Генератор импульсных токов

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться для магнитно-импульсной обработки материалов, создания импульсных потоков плазмы, электрогидравлической обработки материалов. Достигаемый технический результат - повышенная стабильность срабатывания генератора импульсных токов. Генератор импульсных токов содержит зарядное устройство, разрядный контур, состоящий из батареи конденсаторов, нагрузки, двухэлектродного разрядника, спиральный генератор из двух обкладок, соединенных между собой управляемым коммутатором, причем одна обкладка спирального генератора включена в разрядный контур, а другая подключена к зарядному устройству. 1 ил.

 

Изобретение относится к сильноточной импульсной технике и может быть использовано для магнитно-импульсной обработки материалов (МИОМ), создания импульсных потоков плазмы (импульсные плазмотроны), электрогидравлической обработки материалов (упрочнение фундаментов) и т.д.

Известен генератор импульсных токов [1], который представляет собой батарею параллельно заряженных конденсаторов. Число, напряжение и емкость конденсатора определяют энергию генератора. Энергия в батарее накапливается за счет заряда конденсаторов в относительно длительный интервал времени от специального источника напряжения (зарядного устройства) и выделяется в относительно короткий промежуток времени в нагрузке. Специальное коммутирующее устройство - управляемый трехэлектродный разрядник (тригатрон) - в зависимости от нагрузки батареи в процессе ее заряда соединяет батареи и нагрузку в нужный момент времени. Генератор импульсных токов включает в себя также систему проводников, соединяющих отдельные конденсаторы в батарею с коммутирующим устройством, а коммутирующее устройство с нагрузкой.

Недостатком такого устройства является нестабильность работы коммутирующего устройства - тригатрона. Особенно это проявляется при многократной коммутации. Большие импульсные токи, протекающие через тригатрон, вызывают эрозию электродов, которая сопровождается изменением их формы и состояния поверхности, а также загрязнением газовой среды и, соответственно, поверхности изоляции. Это, в свою очередь, обусловливает изменение электрических свойств тригатрона: уменьшаются статическое разрядное напряжение и электрическая прочность изоляционной конструкции, особенно изоляции между инициирующим и основным электродами. В итоге ухудшаются вольтсекундные характеристики тригатрона. Даже возможно самопроизвольное срабатывание коммутирующего устройства (самоход).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является, выбранный в качестве прототипа, генератор импульсных токов [2], содержащий батарею конденсаторов, коммутирующее устройство - двухэлектродный разрядник и импульсный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к дополнительному конденсатору через управляемый коммутатор (тригатрон или тиратрон), а вторичная обмотка включена в разрядный контур, куда включены также батарея конденсаторов, двухэлектродный разрядник и нагрузка. Батарея конденсаторов и дополнительный конденсатор подключены через резисторы к зарядному устройству.

При подаче на первичную обмотку трансформатора высоковольтного импульса на второй обмотке появляется высоковольтный импульс, обеспечивающий срабатывание прямым перенапряжением основного коммутирующего устройства - двухэлектродного разрядника. Основным достоинством такого устройства является то, что индуктируемый импульс соизмерим со статическим разрядным напряжением двухэлектродного разрядника и обеспечивает в широком диапазоне измерение основного напряжения без регулирования расстояния между электродами. Такое достоинство обеспечивает стабильность работы основного коммутирующего устройства - двухэлектродного разрядника, мала его зависимость от степени эрозии его электродов и загрязнения поверхности изоляции. Тем более, в двухэлектодном разряднике влияние изоляции из-за конструктивной простоты значительно меньше, чем в тригатроне.

Однако в известном устройстве [2] на стабильность его работы оказывает влияние управляемый коммутатор цепи первичной обмотки трансформатора. Действительно, эта цепь обладает значительно меньшей энергоемкостью, чем основной разрядный контур генератора импульсных токов, т.е. износ электродов управляемого разрядника и загрязнение его изоляции должны быть минимальными. Соответственно, ожидаемое влияние управляемого коммутатора на стабильность срабатывания генератора импульсных токов предполагалось незначительным. Но, из-за трансформаторной связи, часть энергии основного разрядного контура генератора импульсных токов, при его срабатывании передается в цепь первичной обмотки трансформатора, так как управляемый коммутатор этой цепи не успевает восстановить электрическую прочность. Естественно, величина наведенного тока и его длительность значительно выше собственного управляющего тока. В итоге износ и загрязнение управляемого коммутатора резко возрастают, что приводит в дальнейшем к нестабильной работе генератора импульсных токов.

Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства с повышенной стабильностью срабатывания генератора импульсных токов. Техническим результатом является повышение стабильности срабатывания за счет отсутствия в управляемой цепи наведенного тока.

