Изобретение относится к мощной импульсной энергетике, а более конкретно к устройствам для генерации импульсов тока килоамперного диапазона в омическую (активную) нагрузку гиговаттной мощности, например, для источников микроволнового излучения, лазеров, генераторов нейтронов.
Как следует из достигнутого уровня техники, в частности, микроволновые источники энергии гиговаттной мощности, работающие в непрерывном режиме, отсутствуют. Однако для решения целого ряда прикладных задач необходимо обеспечить длительность воздействия, например, микроволнового излучения гиговаттной мощности, которая в несколько раз превышает длительность непрерывной работы импульсного микроволнового источника энергии, при этом главной причиной, ограничивающей сверху длительность непрерывной работы импульсных микроволновых источников энергии, является нагрев до предельно допустимой температуры их конструктивных элементов. Наиболее простой путь решения задачи по обеспечению требуемой длительности воздействия излучения гиговаттной мощности заключается в использовании группы (комплекта) поочередно работающих импульсных излучателей, например, импульсных микроволновых источников, импульсных лазеров, генераторов нейтронов. В связи с вышесказанным, а также, принимая во внимание, что все вышеперечисленные устройства представляют собой омическую нагрузку для источника их питания, задача по созданию средств, работающих в режиме генерации на омическую нагрузку серии импульсов гиговаттной мощности и миллисекундной длительности, относится к числу актуальных.
Из достигнутого уровня техники известен генератор серии импульсов тока, предназначенный для омической нагрузки, иными словами, для источников микроволнового излучения, импульсных ускорителей заряженных частиц, ускорителей макротел, и обеспечивающий возможность изменения как длительности каждого импульса в серии, так и величины интервала времени между каждой парой следующих друг за другом импульсов (Егоров О.Г., RU №2461120 C1, 2011, [1]). Этот генератор серии импульсов тока содержит: включенный в цепь с источником постоянного тока вакуумный контактор, омическую нагрузку, подключенную параллельно вакуумному контактору, первую и вторую индуктивности, первый, второй, третий и четвертый управляемые вакуумные разрядники, емкостный накопитель энергии, дополнительный накопитель энергии, выполненный в виде искусственной длинной линии (ИДЛ) из N последовательно включенных идентичных LdCd звеньев, вывод индуктивности Ld первого звена ИДЛ, который не соединен с конденсатором Cd этого звена, является первым выводом дополнительного накопителя энергии, соединенные между собой выводы всех конденсаторов Cd ИДЛ являются вторым выводом дополнительного накопителя энергии, а третий вывод дополнительного накопителя энергии является ее отводом или от точки соединения индуктивности и конденсатора N-го звена ИДЛ, или отводом от ее середины, полупроводниковый диод, блок индуктивностей, выполненный в виде М одинаковых последовательно соединенных между собой индуктивностей величиной Lo каждая, при этом отводы от первых выводов каждой индуктивности являются первыми M выводами блока индуктивностей, а второй вывод M-й индуктивности является M+1 выводом блока индуктивностей, блок коммутации, содержащий M одинаковых и синхронно срабатывающих ключей, первые выводы которых являются первой группой из M выводов блока коммутации, вторые выводы ключей являются второй группой из M выводов блока коммутации, блок конденсаторов, выполненный из M одинаковых конденсаторов емкостью Co каждый, причем первые выводы конденсаторов являются первыми M выводами блока конденсаторов, а соединенные между собой вторые выводы конденсаторов являются M+1 выводом блока конденсаторов, а также резистор. При этом первый вывод нагрузки через первую индуктивность соединен с первым выводом первого и второго управляемых вакуумных разрядников, второй вывод первого управляемого вакуумного разрядника соединен со вторым выходом дополнительного накопителя энергии, минусовым выводом емкостного накопителя энергии и плюсовым выводом полупроводникового диода, второй вывод второго управляемого вакуумного разрядника соединен с первым выводом дополнительного накопителя энергии, а плюсовой вывод емкостного накопителя энергии и минусовой вывод полупроводникового диода соединены со вторым выводом нагрузки. Кроме того, третий вывод дополнительного накопителя энергии соединен с первым выводом третьего управляемого вакуумного разрядника, второй вывод которого соединен с первым выводом четвертого управляемого вакуумного разрядника и M+1 выводом блока индуктивностей, первый вывод которого соединен с первым выводом второй индуктивности, выводы блока индуктивностей с первого по M соединены с соответствующим каждому из них выводом первой группы из M выводов блока коммутации, выводы второй группы выводов которого соединены с соответствующим каждому из них выводом с первого по M выводами блока конденсаторов, M+1 вывод которого, второй вывод второй индуктивности соединены с вторым выводом нагрузки, а через резистор - со вторым выводом четвертого управляемого вакуумного разрядника.
Описанный выше генератор серии импульсов тока обеспечивает формирование конечной последовательности импульсов тока в омической нагрузке за счет следующих последовательно друг за другом циклов, каждый из которых включает размыкание подключенного параллельно омической нагрузке вакуумного контактора на время, равное длительности соответствующего каждому циклу импульса тока в серии, а затем замыкание вакуумного контактора на время, соответствующее интервалу времени между соответствующей парой импульсов тока в серии. Иными словами, используемый в этом генераторе принцип формирования конечной последовательности импульсов тока путем циклического прерывания тока в цепи, накоротко шунтирующей омическую нагрузку, обеспечивает возможность управления не только длительностью каждого импульса в серии, но и длительностью интервала времени между каждой парой следующих друг за другом импульсов в серии.
Однако описанный выше генератор серии импульсов тока не только имеет сложную конструкцию, а следовательно, и высокую стоимость, но и требует специального выполнения используемого в нем килоамперного источника постоянного тока. Невозможность использования в обсуждаемом генераторе в качестве источника постоянного тока хорошо известных из уровня техники и давно используемых в различных областях техники индуктивных накопителей энергии существенно ограничивает область его использования. Другой недостаток описанного выше генератора заключается в том, что использование в нем сменяемых или переключаемых омических нагрузок (иными словами, омических нагрузок или имеющих длительность непрерывной работы вследствие перегрева, соответствующий длительности одного импульса в серии, или имеющих ресурс работы, соответствующий длительности одного импульса в серии) сопряжено со значительными трудностями, поскольку выводы подлежащих замене омических нагрузок соединены с вакуумным контактором, через который во время их замены протекает ток килоамперного диапазона.
