ИНДУКТИВНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2024 года по МПК H03K17/08 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров, электрогидравлических устройств.

Известен индуктивно-импульсный генератор [RU 2769814 С1, МПК Н03К 17/08 (2006.01), опубл. 06.04.2022], содержащий первую катушку индуктивности, подключенную через коммутатор к источнику постоянного тока, вторую катушку индуктивности, которая имеет от 1,1 до 10 раз меньшую индуктивность, чем первая катушка индуктивности, конденсатор, включенный параллельно коммутатору, нагрузку, первый и второй вентиль. Входной зажим первой катушки индуктивности образует первую общую точку со вторым выводом конденсатора и выходным зажимом коммутатора. К первой общей точке подключен катод первого вентиля. Выходной зажим первой катушки индуктивности образует вторую общую точку с входными зажимами второй катушки индуктивности и нагрузки. Выходной зажим нагрузки соединен в третью общую точку с анодами первого и второго вентилей, а катод второго вентиля образует четвертую общую точку с выходным зажимом второй катушки индуктивности с минусовым зажимом источника постоянного тока.

До размыкания коммутатора обе катушки индуктивности включены последовательно к источнику постоянного тока, а нагрузка через второй вентиль включена параллельно второй катушке индуктивности. В соответствии с первым законом Кирхгофа величина тока, протекающего по первой катушке индуктивности и величина тока, протекающего через источник постоянного тока до размыкания коммутатора больше, чем величина тока во второй катушке индуктивности, что приводит к дополнительным потерям энергии в первой катушке индуктивности и внутри источника постоянного тока. До размыкания коммутатора через сопротивление нагрузки протекает постоянный ток, величина которого может быть значительной при малой величине сопротивления нагрузки, что приводит к дополнительным потерям энергии в нагрузке. Кроме того, из-за разности токов в первой и во второй катушек индуктивности уменьшается импульс тока в нагрузке после размыкания коммутатора.

Техническим результатом предлагаемого изобретение является создание индуктивно-импульсного генератора, позволяющего уменьшить потери энергии в первой катушке индуктивности и внутри источника постоянного тока, уменьшить до нуля потери энергии в нагрузке до размыкания коммутатора, а также увеличить амплитуду импульса тока в нагрузке после размыкания коммутатора.

Индуктивно-импульсный генератор, так же как в прототипе, содержит первую катушку индуктивности, подключенную через коммутатор к источнику постоянного тока, вторую катушку индуктивности, которая имеет от 1,1 до 10 раз меньшую индуктивность, чем первая катушка индуктивности, конденсатор, включенный параллельно коммутатору, нагрузку, первый и второй вентиль, причем входной зажим первой катушки индуктивности образует первую общую точку со вторым выводом конденсатора и выходным зажимом коммутатора. К первой общей точке подключен катод первого вентиля. Выходной зажим первой катушки индуктивности образует вторую общую точку с входными зажимами второй катушки индуктивности и нагрузки. Выходной зажим нагрузки соединен в третью общую точку с анодами первого и второго вентилей.

Согласно изобретению, катод второго вентиля образует четвертую общую точку с входными зажимами второго конденсатора и балластного сопротивления. Выходные зажимы второго конденсатора и балластного сопротивления образуют пятую общую точку с выходным зажимом второй катушки индуктивности и с минусовым зажимом источника постоянного тока, а величина балластного сопротивления в 100-1000 раз больше величины сопротивления нагрузки.

Изобретение имеет следующее преимущество перед устройством прототипа: благодаря предложенной схеме индуктивно-импульсного генератора при любых величинах сопротивления нагрузки до размыкания коммутатора токи в катушках индуктивностей будут одинаковыми, а ток в нагрузке будет равен нулю. Следовательно, до размыкания коммутатора уменьшается величина тока, протекающего через первую катушку индуктивности и через источник постоянного тока, уменьшаются потери энергии в первой катушке индуктивности и внутри источника постоянного тока, а потери энергии в нагрузке будут равны нулю. Поскольку до размыкания коммутатора токи в первой и второй катушках индуктивностей одинаковы, то при размыкании коммутатора увеличивается амплитуда импульса тока в нагрузке.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предложенного индуктивно-импульсного генератора.

На фиг. 2 показана диаграмма тока в первой катушке индуктивности.

На фиг. 3 показана диаграмма тока во второй катушке индуктивности.

На фиг. 4 показан импульс тока в нагрузке.

