RU156007U1

RU156007U1 - INDUCTIVE-PULSE GENERATOR

Info

Publication number: RU156007U1
Application number: RU2015106162/08U
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Пустынников
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2015-10-27

Abstract

Индуктивно-импульсный генератор, содержащий повышающий трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке, коммутатор, подключенный к источнику постоянного тока, конденсатор, подключенный параллельно коммутатору, отличающийся тем, что последовательно с первичной обмоткой повышающего трансформатора подключена вторичная обмотка дополнительного трансформатора, первичная обмотка которого входным зажимом подключена в первую общую точку с входным зажимом вторичной обмотки дополнительного трансформатора, выходным зажимом коммутатора и вторым выводом конденсатора, а выходной зажим первичной обмотки дополнительного трансформатора образует вторую общую точку с минусовым зажимом источника постоянного тока и с выходным зажимом первичной обмотки повышающего трансформатора, причем индуктивность и добротность первичной обмотки дополнительного трансформатора от 1.1 до 10 раз превышает соответственно суммарную индуктивность и суммарную добротность последовательно включенных первичной обмотки повышающего трансформатора и вторичной обмотки дополнительного трансформатора.An inductive-pulse generator containing a step-up transformer, the secondary winding of which is connected to the load, a switch connected to a direct current source, a capacitor connected in parallel with the switch, characterized in that the secondary winding of the additional transformer is connected in series with the primary winding of the step-up transformer, the primary winding of which is input the clamp is connected to the first common point with the input terminal of the secondary winding of the additional transformer, the output terminal switch and the second output of the capacitor, and the output terminal of the primary winding of the additional transformer forms a second common point with the negative terminal of the DC source and the output terminal of the primary winding of the step-up transformer, and the inductance and quality factor of the primary winding of the additional transformer are 1.1 to 10 times higher than the total inductance and the total Q factor of the series-connected primary windings of the step-up transformer and the secondary winding transformer.

Description

Полезная модель относится к импульсной технике и может быть использована для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров, электрогидравлических устройств.The utility model relates to pulsed technology and can be used to power accelerators, plasmatrons, lasers, electro-hydraulic devices.

Известен индуктивно-импульсный генератор [RU 130168 U1, H03K 17/08, опубл. 10.07.2013], содержащий повышающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена последовательно через коммутатор к источнику постоянного тока, а вторичная обмотка подключена к нагрузке. Параллельно первичной обмотке повышающего трансформатора подключена катушка индуктивности, имеющая от 1.1 до 2 раз большую индуктивность и от 1.1 до 2 раз большую добротность, чем индуктивность и добротность первичной обмотки повышающего трансформатора, а конденсатор подключен параллельно коммутатору.Known inductive-pulse generator [RU 130168 U1, H03K 17/08, publ. 07/10/2013], containing a step-up transformer, the primary winding of which is connected in series through the switch to a constant current source, and the secondary winding is connected to the load. In parallel with the primary winding of the step-up transformer, an inductance coil is connected that has 1.1 to 2 times greater inductance and 1.1 to 2 times greater quality factor than the inductance and quality factor of the primary winding of the step-up transformer, and the capacitor is connected in parallel with the switch.

Недостатком такого устройства является небольшая величина мощности импульса тока в нагрузке.The disadvantage of this device is the small value of the power of the current pulse in the load.

Задачей полезной модели является увеличение величины и мощности импульса тока в нагрузке.The objective of the utility model is to increase the magnitude and power of the current pulse in the load.

Данная задача достигается тем, что индуктивно-импульсный генератор, так же как и устройство прототипа содержит повышающий трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке, коммутатор, подключенный к источнику постоянного тока, конденсатор, подключенный параллельно коммутатору.This task is achieved by the fact that the inductive-pulse generator, like the prototype device, contains a step-up transformer, the secondary winding of which is connected to the load, a switch connected to a direct current source, a capacitor connected in parallel with the switch.

