Устройство для передачи магнитной энергии Советский патент 1983 года по МПК H03K3/53 H01F21/12 

Изобретение относится к электротехнике и импульсной энергетике и может быть использовано для получения сильных и сверхсильных магнит ных полей в физических исследованиях и системах питания термоядерных установок, Известен индуктивный накопитель энергии, предназначенный для генерирования импульсного тока в нагруз ке, в котором предусмотрены по край ней мере две накопительные индуктив ности, а также механические коммута торы тока, так что накопительные ин дуктивности в режиме зарядки соединены последовательно, а в режиме разряда соединены параллельно ij . Недостатком этой конструкции является то, что при передаче энергии в индуктивную нагрузку, КПД передач энергии теоретически не может превы шать 0,25, а система синхро«ных при водов коммутаторов технически сложн Известна также конструкция устро ства для передачи магнитной энергии содержащая источник тока, нагрузочную и секционированную накопительну «катушки, замыкатели, пусковой блок, взрывной привод и размыкатели, состоящие из разрушаемого токопроводг и шунтирующей проволочки, причем секции накопительной катушки и исто ник тока соединены последовательно через размыкатели, один из которых выполнен со взрьюным приводом, соединенным с пусковым блоком, а нагру зочная катушка присоединена параллельно секциям накопительной катушки через замыкатели 2J . Данная конструкция по своей технической сути и достигаемому резуль тату явлйется наиболее близкой к оп сываемому изобретению. Недостатком этой конструкции является указанное ранее ограничение на КПД передачи энергии и сложность системы приводов коммутаторов, каждый из которых снабжен автономным источником энергии, например в виде заряда взрывчатого вещества. Целью изобретения является повышение КПД передачи энергии и упрощение устройства. I . . Для достижения поставленной цели в устройстве для передачи магнитной энергии, содержащем источник тока, нагрузочную и секционированную накопительную катушки, замыкатели, пусковой блок, взрывной привод и размыкатели, состоящие из разрушаемого токопровода и шунтирующей проволочки, причем секции накопительной катушки и источник тока соединены последовательно через размыкатели, един из которых выполнен со взрывныи приводом, соединенным с пусковым бло ком, а нагрузочная катушка присоединена параллельно секциям накопительной катушки через замыкатели, шунтирующие проволочки размыкателей секции накопительной катушки, кроме одной, присоединены параллельно токопроводу размыкателя соседней секции, а замыкатели выполнены в виде неуправляемых разрядников. На чертеже показана функциональная схема устройства. Устройство состоит из источника 1 тока (например, электромашинный агрегат), нагрузочной: катушки 2, накопительной секционированной катушки 3, разрядников 4 и 5, пускового блока б, состоящего, например, из конденсатора с последовательно включенным управляемым разрядником, размыкателей, содержащих разрушаемый токопровод 7 и шунтируюцую проволочку 8, секции накопительной катушки 3 и источник 1 тока соединены последовательно через размыкатели, один из которых имеет взрывной привод 9, соединенный с пусковые блоком 6, а нагрузочная катушка 2 присоединена параллельно секциям накопительной катушки через разрядники 4 и 5, причем шунтирующие проволочки 8 размыкателей секции накопительной катушки, кроме одной, присоединены параллельно токопроводу размыкателя соседней секции. Устройство работает следукщим образом. Источник 1 тока вырабатывает медленно нарастающий импульс тока в последовательно соединенных секциях накопительной катушки. При достижении заданной амплитуды тока J датчик тока генератора подает импульс на управляющий электрод разрядника пускового блока б, и разряд конденсатора пускового блока через проволочку 8 приводит к ее испарению. Теплота испарения проволочки преобразуется в энергию волны давления, распространяющуюся в окружающей проволочку среде (жидкий диэлектрик, например). При достижении волной Давления разрушаемого токопровода 7 размыкателя секции 3 он разрывается и переключает ток о в шунтирующий проводник 8. Последний нагревается протекающим током, увеличивает сопротивление Rg , что приводит к генерации напряжения на выводах секции 3 и соответственно на разрядниках 4 и 5. При испарении проволочки 8 сопротивление Rg быстро увеличивается, разрядники 4 и 5 пробиваются и подключают секцию к нагрузочной катушке 2, через которую замыкается ток секции. Одновременно через разрядник 5 закорачиваются остальные последовательно соединенные секции. Волна давления, распространяющаяся

