Устройство для сжатия импульса тока

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ ИМПУЛЬСА ТОКА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Горбатов Сергей Викторович Давидович Петр Алексеевич Курносов Игорь Васильевич Плевако Федор Васильевич Приходько Евгений Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для сжатия импульса тока, содержащее звенья компрессии тока, содержащие накопительные конденсаторы и насыщающиеся дроссели, а также нагрузку, отличающееся тем, что дополнительно снабжено замыкающим насыщающимся дросселем,подключенным параллельно нагрузке, а время задержки замыкающего насыщающегося дросселя выбирают не большим, чем время задержки насыщающегося дросселя последнего звена компрессии тока.(56) 1. Вархушин Ю.П., Тхореев П.В., Эрмель И.Э., Яковлев Ю.Н. Мощный магнитный генератор импульсов // Приборы и техника эксперимента. -1992. -2. - С. 160-162. Предлагаемое техническое решение относится к импульсной технике, в частности к устройствам формирования высоковольтных импульсов с крутыми фронтами. Оно может быть использовано для эффективной передачи энергии в различные (в том числе емкостные) нагрузки, например, для питания мощных импульсных газовых лазеров, устройств для формирования барьерного разряда с высокой частотой повторения импульсов. 71282011.04.30 Известно устройство 1, мощный магнитный генератор импульсов, представленное в виде электрической схемы, содержащей тиратронный модуль и звенья компрессии тока. Каждое звено содержит накопительный конденсатор и насыщающийся дроссель. Все звенья компрессии тока соединены последовательно и являются устройством для сжатия импульса тока. К выходу последнего звена компрессии тока подключена нагрузка. Насыщающийся дроссель состоит из ферромагнитного магнитопровода и двух обмоток - основной и размагничивающей. Время задержки насыщающегося дросселя равно времени перемагничивания магнитопровода дросселя из состояния насыщения магнитной индукции в состояние насыщения в противоположном направлении и зависит от его конструкции, характеристик магнитопровода и напряжения, приложенного к основной обмотке. Устройство работает следующим образом. Тиратронный модуль формирует полусинусоидальный импульс тока заряда накопительного конденсатора первого звена компрессии тока. Спустя время, равное времени задержки первого насыщающегося дросселя происходит передача заряда следующему накопительному конденсатору и т.д. Через последний насыщающийся дроссель происходит передача энергии в нагрузку. В случае когда, например, нагрузкой служит электродная система барьерного разряда, в разрядном промежутке возникает газовый разряд, затем после снижения напряжения на нагрузке и уменьшения тока разряд прекращается. При этом емкость барьера остается заряженной. Заряд не может быстро стечь с емкости барьера, и для возникновения разряда при прохождении следующего импульса напряжение пробоя увеличится на значение разности потенциалов на барьере. Заряд, оставшийся на конденсаторе последнего звена компрессии тока после погасания разряда, будет перетекать в накопительный конденсатор предыдущего звена сжатия через насыщающийся дроссель последнего звена. Во время этого процесса магнитопровод дросселя перемагнитится до насыщения в противоположном направлении. Процесс переноса заряда между конденсатором последнего звена и емкостью системы электродов барьерного разряда может повториться несколько раз. Кроме того, будет происходить процесс перемагничивания дросселя предпоследнего звена. Эти процессы перераспределения заряда замедлят переход звеньев компрессии тока в состояние готовности для прохождения следующего импульса и приведут к дополнительному нагреву обмоток и магнитопроводов дросселей последнего и предпоследнего звеньев компрессии тока. Из этого понятно, что недостатками прототипа являются недостаточно широкие функциональные возможности и большие энергозатраты за счет многократного переноса заряда между конденсаторами звеньев компрессии тока, малого коэффициента передаваемой в нагрузку мощности и малого коэффициента полезного действия звеньев компрессии тока при работе на емкостную нагрузку. Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей и уменьшение энергозатрат за счет увеличения коэффициента передачи мощности в нагрузку, увеличения частоты повторения импульсов и повышения коэффициента полезного действия устройства для сжатия импульса тока. Задача решается следующим образом. Известное устройство содержит звенья компрессии тока и нагрузку, подключенную после последнего звена компрессии тока. Согласно предлагаемому техническому решению,устройство для сжатия импульса тока дополнительно снабжено замыкающим насыщающимся дросселем, подключенным параллельно нагрузке. Время задержки замыкающего насыщающегося дросселя выбирают не большим, чем время задержки дросселя последнего звена компрессии тока. Таким образом будут расширены функциональные возможности и уменьшены энергозатраты. На фигуре изображена электрическая схема устройства для сжатия импульса тока. Устройство для сжатия импульса тока содержит накопительный конденсатор 1, первый вывод которого подключен к первому выводу насыщающегося дросселя 2, а второй 2 71282011.04.30 вывод подключен к общему выводу звеньев компрессии тока. Накопительный конденсатор 1 и насыщающийся дроссель 2 образуют первое звено компрессии тока. Второй вывод насыщающегося дросселя 2 подключен к первому выводу накопительного конденсатора 3 и первому выводу насыщающегося дросселя 4. Второй вывод накопительного конденсатора 3 подключен к общему выводу звеньев компрессии тока. Накопительный конденсатор 3 и насыщающийся дроссель 4 образуют второе звено компрессии тока. Второй вывод насыщающегося дросселя 4 подключен к первому выводу накопительного конденсатора 5 и первому выводу насыщающегося дросселя 6. Второй вывод накопительного конденсатора 5 подключен к общему выводу звеньев компрессии тока. Второй вывод насыщающегося дросселя 6 подключен к первому выводу замыкающего насыщающегося дросселя 7 и первому выводу нагрузки 8. Накопительный конденсатор 5 и насыщающийся дроссель 6 образуют третье звено компрессии тока. Второй вывод нагрузки 8 и второй вывод замыкающего насыщающегося дросселя 7 подключены к общему выводу звеньев компрессии тока. Насыщающиеся дроссели звеньев магнитного сжатия содержат размагничивающие обмотки 9-12, изолированные от основных обмоток. Каждая из них содержит один или два витка провода. В общем случае устройство для сжатия импульса тока может состоять из разного числа звеньев компрессии тока. Рассмотрим работу устройства для сжатия импульса тока,нагруженного, например, на систему электродов барьерного разряда и содержащего три звена компрессии тока. Конденсатор 1 заряжается током, поступающим на вход устройства для сжатия импульса тока. При этом обеспечиваются такие условия заряда, чтобы конденсатор зарядился до требуемого напряжения за время меньшее, чем время задержки дросселя 2. Далее заряд из конденсатора 1 передается через насытившийся дроссель 2 в конденсатор 3. Время задержки дросселя 4 выбрано таким, чтобы он достиг насыщения к моменту прекращения зарядного тока через дроссель 2. Далее заряд из конденсатора 3 передается через насытившийся дроссель 4 в конденсатор 5. Время задержки дросселя 6 выбрано таким,чтобы он достиг насыщения к моменту прекращения зарядного тока через дроссель 4. После заряда конденсатора 5 ток через насытившийся дроссель 6 будет заряжать емкость нагрузки 8, и после достижения напряжения пробоя в газовом промежутке возникнет разряд и произойдет заряд емкости барьера нагрузки 8. Во время этого процесса ток через нагрузку будет вначале нарастать, а затем уменьшаться, и к моменту уменьшения тока до нуля дроссель 7 насытится и замкнет емкость барьера нагрузки 8. Через него потечет ток,и в результате протекания этого тока в замыкающем дросселе 7 аккумулируется энергия в виде электромагнитного поля. Дальнейшее протекание тока через замыкающий дроссель 7 приведет к перезаряду емкости барьера нагрузки 8 в противоположной полярности и протеканию тока по цепочке дросселей 6-4-2 по направлению от последнего к первому. Этот процесс произойдет быстро, поскольку время задержки дросселей 2 и 4 существенно больше, чем время задержки дросселей 6 и 7, и они к этому времени еще не выйдут из насыщенного состояния, в которое они вошли при прохождении импульса в прямом направлении. Энергия, вернувшаяся к началу устройства для сжатия импульса тока, либо поглощается балластной нагрузкой (на схеме не показана), либо часть ее рекуперируется и передается в накопительные конденсаторы источника питания (на схеме не показаны). Описанный выше процесс приведет к тому, что в устройстве для сжатия импульса тока не возникнет длительных колебательных процессов и это позволит ему перейти в состояние готовности к прохождению следующего импульса быстрее (за время, определяемое только временем размагничивания). Это позволит повысить максимальную частоту следования импульсов. Также не будет происходить перегрева магнитопроводов и обмоток дросселей устройства для сжатия импульса тока из-за их многократного перемагничивания за время прохождения одного импульса. Это приведет к увеличению коэффициента полезного действия и снизит энергозатраты. 3 71282011.04.30 Перемагничивание магнитопроводов насыщающихся дросселей в исходное состояние производится отдельными обмотками 9-12. Для этого через них пропускается ток, перемагничивающий магнитопроводы дросселей в направлении противоположном их намагничиванию при прохождении рабочего импульса. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4