Указанный технический результат достигается тем, что генератор импульсных токов, содержащий зарядное устройство, подключенное к разрядному контуру, состоящему из батареи конденсаторов, нагрузки, двухразрядного разрядника, содержит спиральный генератор из двух обкладок, соединенных между собой управляемым коммутатором, причем одна обкладка спирального генератора включена в разрядный контур, а другая подключена к зарядному устройству

Запуск генератора импульсных токов осуществляется с помощью управляемого коммутатора (тригатрон или тиратрон), включенного между обкладками спирального генератора. Здесь ток в управляемом коммутаторе определяется только энергоемкостью спирального генератора, которая незначительна. В заявляемом устройстве также имеется трансформаторная связь между обкладками спирального генератора. Однако на распределение токов она совершенно не оказывает влияние, т.к. управляемый коммутатор включен между обкладками. И обкладки, где наводится трансформаторная эдс, не образуют замкнутой цепи с управляемым коммутатором. Таким образом, в течение длительной эксплуатации сохраняются стабильными характеристики управляемого коммутатора и соответственно высокая стабильность срабатывания генератора импульсных токов.

На фиг.1 представлена электрическая схема предлагаемого устройства, которая содержит зарядное устройство 1, батарею конденсаторов 2, коммутирующий двухэлектродный разрядник 3, нагрузку 4, содержащий обкладки 7, 8 спиральный генератор 6 с управляемым коммутатором 9. Батарея конденсаторов 2 и спиральный генератор 6 через зарядные резисторы 5 и 10 соответственно подключены к зарядному устройству 1. При этом спиральный генератор 6 подсоединен к зарядному устройству 1 обкладкой 8 (на фиг.1 обкладка 8 представлена пунктирной линией). Обкладка 7 (на фиг.1 обкладка 7 представлена сплошной линией) спирального генератора 6 включена в разрядный контур генератора импульсных токов, состоящего из батареи конденсаторов 2, двухэлектродного разрядника 3, нагрузки 4, путем подключения одного ее конца к разряднику 3, а другого конца к нагрузке 4. Управляемый коммутатор 9 (тригатрон или тиратрон) включен между обкладками 7 и 8 спирального генератора 6 для его коммутации.

Генератор импульсных токов работает следующим образом при включении зарядного устройства 1 батарея конденсаторов 2 через зарядный резистор 5, спиральный генератор 6, через зарядный резистор 10 заряжается до необходимого уровня напряжения. Затем при подаче инициирующего импульса в момент времени, когда уровень напряжения достигнет необходимого уровня, на управляющий электрод коммутатора 9 (на фиг.1 управляющий электрод коммутатора 9 показан стрелкой), коммутатор срабатывает и спиральный генератор 6 генерирует высоковольтный импульс. Этот импульс с помощью обкладки 7 спирального генератора 6 вводится в разрядный контур генератора импульсных токов и через нагрузку 4, емкость батареи конденсаторов 2 подается на электроды двухэлектродного разрядника 3. В результате за счет прямого перенапряжения двухэлектродный разрядник 3 срабатывает. Далее через двухэлектродный разрядник 3 и обкладку 7 спирального генератора 6 батарея конденсаторов 2 разряжается на нагрузку 4, выполняя необходимую технологическую операцию. Повышенная стабильность срабатывания заявляемого устройства обеспечивается стабильной работой обоих коммутаторов: двухэлектродного разрядника 3 и управляемого коммутатора 9.

Для устойчивого срабатывания двухэлектродного разрядника 3 необходимо, как и в прототипе [2], чтобы индуктируемый импульс от спирального генератора 6 был соизмерим с разрядным напряжением двухразрядного разрядника 9. А длительная стабильность срабатывания управляемого коммутатора 9 (в отличие от прототипа [2]) обеспечивается отсутствием в управляемой цепи наведенного тока. Здесь собственный ток незначителен, т.к. он определяется только энергоемкостью спирального генератора.

Источники информации

1. Техника больших импульсных токов и магнитных полей. Под ред. B.C.Комелькова. М., Атомиздат, 1970, с.12.

2. Смирнов С.А, Шендерович А.М. А.С. СССР, кл.21, d³, 3/01; 21е; 37/03, №129737. 8.07.1959.

Генератор импульсных токов, содержащий зарядное устройство, подключенное к разрядному контуру, состоящему из батареи конденсаторов, нагрузки, двухэлектродного разрядника, отличающийся тем, что генератор содержит спиральный генератор из двух обкладок, соединенных между собой управляемым коммутатором, причем одна обкладка спирального генератора включена в разрядный контур, а другая подключена к зарядному устройству.