а это в точности соответствует механизму пр мого и обратного хода колебаний высокой частоты в ранее описанных вариантах . В работе схемы с люминесцентной лампой про вл ютс  такие особенности: в лампе самопроизвольно формируетс  внутренн   токопровод ща  полоса из мелких разобщенных капелек ртути, оседающих на внутренней стороне стекла лампы под наружной токопровод щей полосой. Это формирует электрическую емкость, необходимую дл  четкого возбуждени  и непрерывного действи  высокочастотных релаксационных колебаний напр жени  на лампе; возбуждаемые высокочастотные релаксационные колебани  в зоне анода лампы передаютс  всей лампе и обеспечивают пуск лампы с использованием тлеющего разр да; наличие высокочастотных релаксационных колебаний в зоне анода лампы обеспечивает устранение вли ни  катафореза люминесцентных ламп при их питании от источника тока посто нного направлени . Периодической переполюсовки лампы при этом не требуетс . Таким образом, во всех приведенных образцах генератора электрических импульсов происходит один и тот же характер возбуждени  высокочастотных релаксационных колебаний (автоколебательна  система с параметрическим возбуждением). При пр мом ходе колебаний происходит лавинообразное разрушение электростатической пол ризационной структуры элементы с отрицательным динамическим сопротивлением при одновременной перестройке колебательного контура (конденсаторы моста и первичные обмотки трансформатора переключаютс  на последовательную работу). При обратном ходе колебаний в составе колебательного контура замен етс  элемент с отрицательным динамическим сопротивлением на элемент, не имеющий отрицательного динамического сопротивлени . Элемент с отрицательным динамическим сопротивлением шунтируетс  диодами и вос станавливает свою пол ризационную структуру. Далее происходит повторн переключение конденсаторов и обмото моста сначала на параллельную работу , а затем на раздельную работу. Вторична  цепь при этом не измен ет своего состава. При разрушении элек тростатической пол ризации освобожд етс  энерги , котора  переходит в энергию магнитной пол ризации и (пр очерёдном действии внешнего источни ка) энерги  пол ризации сердечников используетс  дл  накоплени  энергии в конденсаторе. Это создает услови  многократного преобразовани  энерги по замкнутому контуру схемы в первичных цеп х генератора импульсов так, что устойчивым состо ни м неза . тухающих релаксационных колебаний соответствует определенный потенциальный уровень. При сохранении неизменного значе ни  полной энергии наличие многократного использовани  энергии в ее кинетической форме приводит к тому, что потенциальна  энерги  сис . темы повышаетс . Поэтому высокочастотные колебани  тока и напр жени  (энергии) во всех схемах как в первичной, так и во вторичных цеп х совершаютс  на определенном потенциальном уровне. Это создает услови  дл  повышени  КПД. Характер импульсов колебаний у генератора электрических импульсов зависит от многих переменных и посто нных параметров схемы, что расшир ет возможности его использовани . формула изобретени  1. Генератор импульсов, содержащий по крайней мере, один электрический мост, в двух смежных плечах которого включены дибды, обща  точка диодов подключена к одному выводу источника питани , а в двух других смежных плечах моста включены последовательно соединенные конденсаторы и первичные обмотки трансформаторов , обща  точка которых соединена с другим выводом источника питани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  частоты следовани  импульсов, параллельно диодам смежных плеч моста включен элемент с отрицательным динамическим сопротивлением. 2.Генератор по п. 1, отличающийс  тем, что в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использован тиристор, блок управлени  , а также последовательно соединенные нагрузка, вторична  обмотка трансформатора и дополнительный конденсатор подключены параллельно диодам смежных плеч моста, обмотка подмагничивани  трансформатора подключена к промежуточному потребителю энергии. 3.Генератор по п. 1 , о т л и чающийс  тем, что в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использован f1cкpoдyгoвoй промежуток, параллельно которому включены последовательно соединенные вторична  обмотка трансформатора и промежуточный потребитель энергии. i. Генератор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й-с   тем, что в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использована люминесцентна  лампа с токопровод щсй полосой, в цепь люминесцентной лампы включены вторична  обмотка трансформатора и дроссель, токопровод ща  полоса соединена с общей точкой конденсаторов моста, параллельно лампе, последовательно с ее электродами, включен опорный диод. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 287110, кл. Н 03 К 3/332, 19692 .Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 02 М 5/16, 1972 (прототип) .

15

16 / x-Н/1/1/1Ш Ш/Ш/|

Г

О //(i)

0

а

/7.J

)

D

a

f

-Kb

.5

Claims (4)

1. Формула изобретения

   1. Генератор импульсов, содержащий по крайней мере, один электрический мост, в двух смежных плечах которого включены дибды, общая точка диодов подключена к одному выводу источника питания, а в двух других смежных плечах моста включены последовательно соединенные конден951658 12 саторы и первичные обмотки трансформаторов, общая точка которых соединена с другим выводом источника питания, отличающийся

   5 тем, что, с целью повышения частоты следования импульсов, параллельно диодам смежных плеч моста включен элемент с отрицательным динамическим сопротивлением.

   Ю
2. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использован тиристор, блок управления которым, 15 а также последовательно соединенные нагрузка, вторичная обмотка трансформатора и дополнительный конденсатор подключены параллельно диодам смежных плеч моста, обмотка подмаг20 -ничивания трансформатора подключена к промежуточному потребителю энергии.
3. 3. Генератор по π. 1, отлит чающийся тем, что в качест-

   25 ве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использован ^скродуговой промежуток, параллельно которому включены последовательно соединенные вторичная обмотка ₃₀ трансформатора и промежуточный потребитель энергии.
4. 4. Генератор по π. 1, отличающийся тем, что в качестве элемента с отрицательным динамическим сопротивлением использована лю- ³⁵ минесцентная лампа с токопроводящей •полосой, в цепь люминесцентной лампы включены вторичная обмотка трансформатора и дроссель, токопроводящая по· лоса соединена с общей точкой конден саторов моста, параллельно лампе, по следовательно с ее электродами, включен опорный диод.