В результате проведенных исследований патентной документации и научно-технической литературы не удалось выявить технических решений, обеспечивающих порционный во времени (например, в виде конечной серии импульсов) вывод энергии из индукционного накопителя энергии (в том числе и с трансформаторной связью) в омическую нагрузку. Анализ же известного из уровня техники (см. Физика и техника мощных импульсных систем. Сборник статей под ред. акад. Е.П. Велихова. М.: Энергоатомиздат, 1987, с.109,110, [2]) генератора импульсов на индуктивном накопителе энергии (содержащем источник питания, первый вывод которого соединен с первым выводом замыкателя и первым выводом индуктивного накопителя энергии, второй вывод которого соединен с первым выводом управляемого вакуумного разрядника и первым выводом вакуумного контактора, параллельно которому подключена омическая нагрузка, при этом второй вывод управляемого вакуумного разрядника соединен с дополнительным накопителем энергии, который выполнен в виде искусственной длинной линии, а второй вывод источника питания соединен с вторым выводом замыкателя, вторым выводом вакуумного контактора и вторым выводом дополнительного накопителя энергии) показал, что в принципе (при наличии средств, обеспечивающих перед формированием каждого очередного импульса в серии заряд дополнительного накопителя энергии до напряжения, обуславливающего протекание через вакуумный контактор противотока, величина которого равна току через индуктивный накопитель энергии в момент времени, соответствующий началу формирования очередной паузы тока в вакуумном контакторе) используемый в [1] принцип формирования конечной последовательности импульсов тока, заключающийся в циклическом прерывании тока в цепи, накоротко шунтирующей омическую нагрузку, и обеспечивающий возможность управления не только длительностью каждого импульса в серии, но и длительностью интервала времени между каждой парой следующих друг за другом импульсов в серии, может быть реализован в обсуждаемом генераторе. Однако (поскольку в обсуждаемом генераторе импульсов на индуктивном накопителе энергии, аналогично тому, как и в [1], выводы подлежащих замене омических нагрузок соединены с вакуумным контактором, через который во время их замены протекает ток килоамперного диапазона) ему будет присущ тот же недостаток, обусловленный небезопасностью замены выработавших свой ресурс омических нагрузок. С другой стороны, в генераторах импульсов на двухобмоточном индуктивном накопителе энергии с трансформаторной связью омическая нагрузка и вакуумный контактор включены в электрически изолированные друг от друга цепи, что обеспечивает возможность безопасного манипулирования с омическими нагрузками.
Поэтому в качестве прототипа взят генератор импульсов на индуктивном накопителе энергии с трансформаторной связью, содержащий источник питания, дополнительный емкостный накопитель энергии, двухобмоточный индуктивный накопитель энергии, выполненный с трансформаторной связью между обмотками, полупроводниковый диод, омическую нагрузку, вакуумный контактор и три управляемых ключа, при этом дополнительный емкостный накопитель энергии подключен к выводам источника питания, первый вывод которого соединен с минусовым выводом полупроводникового диода и первым выводом первого управляемого ключа, второй вывод которого соединен с первым выводом первой обмотки индуктивного накопителя энергии и первым выводом второго управляемого ключа. Второй вывод источника питания соединен со вторым выводом второго управляемого ключа и первым выводом вакуумного контактора, второй вывод которого соединен со вторым выводом первичной обмотки индуктивного накопителя энергии и плюсовым выводом полупроводникового диода, при этом первый вывод второй обмотки индуктивного накопителя энергии соединен с первым выводом третьего управляемого ключа и первым выводом омической нагрузки, а второй вывод второй обмотки индуктивного накопителя энергии соединен со вторыми выводами третьего управляемого ключа и омической нагрузки (Гусев О.А. и др. SU №623467, A, 1985, [3]).
В принципе, прототип может быть использован для порционного (иными словами, в виде конечной последовательности импульсов) вывода энергии, накопленной в индуктивном накопителе энергии, в омическую нагрузку, подключенную к выводам второй обмотки индукционного накопителя энергии с трансформаторной связью, путем циклического прерывания тока в цепи первой обмотки индукционного накопителя энергии с трансформаторной связью. Однако каждый разрыв цепи первой обмотки индукционного накопителя энергии с трансформаторной связью сопровождается перенапряжением на межконтактном промежутке включенного в эту цепь вакуумного контактора, а следовательно, дугообразованием и значительными потерями первоначально накопленной энергии при каждой переброске тока из первой обмотки индуктивного накопителя энергии во вторую. Кроме того, описанный выше принцип формирования конечной последовательности импульсов путем прерывания с помощью вакуумного контактора тока килоамперного диапазона, протекающего по первой обмотке индукционного накопителя энергии с трансформаторной связью, возможен только при очень высоком ресурсе вакуумного контактора, а следовательно, при высокой его стоимости.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по повышению эффективности порционного, иными словами, в виде конечной последовательности (серии) импульсов, вывода накопленной энергии из индуктивного накопителя энергии с трансформаторной связью в омическую нагрузку, включенную в цепь его второй обмотки, за счет обеспечения возможности многократного (соответствующего количеству импульсов, генерируемых в каждой последовательности импульсов) использования только энергии, первоначально (иными словами, перед генерацией каждой последовательности импульсов) накопленной в дополнительном накопителе энергии, для осуществления многократной (соответствующей количеству импульсов, генерируемых в каждой последовательности импульсов) бездуговой коммутации вакуумного контактора, включенного в цепь первой обмотки индуктивного накопителя энергии с трансформаторной связью.
Поставленная задача решена тем, что генератор импульсов на индуктивном накопителе энергии с трансформаторной связью, содержащий источник питания, двухобмоточный индуктивный накопитель энергии, выполненный с трансформаторной связью между первой и второй обмотками, замыкатель, омическую нагрузку, вакуумный контактор и дополнительный накопитель энергии, согласно изобретению, дополнительно содержит переключатель полярности дополнительного накопителя энергии и блок коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии, который выполнен в виде искусственной длинной линии (ИДЛ) из N, где N≥10, последовательно включенных идентичных Г-образных LC-звеньев, при этом, для обеспечения гашения колебаний в ИДЛ, возникающих при коммутации вакуумного контактора, параллельно индуктивности каждого звена ИДЛ подключена цепочка из последовательно соединенных резистора и управляемого ключа, причем упомянутые управляемые ключи образуют группу из синхронно срабатывающих управляемых ключей, вывод индуктивности первого звена, который не соединен с конденсатором этого же звена, является первым выводом дополнительного накопителя энергии, а соединенные между собой выводы конденсаторов всех звеньев ИДЛ являются вторым выводом дополнительного накопителя энергии, первый вывод источника питания соединен с первым выводом замыкателя и первым выводом первой обмотки индуктивного накопителя энергии, при этом второй вывод первой обмотки индуктивного накопителя энергии соединен с первым выводом вакуумного контактора и первым выводом переключателя полярности дополнительного накопителя энергии, а второй вывод источника питания соединен со вторым выводом замыкателя, вторым выводом вакуумного контактора и вторым выводом переключателя полярности дополнительного накопителя энергии, третий вывод переключателя полярности дополнительного накопителя энергии соединен с первым выводом блока коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии и первым выводом дополнительного накопителя энергии, четвертый вывод переключателя полярности дополнительного накопителя энергии соединен со вторым выводом блока коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии и вторым выводом дополнительного накопителя энергии, а омическая нагрузка подключена ко второй обмотке индуктивного накопителя энергии с обеспечением возможности замены ее по окончанию каждого импульса в генерируемой серии импульсов.
