Импульсный резонансный формирующий трансформатор Советский патент 1981 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к устрой- ствам формирования высоковольтных .импульсов напряжения на емкостной нагрузке и может быть использовано для импульсного заряда формирующих линий высоковольтных генераторов на нос екундных импульсов, например, дл импульсного заряда формирующих линий в системе питания стримерных ка мер. Известен импульсный резонансный формирующий трансформатор, содержащий два индуктивно связанных резона ных контура и включающий первичную вторичную индуктивности зарядный ре зистор, подключенный к выводу перви ной индуктивности, коммутатор, шунтирующий первичную индуктивность, накопительный конденсатор, вьшолненный в виде двух накопительных конденсаторов, первый из которых включен между общей точкой первич ной и вторичной индуктивностей и общей шиной, а второй - мелсду выводом вторичной индуктивности и незаземленной обкладкой конденсатора нагрузи ки, и конденсатор нагрузки, згшунтированной вторым зарядным резистором. При замыкании коммутатора первый и второй накопительные конденсаторы, предварительно, заряженные через зарядные резисторы и индуктивности трансформатора от источника постоянного напряжения, разряжаются, и на конденсаторе нагрузки появляется напряжение, величина которого определяется коэффициентом трансформации, равным корню квадратному из отношения вторичной индуктивности к первичной или из отношения суммы первого и второго накопительных конденсаторов к Конденсатору нагрузки. Энергия, поступающая на заряд конденсатора нагрузки (формирующей линии), максимальна при равенстве частот котлебаний в контурах и коэффициенте электромагнитной связи между индуктивностями, определяемыми из соотно3 8

шения (0,6 К-1)/(К-0,6), где К - коэффициент трансформации. Для настройки контуров трансформатора в резонанс, с целью достижения максимальной передачи накопленной энергии в нагрузку, величина емкости второго накопительного конденсатора выбирается в К раз больше ёмкости конденсатора нагрузки и в (К-1) раз меньше емкости первого накопительного ковденсатора 1.Недостатком данного устройства является наличие перед рабочим импульсом импульса обратной полярности (предимпульса) со значительной амплитудой при больших коэффициентах трансформации. При этом срабатьюание разрядника формирующей линьи может йроисходить не на основном рабочем импульсе зарядного напряжения, а на предимпульсе, так как неизбежно присутствующее затухание в контурах трансформатора, особенно при мальпс временах заряда формирующих линий, приводит к уменьшению разницы в амплитудах рабочего импульса и предимпульса. Кроме того, при увеличении коэффициента трансформации возрастает требуемый коэффициент электромагнитной связи между индуктивностями и возникают серьезные трудности достижения электрической прочности изоляции обмоток высоковольтного импульсного резонансного формир тощего трансформатора.

Целью изобретения является упучшение основных характеристик устройства при увеличении коэффициента трансформации (уменьшения амплитуды прёдимпульса и коэффициента электромагнитной связи между индуктивностями) .

Поставленная цель достигается тем, что в импульсном резонансном формирующем трансформаторе, содержащем два индуктивно связанных резонансных контура и включающем первичную и вторичную индуктивности, зарядный резистор, подключенный к выводу первичной индуктивности, коммутатор, шунтирующий первичную индуктивность, на;крпительный конденсатор, выполненный в виде двух накопительных конденсаторов первый из которых включен между общей точкой первичной и вторичной индуктивностей и общей шиной, а второй - между выводом вторичной индуктивности и незаземленной обкладкой конденсатора нагрузки, и конденсатор нагрузки, зашун1,4

тированшлК вторым зарядным резистором, между первичной и вторичной катушками индуктивностей последовательно включень) п дополнительных катушек индуктивностей, каждая общая точка которых через соответствующий дополнительный накопительный конденсатор соединена с общей шиной.

Величина второго накопительного

.конденсатора выбирается в К больше конденсатора нагрузки, величина емкостей дополнительных накопительных конденсаторов выбирается из условия равенства частот колебаний в контурах

трансформатора, а коэффициенты электромагнитной связи между индуктивностями выбираются по максимальному зарядному напряжению на конденсаторе нагрузки, где К - коэффициент трансформации.

На фиг. 1 изображена электрическая схема импульсного резонансного формирующего трансформатора с одной дополнительной катушкой индуктивности

и дополнительнь1м накопительным . конденсатором трекконтурного импульсного резонансного формирующего трансформатора .

.На фиг. 2 изображена электрическая схема импульсного резонансного формирующего трансформатора с п дополнительнь ми катзгшками индуктивности и п дополнительшАШ накопительными конденсаторами многоконтурного импульсного резонансного формирующего трансформатора.