от испарившейся проволочки 8, приходит к токопроводу 7 соответствующего размыкателя, вызывает его разрушение, переключение тока в следующий шунтирукщий проводник, его испарение, пробой соответствующих разрядников, подключение следующей секции к нагрузке и т.д.

Для срабатывания коммутаторов тока расходуется часть энергии накопительных катушек, которая в известных устройствах рассеивалась бесполезно.

Время испарения проволочки 8 под давлением протекающего тока всегда меньше длительности ее нагревания током от начальной температуры до точки кипения, поэтому длительность каждого из К переходных процессов переключения в нагрузку тока отдельной секции (N - число секций) меньше интервала между последовательными переключениями тока. Процесс передачи энергии имеет ступенчатый характер и можно показать, что такой процесс энергетически выгоден. При подключении первой по порядку секции накопительной катушки к нагрузочной катушке в проводнике, шунтирующем токопровод размыкателя рассеивается энергия

L-L, 3

W,

2

где L - индуктивность секции накопительной катушки; LH- индуктивность нагрузочной

катушки.

При подключении следующих по порядку секций энергия , рассеиваемая в выключателях меньше, 4eMW, , за счет дополнительного шунтирования нагрузочной катушки уже подключенными секциями. Поэтому полные потери энергии при коммутации токов равны

W-r ,N

п.4 2

При сравнимых индуктивностях нагрузки и перекоммутированного накопителя (Ьц- L/W) потери W малы по CI Bнению с ыачальнь запасом энергии NL3o

но в реальных устройствах cVVo она достаточна для приведения в действиебыстрых коммутаторов тока, требующих для срабатывания энергии и позволяет освобождаться от автономных источников энергии привода.

Расче.т показывает, что приК и оптимальном согласовании индуктивностей устройства LI, 3 ,92L/N КПД передачи равен 0,647. является хорошим приближением для достижения указанного значения.

Увеличение эффективности передачи энергии реализуется за счет того, что поочередное подключение каждой

r секции накопительной катушки параллельно нагрузочной катушке вызывает уменьшение тока в ранее подключенных секциях, и энергия, соответствующая убыли этих токов, передается в нагрузку без рассеяния, в то время как энергия, рассеиваемая в коммутаторах, при достаточном секционировании накопительной катушки пренебрежимо мала.

Списываемое устройство для пере5 дачи энергии из накопительной KaTjmiки в нагрузочную катушку позволяет при заданной передаваемой магнитной энергии более чем вдвое уменьшить энергоемкость источника зарядного

0 тока, накопительной катушки и их габариты и упростить устройство, исключив автономные источники энергии для привода коммутаторов тока, кроме первого, задающего момент начгша

5 передачи энергии.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ МАГНИТНОЙ ЭНЕРГИИ, содержащее источник тока, нагрузочную и секционированную накопительную катушки, замыкатели, пусковой блок, взрывной привод и размыкатели, состоящие из разрушаемого токопровода и шунтирующей проволочки, причем секции накопительной катушки и нсточник тока соединены последовательно через разуолкатели, один из которых выполнен со взрывным приводом, соЕЩИненньм с пусковьм блоком, а нагрузочная катушка присоединена параллельно секциям накопительной катушки через замыкатели, отличающеес я тем, что, с целью увеличения КПД передачи энергии и упрощения устройства, шунтирующие проволочки размыкателей секций накопительной катуш- , ки, кроме одной, присоединены парал- 5 лельно токопроводу размыкателя сосед (/) ней секции, а зг1мыкатели выполнены в виде неуправляемых разрядников.