Кроме того, поставленная задача решена тем, что:
- переключатель полярности дополнительного накопителя энергии включает четыре одинаковых управляемых вакуумных разрядника, при этом соединенные между собой первые выводы первого и третьего управляемых вакуумных разрядников являются первым выводом переключателя полярности дополнительного накопителя энергии, соединенные между собой первые выводы второго и четвертого управляемых вакуумных разрядников являются его вторым выводом, а соединенные между собой вторые выводы первого и четвертого управляемых вакуумных разрядников и соединенные между собой вторые выводы второго и третьего управляемых вакуумных разрядников являются соответственно третьим и четвертым выводами переключателя полярности дополнительного накопителя энергии;
- блок коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии выполнен в виде одной цепочки из последовательно соединенных между собой балластного резистора и замыкателя-размыкателя, при этом первым и вторым выводами блока коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии являются соответственно первый и второй концы упомянутой цепочки;
- блок коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии выполнен в виде M-1, где M равно количеству импульсов в генерируемой серии импульсов, цепочек, каждая из последовательно соединенных между собой балластного резистора и замыкателя-размыкателя, при этом соединенные между собой одни выводы упомянутых цепочек и соединенные между собой другие выводы упомянутых цепочек являются соответственно первым и вторым выводами блока коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии, а сопротивление m-го балластного резистора меньше сопротивления (m+1)-го балластного резистора, где m=1, 2, …, M-1;
- вторая обмотка упомянутого индуктивного накопителя энергии выполнена с (K-1) отводами, которые совместно с выводами от начала и конца второй обмотки образуют K+1 выводов второй обмотки и которые предназначены для подключения одного вывода каждой сменяемой омической нагрузки к первому выводу второй обмотки, который соответствует ее началу, а другого вывода сменяемой омической нагрузки, соответствующей k-му импульсу в генерируемой конечной последовательности импульсов, к k+1 выводу второй обмотки, где k=1, 2, …, K, а K равно количеству импульсов в генерируемой серии импульсов.
Преимущество патентуемого генератора импульсов на индуктивном накопителе энергии с трансформаторной связью перед прототипом заключается в том, что, благодаря введению в него переключателя полярности дополнительного накопителя энергии и блока коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии, а также благодаря патентуемому выполнению дополнительного накопителя энергии и связей между конструктивными элементами генератора, обеспечивается за счет многократного (соответствующего количеству импульсов, генерируемых в каждой последовательности импульсов) использования только энергии, первоначально (иными словами, перед генерацией каждой последовательности импульсов) накопленной в дополнительном накопителе энергии, в течение всего процесса вывода накопленной энергии из индуктивного накопителя энергии в сменяемые омические нагрузки многократная (соответствующая количеству импульсов, генерируемых в каждой последовательности импульсов) бездуговая коммутация (размыкание) вакуумного контактора, включенного в цепь первой обмотки индуктивного накопителя энергии тока. В результате обеспечивается достижение не только технического результата, заключающегося в повышении эффективности порционного, иными словами, в виде конечной последовательности (серии) импульсов, вывода накопленной энергии из индуктивного накопителя энергии с трансформаторной связью в омическую нагрузку, включенную в цепь его второй обмотки, но и минимизация затрат энергии на формирование пауз тока через вакуумный контактор в процессе формирования каждой серии импульсов с помощью многократно используемого без дополнительной зарядки или перезарядки дополнительного накопителя энергии.
Другие технические результаты, достигаемые при использовании патентуемого изобретения, станут ясными из дальнейшего изложении его сущности.
В дальнейшем патентуемое изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения упомянутого технического результата патентуемой совокупностью существенных признаков.
На фиг.1 представлена электрическая схема генератора импульсов на индуктивном накопителе энергии с трансформаторной связью; на фиг.2 - пример выполнения блока коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии; на фиг.3 - пример выполнения второй обмотки индуктивного накопителя энергии.
Генератор импульсов на индуктивном накопителе энергии с трансформаторной связью содержит (фиг.1) источник I питания, двухобмоточный индуктивный накопитель 2 энергии, выполненный с трансформаторной связью между обмотками и коэффициентом связи между его первой 3 и второй 4 обмотками, равным k, замыкатель 5 (в качестве которого может быть использован контактный коммутатор или управляемый разрядник), омическую нагрузку 6, вакуумный контактор 7, дополнительный накопитель 8 энергии, переключатель 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии и блок 10 коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии, который выполнен в виде искусственной длинной линии (ИДЛ) из N, где N≥10, последовательно включенных идентичных Г-образных LC-звеньев 111, 112, …, 11N-1 и 11N, при этом для обеспечения гашения колебаний в ИДЛ, возникающих при коммутации вакуумного контактора, параллельно индуктивности 12n каждого звена 11n ИДЛ, где n=1, 2, …, N-1, N, подключена цепочка из последовательно соединенных резистора 13n и управляемого ключа 14n, причем упомянутые управляемые ключи 14n образуют группу из N синхронно срабатывающих управляемых ключей 141÷14N. Вывод индуктивности 121 у первого звена 111, который не соединен с конденсатором 151 этого же звена, является первым выводом 16 дополнительного накопителя 8 энергии, а соединенные между собой выводы конденсаторов 15n всех звеньев 11n ИДЛ являются вторым выводом 17 дополнительного накопителя 8 энергии. В предпочтительном воплощении изобретения переключатель 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии включает (фиг.1) первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 одинаковые управляемые вакуумные разрядники, каждый с блоком поджига (не показан), при этом соединенные между собой первые выводы первого 18 и третьего 20 управляемых вакуумных разрядников являются первым выводом 22 переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии, соединенные между собой первые выводы второго 19 и четвертого 21 управляемых вакуумных разрядников являются вторым выводом 23 переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии, соединенные между собой вторые выводы первого 18 и четвертого 21 управляемых вакуумных разрядников являются третьим выводом 24 переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии, а соединенные между собой вторые выводы второго 19 и третьего 20 управляемых вакуумных разрядников являются четвертым выводом 25 переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии.