Индуктивно-импульсный генератор содержит источник постоянного тока 1 (фиг. 1), плюсовой зажим которого подключен к входному зажиму коммутатора 2 и к первому выводу конденсатора 3. Выходной зажим коммутатора 2 соединен в первую общую точку со вторым выводом конденсатора 3, входным зажимом первой катушки индуктивности 4 и с катодом первого вентиля 5. Выходной зажим первой катушки индуктивности 4 соединен во вторую общую точку с входными зажимами второй катушки индуктивности 6 и нагрузки 7. Вторая катушка индуктивности 6 имеет от 1,1 до 10 раз меньшую индуктивность, чем первая катушка индуктивности 4. Выходной зажим нагрузки 7 соединен в третью общую точку с анодами первого вентиля 5 и второго вентиля 8, а катод второго вентиля 8 образует четвертую общую точку с входными зажимами второго конденсатора 9 и балластного сопротивления 10. Выходные зажимы второго конденсатора 9 и балластного сопротивления 10 образуют пятую общую точку с выходным зажимом второй катушки индуктивности 6 и с минусовым зажимом источника постоянного тока 1. Величина балластного сопротивления 10 в 100-1000 раз больше величины сопротивления нагрузки.

Устройство работает следующим образом. Источник постоянного тока 1 при замыкании коммутатора 2 в нулевой момент времени создает в первой катушке индуктивности 4 ток 11 I_L4(0_-) (фиг. 2), а во второй катушке индуктивности 6 ток 12 I_L6(0_-) (фиг. 3). Постоянный ток, который должен протекать через нагрузку 7, второй вентиль 8 и второй конденсатор 9 будет равен нулю, потому что второй конденсатор 9 имеет бесконечно большое внутреннее сопротивление для постоянного тока, а величина балластного сопротивления 10 в 100-1000 раз больше величины сопротивления нагрузки 7, поэтому ток, протекающий в первой 4 и во второй 6 катушках индуктивностей будет одинаковым I_L4(0_-) = I_L6(0_-). В момент времени t₀ коммутатор 2 размыкается и в соответствии с обобщенным законом коммутации суммарное потокосцепление первой катушки индуктивности 4 и второй катушки индуктивности 6 в момент времени t₀ не может измениться скачком, следовательно, в первой катушке индуктивности 4, имеющей большую индуктивность, чем вторая катушка индуктивности 6, возникает скачок тока 13, равный (I_L4(0₊) - I_L4(0_-)). Ток I_L4 не изменяет своего направления (фиг. 2) и будет замыкаться через нагрузку 7 и первый вентиль 5. Во второй катушке индуктивности 6 ток меняет свое направление на противоположное и возникает скачок тока 14 равный (I_L6(0₊) - (- I_Lк(0_-)) (фиг. 3), при этом ток I_L6 будет замыкаться через нагрузку 7, второй вентиль 8 и второй конденсатор 9, сопротивление которого в момент времени t₀ станет равным нулю в соответствии с законами коммутации. Таким образом, в нагрузке 7 формируется импульс тока 15 (фиг. 4), равный сумме токов I_L4 + I_L6. При протекании импульса тока 14 второй конденсатор 9 заряжается, а после окончания переходного процесса разряжается через балластное сопротивление 10. Возникающее перенапряжение на коммутаторе 2 при его размыкании уменьшается при помощи конденсатора 3.

С помощью программы Multisim были проведены исследования индуктивно-импульсного генератора со следующими параметрами: напряжение источника постоянного тока 1 - 100 В, его внутреннее сопротивление - 1 Ом, индуктивность первой катушки индуктивности 4 - 100 мГн, её активное сопротивление - 10 Ом, индуктивность второй катушки индуктивности 6 - 10 мГн, её активное сопротивление - 1 Ом, сопротивление активной нагрузки 7 - 1 Ом, коэффициент индуктивной связи катушек К_св = 0,6, ёмкость первого конденсатора 3 - 1 мкФ, ёмкость второго конденсатора 9 - 10 мкФ. Исследования были проведены для двух значений балластного сопротивления 10: а) балластное сопротивление 10 составляет 100 Ом; б) балластное сопротивление 10 составляет 1000 Ом.

