Устройство для получения и преобразования импульса электромагнитной энергии

 

Изобретение относится к области мощных импульсных источников электромагнитной энергии, в основе которых заложен эффект кумуляции магнитной энергии, к магнитокумулятивным генераторам (МКГ). Техническим результатом является уменьшение потерь энергии, упрощение конструкции с сокращением габаритов устройства в целом. Устройство для получения и преобразования импульса электромагнитной энергии содержит МКГ, включающий коаксиальные центральный проводник с зарядом ВВ и наружный спиральный проводник, а также трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого расположены соосно с проводниками МКГ. Витки первичной обмотки трансформатора выполнены в виде продолжения витков спирального проводника МКГ в форме петель и расположены вокруг оси устройства, а вторичная обмотка выполнена в виде спирали, витки которой расположены между петлевыми витками первичной обмотки. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области мощных импульсных источников электромагнитной энергии, в основе которых заложен эффект кумуляции магнитной энергии. Магнитокумулятивные генераторы (МКГ) перспективны в качестве источников мощных импульсов электромагнитной энергии.

При непосредственном включении нагрузки в цепь МКГ его эффективная работа возможна лишь при наложении ограничений на параметры нагрузки. Одним из способов согласования параметров нагрузки является применение повышающего трансформатора, при этом нагрузка подключается к вторичной обмотке, а МКГ - к первичной.

Известно устройство для получения и преобразования импульса электромагнитной энергии (Бухаров В. Ф. и др. "Магнитокумулятивные генераторы с трансформаторным выводом энергии", ж. "Прикладная механика и техническая физика "ПМТФ 1, 1982 г., стр. 4-10, фиг.2). Устройство выполнено в виде двух отдельных блоков магнитокумулятивного генератора и трансформаторного узла, соединенных с обеспечением надежного контакта. МКГ включает в себя центральный проводник с зарядом взрывчатого вещества (ВВ) и спиральный проводник. Трансформаторный узел состоит из четырех цилиндрических трансформаторов с 32-витковой вторичной обмоткой, расположенной внутри первичного витка. МКГ присоединяется к трансформаторному узлу через две токоведущие квадратные пластины (токопровод), разделенные изолятором, к каждой стороне которых присоединен трансформатор, намотанный кабелем. Начальная энергия от конденсаторной батареи подается к спиральному и центральному проводникам со стороны входного торца МКГ, а нагрузка подключается к вторичной обмотке трансформатора.

Данное устройство имеет довольно сложную конструкцию в части тансформаторного узла и токопроводов между МКГ и обмотками трансформатора. Несовершенство этих узлов приводит к большим потерям электромагнитной энергии.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для получения и преобразования импульса электромагнитной энергии (А. И. Павловский и др. "Каскадная система с небольшим генератором МКГ". Доклад на VI "Международной конференции по генерации мегагауссных полей и родственным экспериментам", США, Альбукерк, 1992 г. Сборник трудов, часть II, стр.631, рис. 1). Устройство содержит МКГ, включающий коаксиальные центральный проводник с зарядом ВВ и наружный спиральный проводник, а также трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого расположены соосно с проводниками МКГ.

Трансформаторный узел так же, как у аналога, является продолжением общей конструкции и расположен за генератором отдельным блоком. Первичная и вторичная обмотки выполнены коаксиальными. Первичная обмотка располагается над вторичной обмоткой. Трансформатор отнесен от МКГ для уменьшения влияния работающего генератора на трансформаторный узел. Первичная обмотка соединена с проводниками МКГ, а вторичная - с нагрузкой.

Недостатками прототипа также являются достаточно большие потери энергии из-за удаленности трансформатора от МКГ и сложной и протяженной системы токопроводов. В целом устройство имеет большие габариты, оно довольно сложное как по своей конструкции, так и по технологии изготовления.

При создании данного изобретения решалась задача получения мощного импульса электромагнитной энергии и согласования параметров МКГ с параметрами нагрузки.

Техническим результатом при решении данной задачи являлось уменьшение потерь энергии, упрощение конструкции с сокращением габаритов устройства в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным устройством для получения и преобразования импульса электромагнитной энергии, содержащим МКГ, включающий коаксиальные центральный проводник с зарядом ВВ и наружный спиральный проводник, а также трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого расположены соосно с проводниками МКГ, новым является то, что витки первичной обмотки трансформатора выполнены в виде продолжения витков спирального проводника МКГ в форме петель и расположены вокруг оси устройства. Вторичная обмотка выполнена в виде спирали, витки которой расположены между петлевыми витками первичной обмотки. Кроме того, первичная и вторичная обмотки трансформатора выполнены в виде тора или торообразной формы. Вторичная обмотка выполнена в виде четного числа секций, причем спирали соседних секций намотаны в противоположных направлениях. Между петлевыми витками первичной обмотки и витками вторичной обмотки расположена изоляция, например, из изоляционной пленки. Петлевые витки первичной обмотки и спиральный проводник МКГ выполнены едиными изолированными проводниками без промежуточных соединений. Петлевые витки первичной обмотки имеют более одного витка.

Выполнение витков первичной обмотки трансформатора в виде продолжения витков спирального проводника позволяет, особенно в случае выполнения их единым изолированным проводником, избавиться от промежуточных соединительных деталей и дополнительных изоляторов, что приводит к сокращению длины, а следовательно, и потерь энергии в соединительной линии генератора с трансформатором и существенно упрощает конструкцию.