В одном предпочтительном воплощении патентуемого изобретения (фиг.1) блок 10 коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии выполнен в виде одной цепочки из последовательно соединенных между собой балластного резистора 26 и замыкателя-размыкателя 27, при этом один (первый) конец упомянутой цепочки является первым выводом 28 блока 10 коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии, а другой (второй) конец той же цепочки является вторым выводом 29 блока 10 коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии. В другом предпочтительном воплощении патентуемого изобретения блок 10 коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии выполнен (фиг.2) в виде M-1, где M равно количеству импульсов в серии импульсов, генерируемых патентуемым генератором, цепочек, каждая из последовательно соединенных между собой балластного резистора 26m и замыкателя-размыкателя 27m, где m=1, 2, …, M-1, при этом сопротивление m-го балластного резистора 26m меньше сопротивления (m+1)-го балластного резистора 26m+1. Соединенные между собой одни (предпочтительно одноименные) выводы упомянутых цепочек являются первым выводом 28 блока 10 коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии, а соединенные между собой другие выводы упомянутых цепочек являются вторым выводом 29 блока 10 коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии.
Первый вывод источника 1 питания соединен (фиг.1) с первым выводом замыкателя 5 и первым выводом первой обмотки 3 индуктивного накопителя 2 энергии, при этом второй вывод первой обмотки 3 индуктивного накопителя 2 энергии соединен с первым выводом вакуумного контактора 7 и первым выводом 22 переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии, второй вывод источника 1 питания соединен со вторым выводом замыкателя 5, вторым выводом вакуумного контактора 7 и вторым выводом 23 переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии. Третий вывод 24 переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии соединен с первым выводом 28 блока 10 коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии и первым выводом 16 дополнительного накопителя 8 энергии, четвертый вывод 25 переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии соединен со вторым выводом 29 блока 10 коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии и вторым выводом 17 дополнительного накопителя 8 энергии, а омическая нагрузка 6 подключена к выводам второй обмотки 4 индуктивного накопителя 2 энергии с обеспечением возможности замены ее по окончанию каждого импульса в генерируемой серии импульсов.
В другом предпочтительном воплощении патентуемого изобретения (фиг.3), для обеспечения одинакового значения амплитуды импульса напряжения на каждой сменяемой или переключаемой омической нагрузке 6, вторая обмотка 4 индуктивного накопителя 2 энергии выполнена с K-1 отводами (где K равно количеству импульсов в генерируемой серии импульсов), которые совместно с выводом от начала и выводом от конца второй обмотки 4 образуют K+1 выводов второй обмотки 4, а именно: 301, 302, 30k, 30k+1, …, 30K+1, где k=1, 2, …, K) и которые предназначены для подключения одного вывода каждой сменяемой омической нагрузки 6k к первому выводу 301 второй обмотки 4, который соответствует ее началу, а другого вывода сменяемой или переключаемой омической нагрузки 6, соответствующей k-му импульсу в генерируемой конечной последовательности импульсов, к k+1 выводу - 30k+1 второй обмотки 4.
Генератор импульсов на индуктивном накопителе энергии с трансформаторной связью работает следующим образом. В исходном состоянии перед генерацией каждой серией импульсов (фиг.1) замыкатель 5, управляемые ключи 141÷14N, управляемые вакуумные разрядники 18, 19, 20, 21 и замыкатель-размыкатель 27 находятся в разомкнутом положении, а электроды вакуумного контактора 7 находятся в замкнутом положении. Перед генерацией каждой конечной последовательности (далее серии) импульсов осуществляется запуск источника 1 питания, в качестве которого предпочтительно используется генератор тока. После запуска источника 1 питания в цепи, содержащей последовательно соединенные первую обмотку 3 индуктивного накопителя 2 энергии и находящийся в замкнутом положении вакуумный контактор 7, возбуждается электрический ток и начинается процесс накопления энергии в магнитном поле, которое связано с током Is, протекающим по первой обмотке 3. После достижения (за время 2÷3 сек) током Is в первой обмотке 3 заданного значения Is=Io одновременно осуществляется перевод замыкателя 5 в замкнутое положение и выключение источника 1 питания. Кроме того, перед выполнением каждой серии импульсов от дополнительного источника постоянного напряжения (на чертежах он не показан) осуществляется зарядка ИДЛ дополнительного накопителя 8 энергии до напряжения ULO=Io·ρ, где ρ - волновое сопротивление ИДЛ. Таким образом, перед генерацией первой серии импульсов вся запасенная в магнитном поле энергия связана с током Is=Io, протекающим по замкнутому контуру, который образован первой обмоткой 3 замыкателем 5 и вакуумным контактором 7; ИДЛ заряжена до напряжения ULO, обеспечивающего при замыкании ИДЛ накоротко протекание тока, равного 10 в течение времени τп=2·ρ·N·C, где C - емкость каждого конденсатора 151÷15N ИДЛ, а к второй обмотке 4 индуктивного накопителя 2 энергии подключена первая омическая нагрузка 6 из предназначенного для первой серии импульсов комплекта омических нагрузок, содержащего количество омических нагрузок, равное количеству импульсов в первой генерируемой серии импульсов.
Формирование первого (в каждой серии) импульса напряжения в соответствующей этому импульсу омической нагрузке 6, подключенной к второй обмотке 4 индуктивного накопителя 2 энергии, осуществляется за счет прерывания тока в его первой обмотке 3 на интервал времени, соответствующий длительности этого импульса, путем бездугового размыкания электродов включенного в цепь первой обмотки 3 вакуумного контактора 7, при этом бездуговое размыкание электродов вакуумного контактора 7 обеспечивается тем, что через него пропускается импульс противотока с амплитудой, равной 10 (иными словами, равной величине тока от индуктивного накопителя 2 энергии, протекающего через вакуумный контактор 7 в момент размыкания его электродов) и длительностью τп, достаточной для создания паузы тока через вакуумный контактор 7 и обеспечивающей, с одной стороны, возможность разведения электродов вакуумного контактора 7 (например, с помощью индукционно-динамического механизма) на заданное расстояние, а с другой стороны, надежное восстановление электрической прочности межэлектродного промежутка вакуумного контактора 7.