Согласно полезной модели, последовательно с первичной обмоткой повышающего трансформатора подключена вторичная обмотка дополнительного трансформатора, первичная обмотка которого входным зажимом подключена в первую общую точку с входным зажимом вторичной обмотки дополнительного трансформатора, выходным зажимом коммутатора и вторым выводом конденсатора, а выходной зажим первичной обмотки дополнительного трансформатора образует вторую общую точку с минусовым зажимом источника постоянного тока и с выходным зажимом первичной обмотки повышающего трансформатора, причем индуктивность и добротность первичной обмотки дополнительного трансформатора от 1.1 до 10 раз превышает суммарную индуктивность и добротность последовательно включенных первичной обмотки повышающего трансформатора и вторичной обмотки дополнительного трансформатора.According to a utility model, a secondary winding of an additional transformer is connected in series with the primary winding of a step-up transformer, the primary winding of which is connected with the input terminal to the first common point with the input terminal of the secondary winding of the additional transformer, the output terminal of the switch and the second output of the capacitor, and the output terminal of the primary winding of the additional transformer forms the second common point with the negative terminal of the DC source and with the output terminal of the primary winding and a step-up transformer, wherein the inductance and quality factor of the primary winding of the additional transformer is 1.1 to 10 times higher than the total inductance and quality factor of the series-connected primary windings of the step-up transformer and the secondary winding of the additional transformer.

Полезная модель имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:The utility model has the following advantages over the prototype device:

1. Благодаря включению последовательно с первичной обмоткой повышающего трансформатора вторичной обмотки дополнительного трансформатора, первичная обмотка которого входным зажимом подключена в первую общую точку с входным зажимом вторичной обмотки дополнительного трансформатора, выходным зажимом коммутатора и вторым зажимом конденсатора, а выходной зажим первичной обмотки дополнительного трансформатора образует вторую общую точку с минусовым зажимом источника постоянного тока и с выходным зажимом первичной обмотки повышающего трансформатора, первичная и вторичная обмотки дополнительного трансформатора имеют согласное включение до размыкания коммутатора. Это позволяет значительно увеличить запасаемую в магнитном поле катушек энергию за счет взаимной индуктивности согласного включения.1. Due to the inclusion of a secondary transformer secondary winding in series with the primary winding of the step-up transformer, the primary winding of which is connected by an input terminal to the first common point with the input terminal of the secondary winding of the additional transformer, the output terminal of the switch and the second terminal of the capacitor, and the output terminal of the primary winding of the secondary transformer forms the second common point with the negative terminal of the DC source and with the output terminal of the primary winding of the step-up t transformer, primary and secondary windings of an additional transformer have a consonant inclusion before the switch opens. This allows you to significantly increase the energy stored in the magnetic field of the coils due to the mutual inductance of the consonant.

2. Благодаря тому, что индуктивность и добротность первичной обмотки дополнительного трансформатора в 1.1 до 10 раз превышает суммарную индуктивность и добротность последовательно включенных первичной обмотки повышающего трансформатора и вторичной обмотки дополнительного трансформатора, при размыкании коммутатора ток в первичной обмотке дополнительного трансформатора увеличивается скачком за счет энергии запасенной в магнитном поле взаимной индукции согласного включения, в отличие от устройства прототипа, где происходит скачкообразное уменьшение тока в катушке индуктивности. При этом ток в последовательно включенных первичной обмотки повышающего трансформатора и вторичной обмотки дополнительного трансформатора изменяется также скачком от своего начального значения до отрицательного начального значения величины тока первичной обмотки дополнительного трансформатора, причем величина этого скачка в 1.1 до 2 раза превышает аналогичный скачок тока в устройстве прототипа, что приводит к увеличению величины и мощности импульса тока в нагрузке в 1.1-2 раза.2. Due to the fact that the inductance and quality factor of the primary winding of the additional transformer is 1.1 to 10 times higher than the total inductance and quality factor of the series-connected primary winding of the step-up transformer and the secondary winding of the additional transformer, when the switch opens, the current in the primary winding of the additional transformer increases stepwise due to the energy stored in the magnetic field of the mutual induction of the consonant inclusion, in contrast to the prototype device, where the jump occurs knowing decrease in current in the inductor. In this case, the current in the series-connected primary windings of the step-up transformer and the secondary winding of the additional transformer also changes abruptly from its initial value to the negative initial value of the current value of the primary winding of the additional transformer, and the magnitude of this jump is 1.1 to 2 times higher than the similar current jump in the prototype device, which leads to an increase in the magnitude and power of the current pulse in the load by 1.1-2 times.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема индуктивно-импульсного генератора, на фиг. 2 - диаграмма тока в первичной обмотке дополнительного трансформатора, на фиг. 3 - диаграмма тока в последовательно включенных первичной обмотки импульсного трансформатора и вторичной обмотки дополнительного трансформатора, на фиг. 4 - импульс тока в нагрузке.In FIG. 1 is a circuit diagram of an inductive-pulse generator; FIG. 2 is a current diagram in the primary winding of an additional transformer; FIG. 3 is a diagram of the current in series-connected primary windings of a pulse transformer and secondary windings of an additional transformer, FIG. 4 - current pulse in the load.