а) величина тока до размыкания коммутатора 2, протекающего через источник постоянного тока 1 и последовательно включенные катушки индуктивности 4 и 6 - 8,34 А, величина тока, протекающего через нагрузку 7, второй вентиль 8 и балластное сопротивление 10 равна 74,2 мА, мощность потерь энергии внутри первой катушки индуктивности 4 - 695,5 Вт, мощность потерь энергии внутри источника постоянного тока 1 - 69,55 Вт, мощность потерь энергии в нагрузке 7 - 0,0055 Вт, мощность потерь в балластном сопротивлении 10 - 0,55 Вт. После размыкании коммутатора 2 амплитуда импульса тока в нагрузке 7 составила 18 А при длительности импульса 33 мс.

б) величина тока до размыкания коммутатора 2, протекающего через источник постоянного тока 1 и последовательно включенные катушки индуктивности 4 и 6 - 8,33 А, величина тока, протекающего через нагрузку 7 и второй вентиль 8 и балластное сопротивление 10 равна 7,61 мА, мощность потерь энергии внутри первой катушки индуктивности 4 - 693,8 Вт, мощность потерь энергии внутри источника постоянного тока 1- 69,38 Вт, мощность потерь энергии в нагрузке 7 - 0,000058 Вт, мощность потерь в балластном сопротивлении 10 - 0,058 Вт. После размыкании коммутатора 2 амплитуда импульса тока в нагрузке 7 составила 18 А при длительности импульса 33 мс.

В устройстве прототипа при тех же параметрах схемы величина тока, протекающего через источник постоянного тока 1 до размыкания коммутатора 2 составила 8,64 А, величина тока, протекающего через нагрузку 7 и второй вентиль 8 - 3,7 А, мощность потерь энергии внутри первой катушки индуктивности 4 - 746,5 Вт, мощность потерь энергии внутри источника постоянного тока 1 - 74,65 Вт, мощность потерь энергии в нагрузке 7 - 13,69 Вт. После размыкания коммутатора 2 амплитуда импульса тока в нагрузке 7 составила 14 А при длительности импульса 35 мс.

Таким образом, заявленное устройство позволяет уменьшить потери энергии в первой катушке индуктивности 4, внутри источника постоянного тока 1 и в нагрузке 7 до размыкания коммутатора 2, а также увеличить амплитуду импульса тока в нагрузке 7 после размыкания коммутатора 2.

Изобретение относится к импульсной технике. Технический результат: уменьшение потери энергии в первой катушке индуктивности, внутри источника постоянного тока, а также в нагрузке, и увеличение амплитуды импульса тока в нагрузке. Для этого предложен генератор, содержащий первую катушку индуктивности, подключенную через коммутатор к источнику постоянного тока, вторую катушку индуктивности, конденсатор, включенный параллельно коммутатору, нагрузку, первый и второй вентиль. Входной зажим первой катушки индуктивности образует первую общую точку со вторым выводом конденсатора и выходным зажимом коммутатора. К первой общей точке подключен катод первого вентиля. Выходной зажим первой катушки индуктивности образует вторую общую точку с входными зажимами второй катушки индуктивности и нагрузки. Выходной зажим нагрузки соединен в третью общую точку с анодами первого и второго вентилей. Катод второго вентиля образует четвертую общую точку с входными зажимами второго конденсатора и балластного сопротивления. Выходные зажимы второго конденсатора и балластного сопротивления образуют пятую общую точку с выходным зажимом второй катушки индуктивности и с минусовым зажимом источника постоянного тока. 4 ил.

Индуктивно-импульсный генератор, содержащий первую катушку индуктивности, подключенную через коммутатор к источнику постоянного тока, вторую катушку индуктивности, которая имеет от 1,1 до 10 раз меньшую индуктивность, чем первая катушка индуктивности, конденсатор, включенный параллельно коммутатору, нагрузку, первый и второй вентиль, причем входной зажим первой катушки индуктивности образует первую общую точку со вторым выводом конденсатора и выходным зажимом коммутатора, к первой общей точке подключен катод первого вентиля, выходной зажим первой катушки индуктивности образует вторую общую точку с входными зажимами второй катушки индуктивности и нагрузки, выходной зажим нагрузки соединен в третью общую точку с анодами первого и второго вентилей, отличающийся тем, что катод второго вентиля образует четвертую общую точку с входными зажимами второго конденсатора и балластного сопротивления, выходные зажимы второго конденсатора и балластного сопротивления образуют пятую общую точку с выходным зажимом второй катушки индуктивности и с минусовым зажимом источника постоянного тока, при этом величина балластного сопротивления в 100-1000 раз больше величины сопротивления нагрузки.