Для этого в патентуемом устройстве с помощью соответствующих блоков поджига (на чертежах они не показаны) осуществляется (в зависимости от полярности напряжения на первом 16 и втором 17 выводах дополнительного накопителя 8 энергии и направления тока Is=Io через находящийся в замкнутом положении вакуумный контактор 7 от индуктивного накопителя 2 энергии) одновременный перевод в замкнутое положение или первого 18 и второго 19 вакуумных управляемых разрядников, или третьего 20 и четвертого 21 вакуумных управляемых разрядников переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии. Так, при показанном на фиг.1 направлении тока Is=Io через вакуумный контактор 7 и, например, если второй вывод 17 дополнительного накопителя 8 энергии является его плюсовым выводом, то с помощью соответствующих блоков поджига осуществляется одновременный перевод в замкнутое положение первого 18 и второго 19 управляемых вакуумных разрядников переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии. В результате первый 16 и второй 17 выводы дополнительного накопителя 8 энергии (а следовательно, и заряженная до напряжения ULO=Io·ρ ИДЛ) оказываются замкнутыми через последовательно соединенные между собой первый управляемый вакуумный разрядник 18, находящийся в замкнутом положении вакуумный контактор 7, электроды которого находятся в замкнутом положении, и также находящийся в замкнутом положении второй управляемый вакуумный разрядник 19. Таким образом, после перевода в замкнутое положение первого 18 и второго 19 управляемых вакуумных разрядников происходит разряд дополнительного накопителя 8 энергии через цепь из последовательно соединенных между собой первого управляемого вакуумного разрядника 18, находящегося в замкнутом положении, вакуумного контактора 7, электроды которого находятся в замкнутом положении, и второго управляемого вакуумного разрядника 19, также находящегося в замкнутом положении. При этом, с одной стороны, поскольку второй вывод 17 дополнительного накопителя 8 энергии является (как отмечалось выше) его плюсовым выводом, то направление тока через вакуумный контактор 7 от разряжающегося дополнительного накопителя 8 энергии (а следовательно, и от разряжающейся ИДЛ) имеет направление, которое противоположно направлению тока Is=Io через вакуумный контактор 7 от индуктивного накопителя 2 энергии. С другой стороны, поскольку ИДЛ дополнительного накопителя 8 энергии предварительно заряжена до напряжения ULO=Io·ρ, то при замыкании ее на упомянутую цепь обеспечивается в результате ее разряда формирование через находящийся в замкнутом положении вакуумный контактор 7 импульса противотока с амплитудой, равной 10, и длительностью τп=2·ρ·N·C, где C - емкость каждого конденсатора 151÷15N ИДЛ, создающего паузу тока через вакуумный контактор 7, в течение которой осуществляется не только разведение его электродов на заданное расстояние, но и надежное восстановление электрической прочности его межэлектродного промежутка, а следовательно, перевод его в разомкнутое положение.
Таким образом, во время паузы тока через вакуумный контактор 7 осуществляется разведение электродов вакуумного контактора 7 (например, с помощью индукционно-динамического механизма) на заданное (в соответствии с его конкретным конструктивным выполнением) расстояние, а также происходит надежное восстановление электрической прочности его межэлектродного промежутка. Вследствие размыкания электродов вакуумного контактора 7 и восстановления электрической прочности его межэлектродного промежутка электрическая цепь, в которую включена первая обмотка 3 индуктивного накопителя 2 энергии, оказывается разомкнутой для постоянного тока. В результате ток из первой обмотки 3 индуктивного накопителя 2 энергии трансформируется в его вторую обмотку 4, к которой подключена омическая нагрузка 6, при этом энергия магнитного потока, обусловленная током, протекающим по второй обмотке 4, составляет, хотя и значительную (основную), но часть ранее запасенной магнитной энергии (энергии магнитного потока, создаваемого током Is=Io, протекающим по замкнутой первой обмотке 3), поскольку другая часть энергии - ΔW (накопленная в индуктивности рассеяния индуктивного накопителя 2 энергии и равная ΔW=W1(1-k2)·k-2, где W1 - энергия, накопленная (запасенная) в индуктивном накопителе 2 энергии к моменту формирования упомянутой паузы тока через вакуумный контактор 7, а k - коэффициент связи между первой 3 и второй 4 обмотками) в виде экспоненциального электрического импульса с амплитудой Io и длительностью, равной длительности заднего фронта упомянутой паузы тока, через находящийся в замкнутом положении замыкатель 5 и находящиеся в замкнутом положении первый 18 и второй 19 управляемые вакуумные разрядники передается на первый 16 и второй 17 выводы дополнительного накопителя 8 энергии, а следовательно, на вход соответствующей ему ИДЛ. В результате в ИДЛ возникает колебательный процесс в виде распространяющегося по ней импульса с длительностью (по его основанию), равной длительности заднего фронта паузы тока через вакуумный контактор 7, а также осуществляется ее дополнительная дозарядка.
Иными словами, после окончания паузы тока через вакуумный контактор 7 основная часть ранее запасенной магнитной энергии будет связана уже с током во второй обмотке 4 индуктивного накопителя 2 энергии, при этом ток во второй обмотке 4 обуславливает формирование на подключенной ко второй обмотке 4 омической нагрузке 6, первого (в генерируемой серии импульсов) импульса напряжения с амплитудой Uн1 и имеющего (за счет преобразования во время длительности упомянутого импульса запасенной магнитной энергии в электрическую) экспоненциальную вершину, которая характеризуется постоянной времени, равной Lиво/Rн1, где Lиво - индуктивность второй обмотки 4 индуктивного накопителя 2 энергии, a Rн1 - сопротивление омической нагрузки 6, соответствующей первому импульсу в генерируемой серии импульсов.
Для обеспечения гашения возникших (возбужденных) в ИДЛ колебаний в момент времени, соответствующий окончанию заднего фронта упомянутой паузы тока через вакуумный контактор 7, осуществляется одновременный перевод управляемых ключей 141÷14N из разомкнутого положения в замкнутое положение. В результате индуктивности 121÷12N всех звеньев 111÷11N ИДЛ оказываются зашунтированными соответствующим каждой из них резистором 131÷13N, что приводит к гашению возникших в ИДЛ колебаний.
Кроме того, в момент времени, соответствующий окончанию заднего фронта паузы тока через вакуумный контактор 7, ток через находящиеся в замкнутом положении первый 18 и второй 19 управляемые вакуумные разрядники переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии становится равным нулю. В результате, с одной стороны, разрывается цепь разряда ИДЛ дополнительного накопителя 8 энергии, а следовательно, прекращается процесс перезарядки конденсаторов 151÷15N звеньев 111÷11N ИДЛ до напряжения, имеющего знак, противоположный знаку первоначального напряжения на этих конденсаторах перед формированием упомянутой выше паузы тока через вакуумный контактор 7, а, с другой стороны, происходит автоматический (без дополнительного управления) переход первого 18 и второго 19 управляемых вакуумных разрядников переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 из замкнутого положения в разомкнутое положение.
