Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7128
(13) U
(46) 2011.04.30
(51) МПК (2009)
H 03H 5/00
H 03H 7/00
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ ИМПУЛЬСА ТОКА
(21) Номер заявки: u 20100745
(22) 2010.08.26
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт тепло- и
массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Бе-
ларуси" (BY)
(72) Авторы: Горбатов Сергей Викторович;
Давидович Петр Алексеевич; Курно-
сов Игорь Васильевич; Плевако Федор
Васильевич; Приходько Евгений Ми-
хайлович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт тепло-
и массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Белару-
си" (BY)
(57)
Устройство для сжатия импульса тока, содержащее звенья компрессии тока, содержа-
щие накопительные конденсаторы и насыщающиеся дроссели, а также нагрузку, отлича-
ющееся тем, что дополнительно снабжено замыкающим насыщающимся дросселем,
подключенным параллельно нагрузке, а время задержки замыкающего насыщающегося
дросселя выбирают не большим, чем время задержки насыщающегося дросселя последне-
го звена компрессии тока.
(56)
1. Вархушин Ю.П., Тхореев П.В., Эрмель И.Э., Яковлев Ю.Н. Мощный магнитный
генератор импульсов // Приборы и техника эксперимента. -1992. - № 2. - С. 160-162.
Предлагаемое техническое решение относится к импульсной технике, в частности к
устройствам формирования высоковольтных импульсов с крутыми фронтами. Оно может
быть использовано для эффективной передачи энергии в различные (в том числе емкост-
ные) нагрузки, например, для питания мощных импульсных газовых лазеров, устройств
для формирования барьерного разряда с высокой частотой повторения импульсов.
BY7128U2011.04.30

2. BY 7128 U 2011.04.30
2
Известно устройство [1], мощный магнитный генератор импульсов, представленное в
виде электрической схемы, содержащей тиратронный модуль и звенья компрессии тока.
Каждое звено содержит накопительный конденсатор и насыщающийся дроссель. Все
звенья компрессии тока соединены последовательно и являются устройством для сжатия
импульса тока. К выходу последнего звена компрессии тока подключена нагрузка. Насы-
щающийся дроссель состоит из ферромагнитного магнитопровода и двух обмоток - ос-
новной и размагничивающей. Время задержки насыщающегося дросселя равно времени
перемагничивания магнитопровода дросселя из состояния насыщения магнитной индук-
ции в состояние насыщения в противоположном направлении и зависит от его конструк-
ции, характеристик магнитопровода и напряжения, приложенного к основной обмотке.
Устройство работает следующим образом. Тиратронный модуль формирует полу-
синусоидальный импульс тока заряда накопительного конденсатора первого звена ком-
прессии тока. Спустя время, равное времени задержки первого насыщающегося дросселя
происходит передача заряда следующему накопительному конденсатору и т.д. Через по-
следний насыщающийся дроссель происходит передача энергии в нагрузку. В случае ко-
гда, например, нагрузкой служит электродная система барьерного разряда, в разрядном
промежутке возникает газовый разряд, затем после снижения напряжения на нагрузке и
уменьшения тока разряд прекращается. При этом емкость барьера остается заряженной.
Заряд не может быстро стечь с емкости барьера, и для возникновения разряда при прохож-
дении следующего импульса напряжение пробоя увеличится на значение разности потен-
циалов на барьере. Заряд, оставшийся на конденсаторе последнего звена компрессии тока
после погасания разряда, будет перетекать в накопительный конденсатор предыдущего
звена сжатия через насыщающийся дроссель последнего звена. Во время этого процесса
магнитопровод дросселя перемагнитится до насыщения в противоположном направлении.
Процесс переноса заряда между конденсатором последнего звена и емкостью системы
электродов барьерного разряда может повториться несколько раз. Кроме того, будет про-
исходить процесс перемагничивания дросселя предпоследнего звена. Эти процессы пере-
распределения заряда замедлят переход звеньев компрессии тока в состояние готовности
для прохождения следующего импульса и приведут к дополнительному нагреву обмоток и
магнитопроводов дросселей последнего и предпоследнего звеньев компрессии тока. Из
этого понятно, что недостатками прототипа являются недостаточно широкие функцио-
нальные возможности и большие энергозатраты за счет многократного переноса заряда
между конденсаторами звеньев компрессии тока, малого коэффициента передаваемой в
нагрузку мощности и малого коэффициента полезного действия звеньев компрессии тока
при работе на емкостную нагрузку.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных воз-
можностей и уменьшение энергозатрат за счет увеличения коэффициента передачи мощ-
ности в нагрузку, увеличения частоты повторения импульсов и повышения коэффициента
полезного действия устройства для сжатия импульса тока.
Задача решается следующим образом.
Известное устройство содержит звенья компрессии тока и нагрузку, подключенную
после последнего звена компрессии тока. Согласно предлагаемому техническому решению,
устройство для сжатия импульса тока дополнительно снабжено замыкающим насыщаю-
щимся дросселем, подключенным параллельно нагрузке. Время задержки замыкающего
насыщающегося дросселя выбирают не большим, чем время задержки дросселя последне-
го звена компрессии тока. Таким образом будут расширены функциональные возможно-
сти и уменьшены энергозатраты.
На фигуре изображена электрическая схема устройства для сжатия импульса тока.
Устройство для сжатия импульса тока содержит накопительный конденсатор 1, пер-
вый вывод которого подключен к первому выводу насыщающегося дросселя 2, а второй