Индуктивно-импульсный генератор содержит источник постоянного тока 1 (фиг. 1), плюсовой зажим которого подключен к входному зажиму коммутатора 2 и первому выводу конденсатора 3. Выходной зажим коммутатора 2 соединен в первую общую точку со вторым выводом конденсатора 3 и входными зажимами первичной 4 и вторичной 5 обмоток дополнительного трансформатора. Выходной зажим вторичной обмотки 5 дополнительного трансформатора подключен к входному зажиму первичной обмотки 6 повышающего трансформатора, а выходной зажим первичной обмотки 6 повышающего трансформатора подключен во вторую общую точку с выходным зажимом первичной обмотки 4 дополнительного трансформатора и минусовым зажимом источника постоянного тока 1. Вторичная обмотка 7 повышающего трансформатора подключена к нагрузке 8.The inductive-pulse generator contains a direct current source 1 (Fig. 1), the positive terminal of which is connected to the input terminal of the switch 2 and the first output of the capacitor 3. The output terminal of the switch 2 is connected to the first common point with the second output of the capacitor 3 and the input terminals of the primary 4 and secondary 5 windings of an additional transformer. The output terminal of the secondary winding 5 of the additional transformer is connected to the input terminal of the primary winding 6 of the step-up transformer, and the output terminal of the primary winding 6 of the step-up transformer is connected to the second common point with the output terminal of the primary winding 4 of the additional transformer and the negative terminal of the DC source 1. Secondary winding 7 of the step-up transformer transformer connected to load 8.

Устройство работает следующим образом. Источник постоянного тока 1 при замыкании коммутатора 2 в нулевой момент времени создает в первичной обмотке 4 дополнительного трансформатора ток 9 I_L(0_-)_К (фиг. 2), а в последовательно включенных первичной обмотки 6 повышающего трансформатора и вторичной обмотки 5 дополнительного трансформатора ток 10 I_L(0_-)_П (фиг. 3), которые протекают от плюса к минусу источника постоянного тока 1. В момент времени t₀ коммутатор 2 размыкается, обмотки 4, 5, 6 будут включены последовательно, и по ним будет протекать общий ток I_L(0₊)_К. В соответствии с обобщенным законом коммутации суммарное потокосцепление обмоток 4, 5, 6 в момент времени t₀ не может измениться скачком. Поскольку добротность первичной обмотки 4 дополнительного трансформатора в 1.1-10 раз выше добротности последовательно включенных первичной обмотки 6 повышающего трансформатора и вторичной обмотки 5 дополнительного трансформатора, в первичной обмотке 4 дополнительного трансформатора формируется импульс тока 11, равный (I_L(0₊)_К-I_L(0_-)_К), причем ток не изменяет своего направления. При этом значение тока I_L(0₊)_К превышает значение I_L(0_-)_К вследствие накопления энергии в магнитном поле при согласном включении обмоток 4 и 5 дополнительного трансформатора. В последовательно включенных первичной обмотке 6 повышающего трансформатора и вторичной обмотке 5 дополнительного трансформатора ток меняет свое направление на противоположное и формируется импульс тока 12 равный (I_L(0_-)_П-(-I_L(0₊)_К)). Под действием импульса тока 12 во вторичной обмотке 7 повышающего трансформатора возникает импульс тока 13 (фиг. 4), подающийся в нагрузку 8. Возникающее перенапряжение на коммутаторе 2 при его размыкании уменьшается при помощи конденсатора 3.The device operates as follows. DC power source 1 by closing the switch 2 at the zero time point creates a primary winding 4, additional current of the transformer 9 I _L (0 _-) _K (. Figure 2) and a series-connected primary winding 6 step-up transformer and the secondary winding 5 of the supplementary transformer current 10 I _L (0 _- ) _П (Fig. 3), which flow from the plus to the minus of the DC source 1. At time t _{0, the} switch 2 opens, the windings 4, 5, 6 will be connected in series, and a common circuit will flow through them current I _L (0 ₊ ) _K. In accordance with the generalized switching law, the total flux linkage of the windings 4, 5, 6 at time t ₀ cannot change abruptly. Since the quality factor of the primary winding 4 of the additional transformer is 1.1-10 times higher than the quality of the series-connected primary winding 6 of the step-up transformer and the secondary winding 5 of the additional transformer, a current pulse 11 is formed in the primary winding 4 of the additional transformer, equal to (I _L (0 ₊ ) _K -I _L (0 _- ) _К ), and the current does not change its direction. In this case, the current value I _L (0 ₊ ) _K exceeds the value I _L (0 _- ) _K due to the accumulation of energy in the magnetic field when the windings 4 and 5 of the additional transformer are turned on. In the series-connected primary winding 6 of the step-up transformer and the secondary winding 5 of the additional transformer, the current changes its direction and the current pulse 12 is formed equal to (I _L (0 _- ) _П - (- I _L (0 ₊ ) _К )). Under the action of the current pulse 12 in the secondary winding 7 of the step-up transformer, a current pulse 13 arises (Fig. 4), which feeds into the load 8. The resulting overvoltage on the switch 2 when it opens is reduced by a capacitor 3.