На фиг. 3 изображены зависимости коэффи1щентов электромагнитной связи - К UT коэффициента трансформации К для известного устройства (кривая I И) и для контурного ютульсного резонансного формнрзгкнцего трансформатора (кривые I и. И).

На 4str. 4 изображены зависимости амшштуды прёдимпульса Уц , нормиревенной по амплитуде рабочего импульса Uji-, от коэффищ1ента трансформащш К для известного устройства (кривая V) и для трехконтурного импульсного резонансного формирующего трансформатора (кривая IV).

Трехконтурный импульсный резонансный формирующий трансформатор содержит (фиг. 1) источник постоянного напряжения , зарядный резистор 2, коммутатор 3, оцкн вывод которого соединен с общей шиной, а другой - с точкой соединения зарядного резистора 2 и первичной катушки индуктивности 4, 5 Аервый накопительный конденсатор 5, включенный между общей точкой первичной 4 и дополнительной 6 катушек индуктивностей и общей шиной, дополнительный накопительный конденсатор 7, включенный между общей точкой дополнительной 6 и вторичной 8 катушек индуктивностей h общей шиной, второй накопительный конденсатор 9, вкл ченный между вьшодом .вторичной катуш ки индуктивности 8 и вторым зарядным резистором 10, конденсатор нагрузки 11,одна обкладка которого соединена с общей шиной, а другая - с обкладко второго накопительного конденсатора Многоконтурный импульсный резонансный формирующий трансформатор (фиг. 2) содержит источник постоянно го напряжения I, разрядный резистор 2, коммутатор3, первичную катуику индуктивности 4, первый накопительный конденсатор 5, первую дополнительную катушку индуктивности 6, первый дополнительный конденсатор 7, вторичную катушку индуктивности 8, второй накопительный конденсатор 9, второй зарядный резистор 10, щунтирующий конденсатор нагрузки 11, п-ую дополнительную катушку индуктивноста 12,п-ый дополнительный накопительиый конденсатор 13. Для пояснения принципа работы ниогоконтурного импульсного резонанс ного формирукицего трансформатора сле дует рассмотреть трехконтурнь й импульсный резонансный формирующий трансформатор () . В исходном состоянии зарядное напряжение от источника постоянного на пряжения 1 подано через зарядные резисторы 2 и 0 и последовательно вкл ченные первичную 4, дополнительную 6 и вторичную 8 катзшки индуктивности и первый 5, дополнительный 7 и второй 9 накопительные конденсаторы. При замыкании коммутатора 3 первый, дополнительный и второй накопительные конденсаторы 5, 7 и 9 раз- ряжаются и на конденсаторе нагрузки I1 появляется напряжение, величина которого определяется козффициентом трансформации, равным корню квадратному из отношения вторичной индуктив ности к первичной или из отношения суммы емкостей накопительных конденсаторов к емкости конденсатора нагрузки. При этом относительная величина предимпульса зарядного напряжения - на конденсаторе нагруз 6 . кч трехконтурного импульсного резонансного формирующего трансформатора (кривая IV на фиг. 4) меньше.,чем у известного устройства (кривая V на фиг. 4) при одинаковых значениях коэффициента трансформащга К. Полная передача энергии из первого дополнительного и второго накопительных конденсаторов в конденсатор нагрузки 11 происходит при определенш)1х значениях козффициентов электромагнитной связи между катунжами индуктивности и при равенстве частот копебаний в контурах трансформатора, образованных первичной катушкой инцуктивности 4 и первым накопительным |сонденсаторок 5, дополнительной кадушкой индуктивности 6 и последовательным соединением первого 5 и дополнительного 7 накопительных конденсаторов , а также вторичной катушкой индуктивности 8 и последовательным соединением дополнительного накопнтельного конденсатора , второго накопительного конденсатора 9 и кон|Денсатора нагрузки II. Условия равенства частот колебаний в контурах трехконтурного импульсного резонансиого формирукщего трансформатора выпохшяется при выборе величины емкости второго накопительиого конденсатора 9 в К раз больше -. емкости конденсатора нагрузки, величины емкости дополнительного накопительного конденсатора в К х(К+1)/ /(K+I) раз больше емкости конденсатора нагрузки и величины емкости первого накопительного конденсатора в К (К-1)/() раз больше емкости конденсатора нагрузки. Коэффищюкты электромагнитной связи между индуктивностями определяются по максимальному зарядному напряжению на конденсаторе нагрузки. Зарядное напряжение на конденсаторе нагрузки является суммой постоянной составляющей и трех переменных составляющих, изменяющихся с результируюпцши частотами В , Ъ я В. Макси- малп ное напряжение на конденсаторе нагрузки будет, когда частоты относятся как небольшие целые числа, т.