Расположение витков вторичной обмотки между витками первичной и вторичной обмотки и между первичной и вторичной обмотками позволяет выполнить ее оптимальной толщины, что также сокращает потери энергии.

Выполнение вторичной обмотки в виде четного числа секций, соседние из которых намотаны в противоположных направлениях, приводит к тому, что выводы обмоток одинаковой полярности расположены рядом, а противоположной полярности максимально удалены, что упрощает изоляцию между выводами вторичной обмотки и между первичной и вторичной обмотками и позволяет выполнить ее оптимальной толщины, что также сокращает потери энергии.

Выполнение петель первичной обмотки из нескольких витков приводит к сокращению диаметра витков, так как индуктивность тороидальной обмотки пропорциональна числу витков, то при увеличении их числа диаметр сокращается во столько же раз, а это сокращает габариты устройства.

В зависимости от условий эксплуатации и технологических возможностей форма петель может быть окружностью (для тора), как наиболее прочная, или торообразной при наличии ограничений по габаритам или технологии изготовления.

На фиг.1 изображено заявляемое устройство для получения и преобразования импульса электромагнитной энергии.

На фиг. 2 изображен вид с торца заявляемого устройства со стороны трансформатора.

На фиг.3 изображен вид с того же торца при выполнении вторичной обмотки в виде 4-х секций.

На фиг.4 изображен фрагмент 1 фиг.3.

Устройство для получения и преобразования импульса электромагнитной энергии содержит МКГ 1 и трансформатор 2. МКГ включает коаксиальные центральный проводник 3 с зарядом 4 ВВ и наружный спиральный проводник. 5. Трансформатор 2 включает первичную 6 и вторичную 7 обмотки, расположенные соосно с проводниками 3 и 5 МКГ. Витки первичной обмотки 6 выполнены в виде продолжения витков спирального проводника 5 МКГ в форме петель и расположены вокруг оси устройства. Вторичная обмотка 7 выполнена в виде спирали, витки которой расположены между петлевыми витками первичной обмотки 6. Вторичная обмотка 7 выполнена в виде четного числа секций, например четырех (фиг.3), причем спирали соседних секций намотаны в противоположных направлениях. Между петлевыми витками первичной обмотки 6 и витками вторичной обмотки 7 расположена изоляция 8, например, из изоляционной пленки. Петлевые витки первичной обмотки 6 и спиральный проводник 5 МКГ выполнены едиными изолированными проводниками без промежуточных соединений. Первичная 6 и вторичная 7 обмотки трансформатора 2 выполнены в виде тора или имеют торообразную форму. Петлевые витки первичной обмотки 6 имеют более одного витка.

Кроме того, заявляемое устройство содержит клеммы 9 для подключения первоначального источника питания, торцевой фланец 10 МКГ, систему инициирования 11 заряда ВВ 4 и клеммы 12 для подключения нагрузки.

В примере конкретного выполнения в качестве проводников для спирали МКГ ⊘ 100 мм и петлевых витков первичной обмотки трансформатора используется медный провод ⊘ 4,5 мм, обмотанный лавсановой пленкой, в качестве проводников вторичной обмотки используется аналогичный провод с дополнительной изоляцией из фторопластовой или лавсановой пленки. Дополнительная изоляция используется на конечном участке высоковольтных выводов вторичной обмотки. В качестве промежуточной изоляции 8 между обмотками используется лавсановая пленка. Форма петлевых витков в виде окружности ⊘ 50 мм. Средний ⊘ тора ≅160 мм. Общая длина устройства 750 мм.

Работает заявляемое устройство следующим образом. После включения источника питания от клемм 9 и срабатывания системы инициирования 11 заряда ВВ 4 центральный проводник 3 разлетается, перемыкая витки спирального проводника 5. При этом магнитный поток усиливается, куммулируется в уменьшающийся объем и вытесняется в первичную обмотку 6, а далее во вторичной обмотке 7 наводится напряжение.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое устройство позволяет исключить соединительную линию между МКГ и трансформатором и промежуточные соединительные детали и изоляторы. Это приводит к уменьшению потерь магнитного потока. Устройство имеет небольшие габариты, особенно по длине, в целом в ≅1,2 раза меньше. Кроме того, значительно проще конструкция трансформатора, что позволяет снизить стоимость и упростить изготовление устройства в целом.

Формула изобретения

1. Устройство для получения и преобразования электромагнитной энергии, содержащее магнитокумулятивный генератор, включающий коаксиальные центральный проводник с зарядом взрывчатого вещества и наружный спиральный проводник, а также трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого расположены соосно с проводниками магнитокумулятивного генератора, отличающееся тем, что витки первичной обмотки трансформатора выполнены в виде продолжения витков спирального проводника магнитокумулятивного генератора в форме петель и расположены вокруг оси устройства, а вторичная обмотка выполнена в виде спирали, витки которой расположены между петлевыми витками первичной обмотки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вторичная обмотка выполнена в виде четного числа секций, причем спирали соседних секций намотаны в противоположных направлениях.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что между петлевыми витками первичной обмотки и витками вторичной обмотки расположена изоляция, например, из изоляционной пленки.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что петлевые витки первичной обмотки и спиральный проводник магнитокумулятивного генератора выполнены едиными изолированными проводниками без промежуточных соединений.

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что первичная и вторичная обмотки трансформатора выполнены в виде тора или торообразной формы.

6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что петлевая первичная обмотка выполнена из более чем одного витка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4