Однако для обеспечения надежного восстановления электрической прочности первого 18 и второго 19 управляемых вакуумных разрядников параметры ИДЛ дополнительного накопителя 8 энергии (а именно, величина индуктивности L каждой индуктивности 121÷12N и емкость С каждого конденсатора 151÷15N, а также число N звеньев 111÷11N ИДЛ) выбирается, исходя из выполнения следующих условий. Во-первых, время Δt=N·(L·C)½ распространения импульса от начала до конца ИДЛ должно быть, по меньшей мере, в два раза больше длительности самого импульса, которая по его основанию равна длительности заднего фронта паузы тока через вакуумный контактор 7, или, иными словами, длительность импульса составляет от 0,1 до 0,2 длительности плоской вершины импульса упомянутой паузы тока. Во-вторых, интервал времени, в течение которого импульс, распространяющийся от начала ИДЛ после отражения его от конца ИДЛ, вновь достигнет ее начала, должен быть не меньше времени, необходимого для надежного восстановления электрической прочности первого 18 и второго 19 управляемых вакуумных разрядников, поскольку только в этом случае импульс, распространяющийся от начала ИДЛ и после отражения его от конца ИДЛ, вновь достигший ее начала, не вызовет пробоя упомянутых управляемых вакуумных разрядников.
Интервал времени, в течение которого обеспечивается затухание колебаний в ИДЛ дополнительного накопителя 8 энергии, является фактором, ограничивающим сверху частоту следования импульсов в каждой серии, при этом длительность самих импульсов может быть меньше, равна или больше интервала времени, в течение которого обеспечивается затухание колебаний в ИДЛ дополнительного накопителя 8 энергии.
Через интервал времени, отсчитанный от начала первого (в генерируемой серии импульсов) импульса напряжения на омической нагрузке 6 и равный его длительности, с помощью, например, того же индукционно-динамического механизма осуществляется сведение электродов вакуумного контактора 7. В результате перевода вакуумного контактора 7 из разомкнутого положения в замкнутое положение, первая обмотка 3 индуктивного накопителя 2 энергии снова оказывается замкнутой на последовательно соединенные между собой и находящиеся в замкнутом положении замыкатель 5 и вакуумный контактор 7, а следовательно, ток из содержащей омическую нагрузку 6 цепи второй обмотки 4 индуктивного накопителя 2 энергии будет переброшен (трансформирован) в цепь его первой обмотки 3. При этом часть ранее накопленной и связанной с током во второй обмотке 4 магнитной энергии, а именно, количество энергии, соответствующее тому же коэффициенту пропорциональности, равному (1-k2)·k-2, что и в описанном выше процессе трансформации тока из первой 3 во вторую 4 обмотки индуктивного накопителя 2 энергии, выделяется в омической нагрузке 6 в виде заднего фронта первого (в генерируемой серии импульсов) импульса напряжения.
Таким образом, по окончанию первого импульса в генерируемой серии импульсов энергия магнитного потока в индуктивном накопителе 2 энергии, оставшаяся после упомянутых выше преобразований части предварительно накопленной в нем энергии магнитного потока, во-первых, в электрическую энергию, выделившуюся в соответствующей первому импульсу омической нагрузке 6, а, во-вторых, в электрическую энергию, переданную в ИДЛ дополнительного накопителя 8 энергии, связана с током Is в первой обмотке 3, равным Ii (иными словами, Is=I1), при этом I1<IO вследствие уменьшения энергии магнитного потока в индуктивном накопителе 2 энергии после генерации первого импульса.
По окончании первого импульса в генерируемой серии импульсов производится сначала отключение от второй обмотки 4 индуктивного накопителя 2 энергии омической нагрузки 6, соответствующей первому импульсу в генерируемой серии импульсов и нагретой за время, соответствующее длительности этого импульса, до предельно допустимой температуры, а затем - подключение ко второй обмотке 4 омической нагрузки 6, соответствующей второму импульсу в генерируемой серии импульсов, при этом обеспечивается безопасность, как при отключении от второй обмотки 4 омической нагрузки 6, отработавшей в импульсном режиме свой временной ресурс непрерывной работы, так и при подключении ко второй обмотке 4 следующей омической нагрузки 6, поскольку во время проведения этих действий вторая обмотка 4 обесточена и электрически изолирована от первой обмотки 3.
После гашения колебаний в ИДЛ дополнительного накопителя 8 энергии токи через управляемые ключи 141÷14N равны нулю, а следовательно, обеспечиваются условия для бездугового одновременного перевода их из замкнутого положения в разомкнутое положение. Здесь необходимо отметить, что при использовании в качестве управляемых ключей 141÷14N управляемых разрядников, то после достижения токами через них нулевого значения автоматически начинается процесс восстановления их электрической прочности. По завершении гашения колебаний в ИДЛ дополнительного накопителя 8 энергии напряжение на конденсаторах 151÷15N ее секций 111÷11N (в результате упомянутой дополнительной дозарядки ИДЛ) будет по модулю больше первоначального напряжения - ULO=Io·ρ на дополнительном накопителе 8 энергии, обеспечивающего формирование через вакуумный контактор 7 импульса противотока с амплитудой, раной Io. Однако, поскольку (как отмечалось выше) по окончании первого импульса в генерируемой серии импульсов ток через вакуумный контактор 7 имеет величину, которая меньше Io, следовательно, для обеспечения формирования через вакуумный контактор 7 импульса противотока с амплитудой I1<IO (или, иными словами, для обеспечения через вакуумный контактор 7 паузы тока) необходимо с помощью блока 10 коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии произвести коррекцию (в сторону уменьшения) величины напряжения на его выводах. Для коррекции величины напряжения на выводах дополнительного накопителя 8 энергии замыкатель-размыкатель 27 блока 10 коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии (фиг.1) переводится из разомкнутого положения в замкнутое положение. В результате, к выводам 16 и 17 дополнительного накопителя 8 энергии (а следовательно, и к входу ИДЛ) подключается балластный резистор 26 и начинается разряд ИДЛ. При достижении напряжения на выводах 16 и 17 дополнительного накопителя 8 энергии (иными словами, на входе ИДЛ) напряжения, равного UL1=I1·ρ, замыкатель-размыкатель 27 переводится из замкнутого в разомкнутое положение. Коррекция величины напряжения на выводах 16 и 17 дополнительного накопителя 8 энергии осуществляется или после гашения колебаний в ИДЛ дополнительного накопителя 8 энергии, или во время процесса гашения колебаний в ИДЛ дополнительного накопителя 8 энергии, при этом последний случай представляется более предпочтительным, поскольку в ИДЛ, нагруженной на входе на балластный резистор 26, обеспечивается более эффективное гашения колебаний.