е. условие получения максимального напряжения на конденсаторе нагрузки запишется в виде .В 3:2:1 . Для предложенного трансформатора результирующие частоты равны; В BO JAi + -У - А BQ B(j -t 1 - Ксба 1 В BO -||А - А - А2 , где Bjj - резонансные частоты колебаний в контурах трансформатора. A (l+0,5Kt eo+2Кс8/TK+D//(И-К,ча.- . св-1 Aor(5-2/(K-H)/(H-Kc,j- 2К ), где К g -коэффициент электромагнитной связи между первичной катушкой индуктивности 4 и допслиительной катуппкой индуктивности 6 и равный коэффициенту электромагнитной связи между дополнительной катушкой индуктивности 6 и вторичной катушкой индуктивности 8, К.« - коэффициент электромагнитной связи между первичной и вторичной 8 катушками ин дуктивности , К - коэффициент трансформации. На. фиг. 3 кривая I изображает зав симость коэффициента электромагнитной связи между первичной и втс рично индуктивностями К сво коэффициента трансформации К и кривая II - зависи мость коэффициентов электромагнитной связи между первичной и дополнительной катушками индуктивности и между дополнительной и вторичной катушками индуктивности K(j от коэффициента трансформации К для трехконтурного импульсного резонансного формирующег трансформатора,а кривая III - зависимость коэффициента электромагнитной связи между первичной и вторичной катушками индуктивности от коэффициента трансформации для известного устройства. Из гг афика следует, что значения коэффициентов электромагнитной связи между катушками индуктивности у данн го устройства (кривые I I|) меньше чем у известного устройства (кривая 411) при одинаковых значениях коэффициента трансформации. С целью дальнейшего улучшения основных характеристик устройства (еще большего уменьшения амплитуды предимпульса и коэффициентов связи между катушками индуктивности при увеличении коэффициента трансформации. 18 . необходимЪ увеличить число дополнительных катушек индуктивности и дополнительных накопительных конденсаторов. Электрическая схема устройства с п дополнительными катушками индуктивности работает следующим образом. В исходном состоянии зарядное напряжение от источника постоянного .напряжения 1 подано через зарядные резисторы 2 и 10 и последовательно включенные катушки индуктивности . трансформатора 4, 6 и 12 и на накопительные конденсаторы 5, 7 и 13 и 9 При замыкании коммутатора 3 накопительные конденсаторы 5, 7, 13 и 9 ... разряжаются и на конденсаторе нагрузки 11 появляется напряжение с меньшей величиной предимпульса, чем в прототипе и трехконтурном импульсном резонансном формирующем трансформаторе. Величина напряжения на конденсаторе нагрузки 11 определяется коэффициентом трансформации, равным корню квадратному из отношения вторичной индуктивности к первичной или из отношения суммы емкостей накопительных конденсаторов к емкости конденсатора нагрузки. Кроме этого, максимальная передача энергии из накопительных конденсаторов в конденсатор нагрузки происходит при определенных значениях коэффициентов электромагнитной связи между индуктивностями и равенстве частот колебаний в контурах трансформатора, образованных катушками индуктивности и последовательным соединением конденсаторов, входящими в контуры. Коэффициенты электромагнитной связи между катушками индуктивности выбираются по максимальному напряжению на конденсаторе нагрузки, то есть, когда результирующие частоты переменных составляющих напряжений на конденсаторе нагрузки (число результирующих частот равно числу контуров трансформатора) относятся как небольшие целые числа. Равенство частот колебаний в контурах трансформатора вьшолняется прк выборе величины второй накопительной емкости в К раз больше емкости нагрузки и при выборе величин дополнительных накопительных емкостей из следующего выражения: .К + Сп- 1/С„ - 2) 2, ЗУ коэффициент емкост со и KC - ной связи (вьфажается через коэффициент трансформации к), Это выражение справедливо при const. Наименьшие значения амплитуды пред импульса и коэффициентов электромагнитной связи между индуктивностями получаются при равенстве коэффициента трансформации числу контуров предлагаемого устройства. Формула изобретения Импульсный резонансный формируюпщй трансформатор по авт. св. 1 790150, 8 10 отличающийся тем, что, с целью улучшения основных характеристик устройства при увеличении коэффициента трансформации, между первичной и вторичной катушками индуктивностей последовательно включены п дополнительных катушек индуктивностей, каждая общая точка которых через соответствующий дополнительный накопительный конденсатор соединена с общей шиной. Источники информащш, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторс&ое свидетельство СССР № 790150, кл. Н 03 К 3/53, 31.07.79 (прототип).

1г

8

ff

fj

fff