Коммутатор Советский патент 1986 года по МПК H03K17/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке коммутаторов электрических цепей, преимущественно в схемах импульсных генераторов тока и напряжения.

Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение конструкции. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема коммутатора; на фиг. 2 и 3 - то же, варианты исполнения с кабелем, намотанным на каркас, и с ферромагнитным сердечником.

Устройство содержит п коммутирующих вентилей 1.1-l.n например тиратронов с холодным катодом, и п коаксиальных кабелей 2.1-2.. Центральные проводники кабелей на первом конде соединены между собой и подключены к положительной шине 3 общей нагрузки, отрицательная шина 4 которой подключена к объединенным внешним проводникам первых концов кабелей. Внешний проводник второго конца каждого i-ro коаксиального кабеля соединен с катодом (i-1)-ro, а центральный про проводник второго конца каждого i-ro кабеля - с катодом i-ro коммутирующего вентиля.

Каждый коаксиальный кабель (фиг.2) свернут в коаксиальный дроссель 5.1- 5.П, например намотан на цихсиндричес- кий каркас. На фиг. 3 каждый коаксиальный кабель намотан на отдельный ферромагнитный сердечник 6.1-б.п и образует коаксиальный дроссель 5 .1 -5 . п

Принцип действия коммутатора и положительный эффект основываются на том, что индуктивность коаксиального кабеля по крайней мере в 2-3 раза меньше, чем у соответствующей двухг- проводной линии, и,, кроме того, электромагнитное поле рассеяния (внешнее электромагнитное поле) коаксиального кабелр практически равно нулю при равенстве токов в центральном и внешнем проводнике, протекающих встречно.

Каждая катушка индуктивности анодного делителя тока в известном коммутаторе, включенная последовательно с одним из коммутирующих вентилей, имеет не только индуктивную связь с катушкой, включенной последовательно с другим коммутирующим вентилем, но и кроме того, непосредственную гальваническую связь со второй катушкой.

включенной последовательно первой. Поэтому при изготовлении анодного делителя тока по известной схеме с применением коаксиальн гх дросселей воз- никают конструктивн 1е трудности, занные со стыковкой отрезков коакси-, альных кабелей. В предлагаемом коммутаторе используются индуктивности проводников коаксиального кабеля.

подключенных как к аноду, так и к ка

5

0

тоду коммутирующего ве:нтиля. Это позволяет использовать неразрывные коаксиальные кабели, котор ые, в случае необходимости могут быть свернуты в коаксиальные дроссели, что приводит к упрощению конструкции коммутатора. Цоэтому в предлагаемом коммутаторе для достижения поставленной цели существенным является как использование коаксиальных .кабелей, так и схема их подключения.

Коммутатор работает следующим об- (разом.

При наличии на шинах 3 и 4 коммутируемого напряжения с указанной на . схеме полярностью, после подачи на сетки коммутирующих вентилей 1,1- 1 .п. по 1дигающих импульсов, происходит включение указанных вентилей. При одновременном включении и равенстве внутренних сопротивлений по внешним и центральным проводникам коаксиальных кабелей 2.1-2.П протекают встречные и равные токи. Внешнее электро- .5 магнитное поле кабелей равно нулю, и индуктивность цепей, подключенных к коммутирующим вентилям, равна индук- тивности коаксиального кабеля, которая в 2-3 раза меньше индуктивности 0 двухпроводной линии, образованной проводниками разных кабелей, подключенных к одному коммутирующему вентилю. Таким образом, при согласовании включении коммутирующих вентилей 1.1- 1.п благодаря равенству нулю индуктивности рассеяния коаксиальных кабелей достигается повьш1ение быстродействия коммутатора и малые искажения формы импульса.

50 При неодновременном включении ком- мутируюшз-1х вентилей скорость нарастания тока в первом включившемся вентиле ограничивается относительно высокой индуктивностью двухпроводной ли- $5 НИИ, образованной проводниками разных кабелей. Благодаря наличию падения напряжения на этой индуктивности включившийся первым вентиль не шунтирует остальные. Кроме того, ЭДСвзаимоиндукции, наводимая в проводниках кабелей, подключенных к запаздывающим вентилям, ускоряет их включение. Эти процессы позволяют синхронизировать включение всех вентилей и способствуют выравниванию токов, протекающих через вентили, что снижает токовые перегрузки на вентилях, включившихся первыми. Например, допустим что вентиль 1.1 включился первым. Скорость нарастания тока ограничивается относительно высокой индуктивностью двухпроводной линии, образованной проводниками: центральным кабеля 2.1 и внешним кабеля 2.2.

Падение напряжения на этой индуктивности, равное

и, L

- dt

где 1 - ток, протекающий по включенному вентилю; t - время,

приложено к остальным, не включенным, вентилям 1.2-1.п. На внешнем проводнике кабеля 2.1 и центральном проводнике кабеля 2.п наводится ЭДС взаимоиндукции, равная

U M W

где М - величина взаимной индуктив- ности между центральньм и внешним проводниками коакси- ального кабеля.

