Способ передачи электромагнитной энергии Советский патент 1983 года по МПК H01F21/12 H03K3/53 

Изобретение относится к электротехнике и импульсной энергетике и ;может быть использовано в источниках Гпитания систем генерации сильных маг нитных полей. Известен способ передачи электромагнитной энергии накопительной катушки в нагрузочную катушку, заключающийся в последовательном подключении отвода одной катушки к ряду от водов другой катушки в.порядке их . убывания 1. , Недостатком известного способа яв ляется сложность реализации устройства накопления и передачи энергии с необходимыми параметрами ((108дж, 1(). Наиболее близким к предлагаемому является способ передачи электромагнитной энергии из накопительной катушки, состоящей из отдельных секций, в нагрузочную катушку, согласно которому сначала производят шунтирование накоротко секций накопительной катушки, после чего осуществляют коМ мутацию секций на нагрузку путем их параллельного подключения к нагрузоч ной катушке 2 . Недостатками этого способа являют ля низкий КПД передачи энергии (тео ретически не более 0,25) и значительная энергия, рассеиваемая в коммутаторах реализующего устройства .{половина первоначального запаса при максимальном КПД). Цель изобретения - увеличение КПД передачи энергии и уменьшение эйергии, рассеиваемой в -коммутаторах. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу передачи электромагнитной энергии из накопительной катушки, состоящей из нескольких секций, в нагрузочную картушку, npjl котором сначала производят шунтирование накоротко секций накопительной катушки, пооле чего осуществляют коммутацию секций на нагрузку путем их параллельного подключения к нагрузочной катщаке, параллельное пoдключe ние указанных секций осуществляют последовательно во времени, причем .перед подключением к нагрузочной катушке каждой, кроме первой, секции производят прерывание тока в цепи, шунтирующей предыдущую по порядку подключения секцию. Кроме того в момент снижения тока до нуля производят отключение первых по порядку секций накопительной катушки. На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для осуществления способа; на фиг.2 - эквивале ная схема устройства в процессе передачи энергии; на фиг.З - зависимость КПД передачи энергии от согласования индуктивностей накопителя и нагру-зки по предлагаемому способу и способу-прототипу. Способ передачи электромагнитной энергии осуществляют следующим обра зом . Сначала шунтир5пот накоротко секции накопительной катушки, предварительно заряженные током от генератора Г, при помои,и замыкателей 3 -3Jl|, после чего при помощи за мыкателей и выключателей производят поочередное параллельное подключение указанных секций к нагрузочной катушке U , при этом пере подключением секции нагрузке L залвлкателем 3 р производят прерывание тока выключателем Ву,,шунтирующим предыдущую по порядку подключения секцию L, При изменении направления тока в первых по порядку подключения секциях L в момент перехода тока через ноль производят отключение этих секций, причем число отключаемых секций К определяют из условия , где N число секций накопительной катушки; индуктивность одной секци накопительной катушки.; индуктивность нагрузочной катушки, В процессе передачи энергии пере подключением секции L параллельно нагрузке все выключатели , полностью прерывают тр.к и .в нагрузке LU протекает ток Du , замыкающийся через индуктивность 1/п-1, эквивалентную.- индуктивности секций L; - 1-п--11 уже подключенных к нагруз ке (здесь полагаем, что Ц -7 . . . Ц( L ) . При срабатывании за мыкателя 3 и прерывании тока выключателем В. ток в секции L убы вает до величины определяемой законом сохранения магнитного потока/ Ц„и/и-1 V )Подбором индуктивностей L и Ц можно добиться, чтобы И1;1г УКТИВНОСГЬ l llitl эффективной нагрузки-UH- L/H-Iла оптимальной для всего ступенчатого процесра передачи энергий. Так , как всегда ,,н то умень-. шениё эффективной нагрузки снижает энергию, рассеянную в выключателе в . Одновременно с этим при убывании тока в L ток на такую же величину .Зр-Э убывает в каждой из параллельно подключенных индуктивностей . При этом энергия, соответствующая убыли тока |этих индуктивностей передается без рассеяния в нагрузку. Наличие такого бездиссипативного механизма передачи энергии резко увеличивает КПД способа. При достаточном секционировании накопительной катушки () применение способа позволяет получить КПД передачи энергии . . g() гдеД:-р-Ы- - параметр согласования наU/N грузочной и накопительной катушек. Максимальное значение 1 , 647 достигается при Д - 3,95. Из приведенного графика следует, что предлагаемый способ дает возможность более чем в два раза увеличить КПД передачи энергии 1,(кривая 1) по сравнению со способом-прототипом (кривая 2) в широком диапазоне согласования (1 i А 16). Суммарную энергию, рассеиваемую выключателями , определяют из выражения (. где (Jp - первоначально запасенная энергия в накопительной катушке. Рассеянная энергия может быть сведена к сколь угодно малой величине при достаточном секционировании накопителя. После окончания процесса переключения токов (t tjf) они распределены неоднсзродно по секциям накопительной катушки (-епМ). В частности в секциях с номером К, удовлетворяющим ycJJOBию N(-I+W) е токи.принимают отрицательные значения, переходя через ноль в процессе передачи энергии. Неоднородное распре деление токов по секциям соответств Г ет существованию замкнутых токов в накопительной катушке, энергия которых не может быть передана в нагрузку. Она может быть уменьшена отключением Секций накопительной катушки в момент перехода тока через ноль Отключение -может производиться, например, диодами, включенными вместо замыкателей . В этом случае КПД передачи энергии может быть увеличен qo сравнению с приведенным значением. Предлагаемый способ передачи элек ромагнитной энергии позволяет более чем вдвое сократить габариты и энергоемкость систем для генерации импул сных магнитных полей, например, в термоядерных исследованиях. Формула изобретения 1. способ передачи электромагнитной энергии из накопительной кату ки, состоящей из отдельных секций, в нагрузочную катушку, согласно которому сначала производят шунтирова-. ние накоротко секций накопительной к тушки, после чего осуществляют комму тацию секций на нагрузку путем их параллельного подключения к нагрузочной. катушке, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД передачи энергии и уменьшения энергии, рассеиваемой в коммутаторах, параллельное подключение указанных секций осуществляют последовательно во времени, причем перед подключением к нагрузочной катушке каждой, кроме первой, секции производят прерывание тока в цепи, шунтирующей предыдущу.ю по порядку подключения секцию. 2. Способ по П.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что в момент снижения тока до нуля в первых по порядку подключения секциях накопительной катушки производят их отключение от .нагрузочной катушки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 625643, кл. Н 01F 21/12, 1978. 2.Азизов Э.А., Кочуров И.В. Исследование процессов и эффективности вывода энергии,из секционированного индуктивного накопителя с умножением тока в катушку с лайнером. Препринт ИАЭ-2739. М., 1976.

Лг

.-v

d

Лг

j

iff УЛ

г., i tr

f

as t(i tit

j

P

г б s fff fi / л

0fff.J