3. BY 7128 U 2011.04.30
3
вывод подключен к общему выводу звеньев компрессии тока. Накопительный конденса-
тор 1 и насыщающийся дроссель 2 образуют первое звено компрессии тока. Второй вывод
насыщающегося дросселя 2 подключен к первому выводу накопительного конденсатора 3
и первому выводу насыщающегося дросселя 4. Второй вывод накопительного конденса-
тора 3 подключен к общему выводу звеньев компрессии тока. Накопительный конденса-
тор 3 и насыщающийся дроссель 4 образуют второе звено компрессии тока. Второй вывод
насыщающегося дросселя 4 подключен к первому выводу накопительного конденсатора 5
и первому выводу насыщающегося дросселя 6. Второй вывод накопительного конденса-
тора 5 подключен к общему выводу звеньев компрессии тока. Второй вывод насыщающе-
гося дросселя 6 подключен к первому выводу замыкающего насыщающегося дросселя 7 и
первому выводу нагрузки 8. Накопительный конденсатор 5 и насыщающийся дроссель 6
образуют третье звено компрессии тока. Второй вывод нагрузки 8 и второй вывод замы-
кающего насыщающегося дросселя 7 подключены к общему выводу звеньев компрессии
тока. Насыщающиеся дроссели звеньев магнитного сжатия содержат размагничивающие
обмотки 9-12, изолированные от основных обмоток. Каждая из них содержит один или
два витка провода.
В общем случае устройство для сжатия импульса тока может состоять из разного чис-
ла звеньев компрессии тока. Рассмотрим работу устройства для сжатия импульса тока,
нагруженного, например, на систему электродов барьерного разряда и содержащего три
звена компрессии тока.
Конденсатор 1 заряжается током, поступающим на вход устройства для сжатия им-
пульса тока. При этом обеспечиваются такие условия заряда, чтобы конденсатор зарядил-
ся до требуемого напряжения за время меньшее, чем время задержки дросселя 2. Далее
заряд из конденсатора 1 передается через насытившийся дроссель 2 в конденсатор 3. Вре-
мя задержки дросселя 4 выбрано таким, чтобы он достиг насыщения к моменту прекраще-
ния зарядного тока через дроссель 2. Далее заряд из конденсатора 3 передается через
насытившийся дроссель 4 в конденсатор 5. Время задержки дросселя 6 выбрано таким,
чтобы он достиг насыщения к моменту прекращения зарядного тока через дроссель 4. По-
сле заряда конденсатора 5 ток через насытившийся дроссель 6 будет заряжать емкость
нагрузки 8, и после достижения напряжения пробоя в газовом промежутке возникнет раз-
ряд и произойдет заряд емкости барьера нагрузки 8. Во время этого процесса ток через
нагрузку будет вначале нарастать, а затем уменьшаться, и к моменту уменьшения тока до
нуля дроссель 7 насытится и замкнет емкость барьера нагрузки 8. Через него потечет ток,
и в результате протекания этого тока в замыкающем дросселе 7 аккумулируется энергия в
виде электромагнитного поля. Дальнейшее протекание тока через замыкающий дроссель 7
приведет к перезаряду емкости барьера нагрузки 8 в противоположной полярности и про-
теканию тока по цепочке дросселей 6-4-2 по направлению от последнего к первому. Этот
процесс произойдет быстро, поскольку время задержки дросселей 2 и 4 существенно
больше, чем время задержки дросселей 6 и 7, и они к этому времени еще не выйдут из
насыщенного состояния, в которое они вошли при прохождении импульса в прямом
направлении. Энергия, вернувшаяся к началу устройства для сжатия импульса тока, либо
поглощается балластной нагрузкой (на схеме не показана), либо часть ее рекуперируется и
передается в накопительные конденсаторы источника питания (на схеме не показаны).
Описанный выше процесс приведет к тому, что в устройстве для сжатия импульса тока не
возникнет длительных колебательных процессов и это позволит ему перейти в состояние
готовности к прохождению следующего импульса быстрее (за время, определяемое толь-
ко временем размагничивания). Это позволит повысить максимальную частоту следова-
ния импульсов. Также не будет происходить перегрева магнитопроводов и обмоток
дросселей устройства для сжатия импульса тока из-за их многократного перемагничива-
ния за время прохождения одного импульса. Это приведет к увеличению коэффициента
полезного действия и снизит энергозатраты.

4. BY 7128 U 2011.04.30
4
Перемагничивание магнитопроводов насыщающихся дросселей в исходное состояние
производится отдельными обмотками 9-12. Для этого через них пропускается ток, пере-
магничивающий магнитопроводы дросселей в направлении противоположном их намаг-
ничиванию при прохождении рабочего импульса.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.