Эта ЭДС вызывает на коммутирующих вентилях 1.2 и 1.п перенапряжение, ускоряющее их включение. После включения вентилей 1.2 и 1.п аналогичным образом указанные факторы ускоряют включение и способствуют выравниванию токов в остальных коммутирующих вентилях .

Коммутатор на фиг. 2 работает аналогично. Особенностью его является то, что намотка коаксиального кабеля на кольцевой каркас позволяет многократно увеличить индуктивность цепей, образованных проводниками разных ка- белей, подключенных к коммутирующим вентилям, которые включились первыми Вместе с тем эти коаксиальные дроссели не оказывают никакого влияния на форму импульса коммутируемого тока при согласованном включении всех вен- толей. Так как при равенстве токов, протекающих встречно по центральному

0

t5

0

3

0

5

0

5 0

и рвнешнему проводникам каждого кабеля, все электромагнитное поле сосредоточено внутри кабеля, общий магнитный поток, сцепленный со всеми витками дросселя, отсутствует, а следовательно, индуктивность такого коаксиального дросселя не отличается от индуктивности коаксиального кабеля. При неодновременном включении ком- мутирующих вентилей 1,t-1.п коаксиальные дроссели 5.1-5,п создают индуктивное сопротинлек е для разностного тока, протекаю,щего по проводникам оДного и того же кабеля.

Коммутатор на фиг. 3 работает аналогично коммутатору на фиг. 2. При одновременном включении коммутирующих вентилей внешнее электромагнитное поле кабелей 2.1-2.П отсутствует, а следовательно, магнитный поток сердечников 6.1-б.п равен нулю. В этом случае ферромагнитные сердечники 6.1-б.п не влияют на индуктивность цепей коммутатора. При неодновременном включении вентилей индуктивность цепей, образованных проводниками, подключенными к вентилям, включившимся первыми, в / раз вьш1е, чем у коммутатора на фиг. 2. (где р - величина относительной магнитной проницаемости сердечников 6.1-6.п). Поэтому эффективность вьфавнивания токов между вентилями выше, чем у коммутаторов на фиг. 1 и 2.

Выбор одной из схем коммутаторов при практическом применении изобра- женил производится в зависимости от величины минимально необходимой индуктивности делителя тока.

Таким образом, в предлагаемом коммутаторе значительно снижается индуктивность рассеяния индуктивных делителей тока, что позволяет повысить быстродействие и .уменьшить искажение формы коммутируемого импульса тока или напряжения, а также упрощается конструкция.

Фо-рмула изобретения

1. Коммутатор, содержащий п коммутирующих вентилей и шины общей нагрузки, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия и упрощения конструкции, введены п коаксиальных кабелей равной длины, причем центральнБге проводники первых концов коаксиальных кабелей подключены к первой шине общей нагрузки, центральньй проводник каждого второго крица i-ro коаксиального кабеля соединен с первым силовьсм выводом i-ro коммутирующего вентиля, внешний проводник второго конца i-ro коаксиального кабеля соединен с вторым силовым вьгоодом (i-l)-ro коммутирующего вентиля, внешний проводник второго конца первого коаксиального кабеля - с вторым силовым выводом п-го коммутирующего вентиля, а внешние

1246358

проводники первых концов коаксиальных кабелей соединены между собой и подключены к второй шине общей нагрузки.

2, Коммутатор по п. 1, отличающийся тем, что каждый коаксиальный кабель намртан на цилиндрический каркас.

3. Коммутатор по пп. 1 и 2, о т- 10 ли чающийся :тем, что каждый цилиндрический каркас снабжен ферромагнитным сердечником.

3. Коммутатор по пп. 1 и 2, о т- 10 ли чающийся :тем, что каждый цилиндрический каркас снабжен ферромагнитным сердечником.

Изобретение может быть использовано при разработке коммутаторов электрических цепей, преимущественно в схемах импульсных генераторов тока и напряжения. Цель изобретения - по- вы&ение быстродействия и упрощение конструкции. Коммутатор содержит п коммутирую Ч11Х вентилей 1 . 1-1 .п,например .тиратронов с холодным катодом, и пкоак+ J ОО 2/ сиальных кабелей (КК) 2.1-2.п.Централь-, ные проводники КК на одном конце подключены к положительной шине 3 общей нагрузки, отрицательная шина 4 которой подключена к объединенным внешним проводникам первых концов.КК. Внешний проводник второго конца каждого i-ro КК соединен с катодом (i-l)-ro коммутирующего вентиля (КВ), а центральный проводник второго конца каждого i-ro КК соединен с катодом i-ro КВ. В устройстве значительно снижена индуктивность рассеяния индуктивных делителей тока, что позволило повысить быстродействие коммутатора и уменьшить искажение формы коммутируемого импульса. В описании изобретения представлены варианты коммутаторов с кабелем, намотанным на каркас, и с ферромагнитным сердечником. 2 з.п. (Ь-лы. 3 ил. (Л 2-2 2-л to Од 00 ел СХ) гЧХ Фиг.1

asJ

Редактор В. Петраш

Составитель Л. Бги ян Техред Л.Олейник

Заказ 4021/55Тиразк 816Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор И.Эрдейи