Перед формированием второго импульса в генерируемой серии импульсов замыкатель 5 находится в замкнутом положении, управляемые ключи 141÷14N, управляемые вакуумные разрядники 18, 19, 20, 21 и замыкатель-размыкатель 27 находятся в разомкнутом положении, а электроды вакуумного контактора 7 находятся в замкнутом положении. Кроме того, оставшаяся после генерации первого импульса часть энергии, ранее накопленной в магнитном поле индуктивного накопителя 2 энергии, связана с током Is=I1, протекающим по замкнутому контуру, который образован первой обмоткой 3 и находящимися в замкнутом положении замыкателем 5 и вакуумным контактором 7, ИДЛ заряжена до напряжения UL1, обеспечивающего при замыкании входа ИДЛ протекание тока, равного I1 в течение времени τп=2·ρ·N·C, а ко второй обмотке 4 индуктивного накопителя 2 энергии подключена омическая нагрузка 6, предназначенная для второго импульса в генерируемой серии импульсов.
Формирование второго импульса в генерируемой серии импульсов осуществляется аналогично описанному выше процессу формирования первого импульса, а именно, с помощью дополнительного накопителя 8 энергии осуществляется формирование паузы тока через вакуумный контактор 7 путем пропускания через него импульса противотока с амплитудой, равной I1 (иными словами, равной величине тока от индуктивного накопителя 2 энергии, протекающего через вакуумный контактор 7 в момент повторного размыкания его электродов), и длительностью τп=2·ρ·N·C, обеспечивающей, с одной стороны, возможность разведения электродов вакуумного контактора 7 на заданное расстояние, а, с другой стороны, надежное восстановление электрической прочности межэлектродного промежутка вакуумного контактора 7. При этом, поскольку полярность напряжения на выводах 16 и 17 дополнительного накопителя 8 энергии в этом случае отличается от полярности напряжения на тех же выводах при формировании первого импульса, то, в отличие от описанного выше процесса формирования первого импульса, с помощью соответствующих блоков поджига осуществляется одновременный перевод из разомкнутого положения в замкнутое положение не первого 18 и второго 19 управляемых вакуумных разрядников переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии, а его третьего 20 и четвертого 21 управляемых вакуумных разрядников. Во время паузы тока через вакуумный контактор 7 осуществляется разведение его электродов на заданное расстояние, а также надежное восстановление электрической прочности его межэлектродного промежутка. В момент времени, соответствующий окончанию заднего фронта упомянутой паузы тока через вакуумный контактор 7, осуществляется одновременный перевод управляемых ключей 141÷14N из разомкнутого положения в замкнутое положение, а также осуществляется с помощью блока 10 коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии коррекция (в сторону уменьшения) величины напряжения на его выводах, при этом (аналогично тому, как описано выше) коррекция величины напряжения на выводах 16 и 17 дополнительного накопителя 8 энергии осуществляется или после гашения колебаний в ИДЛ дополнительного накопителя 8 энергии, или во время процесса гашения колебаний в ИДЛ. После гашения колебаний в ИДЛ осуществляется одновременный перевод управляемых ключей 141÷14N из замкнутого положения в разомкнутое положение. В момент времени, соответствующий окончанию второго импульса, осуществляется перевод вакуумного контактора 7 из разомкнутого положения в замкнутое положение, а затем производится отключение от обесточенной второй обмотки 4 омической нагрузки 6, соответствующей второму импульсу, и подключение к ней омической нагрузки 6, соответствующей третьему импульсу в генерируемой серии импульсов.
Формирование третьего и последующих импульсов в генерируемой серии импульсов осуществляется аналогично тому, как описано выше, при этом поскольку полярность напряжения на выводах 16 и 17 дополнительного накопителя 8 энергии после каждого импульса меняется на обратное, то с помощью соответствующих блоков поджига одновременный перевод из разомкнутого положения в замкнутое положение первого 18 и второго 19 управляемых вакуумных разрядников переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии, а также третьего 20 и четвертого 21 управляемых вакуумных разрядников осуществляется в чередующейся последовательности. Так, в рассматриваемом выше примере осуществления изобретения при генерации нечетных импульсов в каждой серии импульсов осуществляется одновременный перевод из разомкнутого положения в замкнутое положение третьего 20 и четвертого 21 управляемых вакуумных разрядников переключателя 9 полярности дополнительного накопителя 8 энергии, а при генерации четных импульсов в каждой серии импульсов осуществляется одновременный перевод из разомкнутого положения в замкнутое положение первого 18 и второго 19 управляемых вакуумных разрядников. Кроме того, при формировании последнего импульса в каждой серии импульсов коррекция напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии не производится.
Если патентуемый генератор предназначен для работы в режиме генерации следующих одна за другой одинаковых серий импульсов и при этом используется один и тот же комплект сменяемых омических нагрузок 6, то для обеспечения упрощения управления его работой целесообразно, чтобы блок 10 коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии был выполнен (фиг.2) в виде M-1 (поскольку, как отмечалось выше, при формировании последнего импульса в каждой серии импульсов коррекция напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии не производится), где M равно количеству импульсов в каждой серии импульсов, генерируемых патентуемым генератором, цепочек, каждая из которых содержит последовательно соединенные между собой балластный резистор 26m и замыкатель-размыкатель 27m, где m=1, 2, …, M-1, при этом замыкатели-размыкатели 271÷27M-1 поочередно и в соответствии с очередностью соответствующего каждому из них импульсу в генерируемой серии импульсов переводятся из разомкнутого положения в замкнутое положение на один и тот же интервал времени. Иными словами, для обеспечения коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии на этапе формирования первого импульса в генерируемой серии импульсов замыкатель-размыкатель 271 переводится из разомкнутого положения в замкнутое положение на предварительно выбранный интервал времени, а для обеспечения коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии на этапе формирования второго импульса в генерируемой серии импульсов замыкатель-размыкатель 272 переводится из разомкнутого положения в замкнутое положение на упомянутый выше тот же предварительно выбранный интервал времени, и так далее до этапа формирования последнего импульса в генерируемой серии импульсов. Что касается величины сопротивления соответствующего каждому замыкателю-размыкателю 271÷27M-1 балластного резистора 261÷26M-1, то она подбирается исходя из обеспечения требуемой на этапе формирования соответствующего импульса в генерируемой серии импульсов коррекции величины напряжения зарядки дополнительного накопителя 8 энергии за время нахождения соответствующего каждому из них замыкателя-размыкателя 271÷27M-1 в замкнутом положении. В соответствии с вышесказанным сопротивление m-го балластного резистора 26m меньше сопротивления (m+1)-го балластного резистора 26m+1.
