ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ Российский патент 1998 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к области генерирования электрических импульсов с использованием трансформаторов.

Известны генераторы электрических импульсов (см., например, Грязнов Н.М. Трансформаторы и дроссели в импульсных устройствах. М.: Радио и связь, 1986, с. 102), содержащие накопители электрической энергии, трансформатор с несколькими первичными обмотками, намотанными на одном магнитопроводе, и одной вторичной обмоткой, коммутаторы, включенные в цепь первичных обмоток.

В таком генераторе при наличии n первичных обмоток и соответственно n коммутаторов, имеющих ограничение по току, можно получить по сравнению с генератором с одной первичной обмоткой в n раз большую импульсную и среднюю мощность выходного импульса за счет создания первичными обмотками общего в n раз большего магнитного потока, охватывающего вторичную обмотку.

Недостатком такого генератора является то, что общий магнитный поток охватывает также и каждую из первичных обмоток, поэтому при запирании коммутаторов в них наводится в n раз большая ЭДС, которая непосредственно прикладывается к коммутатору, что может стать для него критическим фактором. (Ограничение по напряжению).

Указанный недостаток частично устранен в генераторе по авт. св. N 489867, кл. F 02 P 3/02, 1973, используемом для зажигания топливной смеси двигателя (катушка зажигания). Этот генератор содержит трансформатор, являющийся одновременно и накопителем электромагнитной энергии, коммутатор. Первичная обмотка трансформатора выполнена в виде включенных параллельно между собой отдельных обмоток, намотанных на свои магнитопроводы, проходящие также через вторичную обмотку. В таком виде первичная цепь подключена через общий коммутатор к источнику питания. При включении коммутатора в каждом из магнитопроводов возникают магнитные потоки, которые все вместе охватывают вторичную обмотку и в момент запирания коммутатора в ней возникает электрический импульс.

Наряду с положительным свойством - уменьшением индуктивности трансформатора генератор имеет существенный недостаток, а именно при заданном магнитном потоке (Φ = Li) уменьшение индуктивности первичной обмотки увеличивает во столько же раз потребляемый ток, что при данном коммутаторе приводит к ограничению возможности его использования из-за ограничения по току.

Т. о. первый из известных генераторов имеет ограничение по напряжению, а второй - по току, что в конечном итоге ограничивает возможность увеличения мощности генерируемого импульса.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить мощность генератора.

Отличительной особенностью предлагаемого генератора является то, что n отдельных накопителей электрической энергии подключаются через свои коммутаторы к n первичным обмоткам, находящимся на отдельных стержнях магнитной системы трансформатора, причем отдельные стержни с первичными обмотками могут находиться как за пределами вторичной обмотки, так и внутри. При этом первичные обмотки создают суммарный магнитный поток, охватывающий вторичную обмотку.

На фиг. 1 показана принципиальная схема генератора, на фиг. 2 а, б, в приведен вариант конструкции магнитной системы генератора, на фиг. 3 представлена принципиальная электрическая схема генератора с четырьмя первичными обмотками, а на фиг. 4 - вариант конструкции генератора с двумя первичными обмотками. Генератор электрических импульсов (см. фиг. 1) содержит два (n = 2) накопителя энергии C₁, две отдельные первичные обмотки ω₁, вторичную обмотку ω₂, коммутаторы K, зарядные сопротивления R₃ и нагрузку Z.

Магнитная система генератора (см. фиг. 2) имеет четыре периферийных сердечника 1 для первичных обмоток и один центральный сердечник 2 для вторичной обмотки. Показанный воздушный зазор δ в периферийных сердечниках используется для генераторов, в которых накопителями энергии являются первичные обмотки, либо для создания сопротивления в магнитной цепи с целью исключения взаимовлияния между первичными обмотками.

На фиг. 3 обозначены первичные обмотки ω₁ трансформатора, подключенные через коммутаторы V₁, в качестве которых используются транзисторы, к источнику питания. В цепь вторичной обмотки включена нагрузка Z. Управляющее напряжение на коммутаторы подается через делитель напряжения на резисторах R₁ и R₂.

На фиг. 4 показан вариант конструкции генератора с двумя первичными обмотками ω₁ на магнитопроводе 1, находящимися внутри вторичной обмотки.

Генератор работает следующим образом.

При одновременном замыкании коммутаторов K(V₁) конденсаторы разряжаются на соответствующие первичные обмотки трансформатора. В результате возникает суммарный магнитный поток, пронизывающий вторичную обмотку ω₂. При этом во вторичной обмотке трансформатора генерируется электрический импульс, энергия которого пропорциональна сумме энергий отдельных накопителей. В то же время режим коммутаторов как по току, так и по напряжению соответствует режиму цепи отдельных накопителей.

Такой генератор по сравнению с прототипом дает возможность при заданных (имеющихся в настоящее время) параметрах коммутаторов (например, транзисторов) повысить энергию выходного импульса в n раз.

В общем случае при ограниченных возможностях коммутаторов предлагаемый генератор позволяет принципиально получить на его выходе электрический импульс практически неограниченной мощности путем увеличения числа первичных элементов трансформатора, содержащих первичную обмотку, коммутатор и магнитопровод.

Генератор имеет и ряд других положительных свойств:
при заданной мощности выходного импульса позволяет облегчить режим работы коммутаторов и тем самым повысить надежность работы генератора;
практическое отсутствие взаимной магнитной связи первичных обмоток также повышает надежность генератора. Например, закорачивание одной из первичных обмоток не приведет к полному отказу выдачи выходного импульса (как это имеет место в генераторе из книги Грязнова Н.М.);
генератор позволяет формировать импульсы повышенной длительности и мощности, для чего с помощью линий задержки коммутаторы включаются группами в заданной последовательности;
позволяет уменьшить индуктивность генератора и снизить расход обмоточного провода за счет уменьшения числа витков вторичной обмотки.

Генератор электрических импульсов относится к области электротехники, в частности к области генерирования электрических импульсов с использованием трансформаторов. Генератор позволяет получить импульс повышенной мощности и содержит n отдельных накопителей электрической энергии, подключенных через свои коммутаторы к n первичным обмоткам трансформатора, находящимся на отдельных стержнях магнитной системы, причем отдельные стержни с первичными обмотками могут находиться как за пределами вторичной обмотки, так и внутри. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Генератор электрических импульсов, содержащий накопители электрической энергии, трансформатор, вторичная обмотка которгого является выходом генератора и охватывает набор из h ≥ 2 магнитопроводов, на которых расположены n ≥ 2 первичных обмоток, и коммутаторы, отличающийся тем, что каждый накопитель электрической энергии подключен через коммутатор к соответствующей первичной обмотке трансформатора, расположенной на одном из n магнитопроводов. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в трансформаторе стержни с первичными обмотками расположены внутри вторичной обмотки. 3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в стержнях магнитопроводов, на которых расположены первичные обмотки, выполнен воздушный зазор. 4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что коммутаторы подключены к первичным обмоткам через элементы задержки.