С помощью программы Multisim были проведены исследования модели индуктивно-импульсного генератора с следующими параметрами: напряжение источника постоянного тока 1 - 10 В, индуктивность первичной обмотки 4 дополнительного трансформатора - 100 мГн, активное сопротивление первичной обмотки 4 дополнительного трансформатора - 1 Ом, индуктивность вторичной обмотки 5 дополнительного трансформатора 10 мГн, активное сопротивление вторичной обмотки 5 дополнительного трансформатора 0.5 Ом, взаимная индуктивность обмоток 4,5 - 25.3 мГн, индуктивности обмоток 6,7 повышающего трансформатора 1 мГн, активное сопротивление обмотки 6 - 0.5 Ом, обмотки 7 - 1 Ом, взаимная индуктивность обмоток 6,7 - 0.8 мГн, сопротивление активной нагрузки 8 - 10 Ом. При размыкании коммутатора 2 импульс тока в нагрузке 8 составил 17.6 А. При отсутствии индуктивной связи катушек 4,5 что соответствует работе схемы устройства прототипа с аналогичными параметрами импульс тока в нагрузке 8 составил 10.1 А. Таким образом проведенные исследования показывают, что в предложенной схеме индуктивно-импульсного генератора происходит увеличение величины импульса тока в нагрузке в 1.74 раза.Using the Multisim program, studies were performed on a model of an inductive-pulse generator with the following parameters: DC voltage source 1 - 10 V, primary winding inductance 4 of an additional transformer - 100 mH, primary primary resistance of an additional 4 transformer - 1 Ohm, secondary winding inductance 5 additional transformer 10 mH, active resistance of the secondary winding 5 additional transformer 0.5 Ohm, mutual inductance of the windings 4.5 - 25.3 mH, inductance of the windings 6 , 7 step-up transformer 1 mH, the active resistance of the winding is 6 - 0.5 Ohms, the windings are 7 - 1 Ohm, the mutual inductance of the windings is 6.7 - 0.8 mH, the resistance of the active load is 8 - 10 Ohms. When switch 2 opens, the current pulse in load 8 was 17.6 A. In the absence of inductive coupling of coils 4.5, which corresponds to the operation of the prototype device circuit with similar parameters, the current pulse in load 8 was 10.1 A. Thus, the studies showed that in the proposed circuit inductively -pulse generator there is an increase in the magnitude of the current pulse in the load by 1.74 times.

Claims

An inductive-pulse generator containing a step-up transformer, the secondary winding of which is connected to the load, a switch connected to a direct current source, a capacitor connected in parallel with the switch, characterized in that the secondary winding of the additional transformer is connected in series with the primary winding of the step-up transformer, the primary winding of which is input the clamp is connected to the first common point with the input terminal of the secondary winding of the additional transformer, the output terminal switch and the second output of the capacitor, and the output terminal of the primary winding of the additional transformer forms a second common point with the negative terminal of the DC source and the output terminal of the primary winding of the step-up transformer, and the inductance and quality factor of the primary winding of the additional transformer are 1.1 to 10 times higher than the total inductance and the total Q factor of the series-connected primary winding of the step-up transformer and the secondary winding of the additional transformer.