В рассматриваемом выше примере осуществления патентуемого изобретения обеспечивается генерация серий импульсов миллисекундного диапазона гиговаттной мощности с возможностью изменения как длительности каждого импульса в генерируемой серии импульсов, так и интервала времени между каждой парой следующих друг за другом импульсов, при этом импульсы напряжения на сменяемых омических нагрузках 6 в каждой серии генерируемых импульсов имеют постепенно убывающую амплитуду. В другом предпочтительном воплощении патентуемого изобретения (фиг.3), для обеспечения одинакового значения амплитуды импульса напряжения на каждой сменяемой или переключаемой омической нагрузке 6, вторая обмотка 4 индуктивного накопителя 2 энергии выполнена с K-1 отводами (где K равно количеству импульсов в генерируемой серии импульсов), которые совместно с выводом от начала и выводом от конца второй обмотки 4 образуют K+1 выводов второй обмотки 4, а именно: 301, 302, …, 30k, 30k+1, …, 30K+1, где k=1, 2, …, K) и которые предназначены для подключения одного вывода каждой сменяемой омической нагрузки 6k к первому выводу 301 второй обмотки 4, который соответствует ее началу, а другого вывода сменяемой или переключаемой омической нагрузки 6k, соответствующей k-му импульсу в генерируемой конечной последовательности импульсов, к k+1 выводу - 30k+1 второй обмотки 4. Таким образом, подключение каждой очередной сменяемой омической нагрузки 6k к большему количеству витков второй обмотки 4 (по сравнению с предыдущей омической нагрузкой 6k-1) обеспечивает увеличение амплитуды импульса напряжения на ней до величины, соответствующей амплитуде первого импульса напряжения в генерируемой серии импульсов.
Промышленная применимость изобретения подтверждается также возможностью использования известных из уровня техники электрических компонент для его осуществления.
Изобретение относится к мощной импульсной энергетике, к устройствам для генерации мощных импульсов тока и может использоваться в источниках микроволнового излучения, лазерах, генераторах нейтронов. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности управления длительностью каждого импульса в формируемой конечной последовательности импульсов тока и управления длительностью интервала времени между каждой парой следующих друг за другом импульсов в серии. Генератор импульсов на индуктивном накопителе энергии с трансформаторной связью содержит омическую нагрузку, источник питания, замыкатель, двухобмоточный индуктивный накопитель энергии, вакуумный контактор, дополнительный накопитель энергии, переключатель полярности дополнительного накопителя энергии, блок коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии, который выполнен в виде искусственной длинной линии (ИДЛ) из N, где N≥10, последовательно включенных идентичных Г-образных LC-звеньев, а омическая нагрузка подключена ко второй обмотке двухобмоточного индуктивного накопителя энергии с обеспечением возможности замены ее по окончанию каждого импульса в генерируемой серии импульсов. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
1. Генератор импульсов на индуктивном накопителе энергии с трансформаторной связью, содержащий источник питания, двухобмоточный индуктивный накопитель энергии, выполненный с трансформаторной связью между первой и второй обмотками, замыкатель, омическую нагрузку, вакуумный контактор и дополнительный накопитель энергии, отличающийся тем, что он дополнительно содержит переключатель полярности дополнительного накопителя энергии и блок коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии, который выполнен в виде искусственной длинной линии (ИДЛ) из N, где N≥10, последовательно включенных идентичных Г-образных LC-звеньев, при этом параллельно индуктивности каждого звена ИДЛ подключена цепочка из последовательно соединенных резистора и управляемого ключа, причем упомянутые управляемые ключи образуют группу из синхронно срабатывающих управляемых ключей, вывод индуктивности первого звена, который не соединен с конденсатором этого же звена, является первым выводом дополнительного накопителя энергии, а соединенные между собой выводы конденсаторов всех звеньев ИДЛ являются вторым выводом дополнительного накопителя энергии, первый вывод источника питания соединен с первым выводом замыкателя и первым выводом первой обмотки индуктивного накопителя энергии, при этом второй вывод первой обмотки индуктивного накопителя энергии соединен с первым выводом вакуумного контактора и первым выводом переключателя полярности дополнительного накопителя энергии, а второй вывод источника питания соединен со вторым выводом замыкателя, вторым выводом вакуумного контактора и вторым выводом переключателя полярности дополнительного накопителя энергии, третий вывод переключателя полярности дополнительного накопителя энергии соединен с первым выводом блока коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии и первым выводом дополнительного накопителя энергии, четвертый вывод переключателя полярности дополнительного накопителя энергии соединен со вторым выводом блока коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии и вторым выводом дополнительного накопителя энергии, а омическая нагрузка подключена ко второй обмотке индуктивного накопителя энергии с обеспечением возможности замены ее по окончанию каждого импульса в генерируемой серии импульсов.
2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что переключатель полярности дополнительного накопителя энергии включает четыре одинаковых управляемых вакуумных разрядника, при этом соединенные между собой первые выводы первого и третьего управляемых вакуумных разрядников являются первым выводом переключателя полярности дополнительного накопителя энергии, соединенные между собой первые выводы второго и четвертого управляемых вакуумных разрядников являются его вторым выводом, а соединенные между собой вторые выводы первого и четвертого управляемых вакуумных разрядников и соединенные между собой вторые выводы второго и третьего управляемых вакуумных разрядников являются соответственно третьим и четвертым выводами переключателя полярности дополнительного накопителя энергии.
3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что блок коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии выполнен в виде одной цепочки из последовательно соединенных между собой балластного резистора и замыкателя-размыкателя, при этом первым и вторым выводами блока коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии являются соответственно первый и второй концы упомянутой цепочки.
4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что блок коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии выполнен в виде M-1, где M равно количеству импульсов в генерируемой серии импульсов, цепочек, каждая из последовательно соединенных между собой балластного резистора и замыкателя-размыкателя, при этом соединенные между собой одни выводы упомянутых цепочек и соединенные между собой другие выводы упомянутых цепочек являются соответственно первым и вторым выводами блока коррекции напряжения зарядки дополнительного накопителя энергии, а сопротивление m-го балластного резистора меньше сопротивления (m+1)-го балластного резистора, где m=1, 2, …, M-1.
5. Генератор по п.1, отличающийся тем, что вторая обмотка индуктивного накопителя энергии выполнена с K-1 отводами, которые совместно с выводами от начала и конца второй обмотки образуют K+1 выводов второй обмотки и которые предназначены для подключения одного вывода каждой сменяемой омической нагрузки к первому выводу второй обмотки, который соответствует ее началу, а другого вывода сменяемой омической нагрузки, соответствующей k-му импульсу в генерируемой конечной последовательности импульсов, к k+1 выводу второй обмотки, где k=1, 2, …, K, а K равно количеству импульсов в генерируемой серии импульсов.
