Индуктивно-импульсный генератор

Авторы патента:

Пустынников Сергей Владимирович (RU)

H03K3/00 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

H03K19/00 - Логические схемы, т.е. устройства, имеющие не менее двух входов, работающих на один выход (схемы для компьютерных систем, использующих нечеткую логику G06N 7/02); инверторные схемы

H03K17/00 - Схемы для генерирования электрических импульсов; моностабильные, бистабильные или мультистабильные схемы (H03K 4/00 имеет преимущество; для цифровых вычислительных машин G06F 1/025)

Владельцы патента RU 2708937:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к импульсной технике. Технический результат: увеличение величины и мощности импульса тока в нагрузке путём увеличения доли энергии, передаваемой в нагрузку. Для этого предложен индуктивно-импульсный генератор, который содержит первую катушку индуктивности, подключённую через коммутатор к плюсовому зажиму источника постоянного тока, конденсатор, включенный параллельно коммутатору, нагрузку и вторую катушку индуктивности. Индуктивности первой и второй катушки индуктивности одинаковы. Каждая катушка индуктивности выполнена с отводом от части витков, который делит её на две части так, что индуктивность одной части витков больше индуктивности другой части витков в 2 - 10 раз. К входному зажиму первой катушки индуктивности подключен входной зажим второй катушки индуктивности. К отводу первой катушки индуктивности подключён анод вентиля, катод которого подключён к входному зажиму нагрузки. Выходной зажим нагрузки подключён к отводу второй катушки индуктивности. Выходные зажимы первой и второй катушек индуктивности подключены к минусовому зажиму источника постоянного тока. 5 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания ускорителей, плазмотронов, лазеров, электрогидравлических устройств.

Известен индуктивно-импульсный генератор [RU 130168 U1, МПК Н03К17/08 (2006.01), 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 подключён параллельно коммутатору.

После размыкания коммутатора только часть запасённой энергии через повышающий трансформатор передаётся в нагрузку. При больших значениях тока возникает эффект насыщения стали магнитопровода повышающего трансформатора, вследствие чего коэффициент связи первичной и вторичной обмоток уменьшается и увеличиваются потери в стали магнитопровода трансформатора. Следовательно, снижается доля энергии, передаваемой в нагрузку, что приводит к уменьшению величины и мощности импульса тока в нагрузке.

Предлагаемое изобретение позволяет увеличить величину и мощность импульса тока в нагрузке путём увеличения доли энергии, передаваемой в нагрузку.

Индуктивно-импульсный генератор, так же как в прототипе, содержит первую катушку индуктивности, подключённую через коммутатор к плюсовому зажиму источника постоянного тока, конденсатор, включенный параллельно коммутатору и нагрузку.

Согласно изобретению индуктивно-импульсный генератор дополнительно содержит вторую катушку индуктивности, причем индуктивности первой и второй катушки индуктивности одинаковы. Каждая катушка индуктивности выполнена с отводом от части витков, который делит её на две части так, что индуктивность одной части витков больше индуктивности другой части витков в 2 - 10 раз. К входному зажиму первой катушки индуктивности, которым является вывод от её большей части витков, подключен входной зажим второй катушки индуктивности, которым является вывод от её меньшей части витков. К отводу первой катушки индуктивности подключён анод вентиля, катод которого подключён к входному зажиму нагрузки. Выходной зажим нагрузки подключён к отводу второй катушки индуктивности. Выходной зажим первой катушки индуктивности, которым является вывод от её меньшей части витков, и выходной зажим второй катушки индуктивности, которым является вывод от её большей части витков, подключены к минусовому зажиму источника постоянного тока.

Предложенные индуктивно-импульсный генератор имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:

в предложенной схеме до размыкания коммутатора первая и вторая катушка индуктивности подключены параллельно источнику постоянного тока, что позволяет увеличить запасаемую устройством электромагнитную энергию;

при размыкании коммутатора в соответствии с обобщёнными законами коммутации возникают два одинаковых импульса тока, которые суммируются и формируют импульс тока в нагрузке, имеющий на 10-20% большую величину и мощность, чем импульс тока в устройстве прототипа.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема индуктивно-импульсного генератора, на фиг. 2 – диаграмма тока в большей части витков первой и второй катушек индуктивности, на фиг. 3 - диаграмма тока в меньшей части витков первой и второй катушек индуктивности, на фиг. 4 – импульс тока в нагрузке, создаваемый большей и меньшей частью витков катушек, на фиг. 5 - суммарный импульс тока в нагрузке.

Индуктивно-импульсный генератор содержит источник постоянного тока 1 (фиг. 1), плюсовой зажим которого подключён к входному зажиму коммутатора 2 и первому выводу конденсатора 3. Первая катушка индуктивности 4-5 разделена отводом на две неравные части, причём большая часть витков 4 катушки имеет величину индуктивности которая в 2 –10 раз превышает величину индуктивности меньшей части её витков 5.Вторая катушка индуктивности 6-7 разделена отводом на две неравные части: большая часть витков 7 катушки имеет величину индуктивности, которая в 2 –10 раз превышает величину индуктивности меньшей части её витков 6. Выходной зажим коммутатора 2 соединён со вторым выводом конденсатора 3, с входным зажимом вывода от большей части витков 4 первой катушки индуктивности 4-5 и с входным зажимом вывода от меньшей части витков 6 второй катушки индуктивности 6-7. Выходной зажим вывода от меньшей части витков 5 первой катушки индуктивности 4-5 и выходной зажим вывода от большей части витков 7 второй катушки индуктивности 6-7 подключены к минусовому зажиму источника постоянного тока 1. К отводу первой катушки индуктивности 4-5 подключён анод вентиля 8, катод которого подключён к входному зажиму нагрузки 9, выходной зажим нагрузки 9 подключён к отводу второй катушки индуктивности 6-7.

Устройство работает следующим образом. Источник постоянного тока 1 при замыкании коммутатора 2 в нулевой момент времени создаёт в первой катушке индуктивности 4-5 ток 10 I_Lк(0_-) (фиг. 2), а во второй катушке индуктивности 6-7 равный по величине ток 11 I_Lк(0_-) (фиг. 3). После размыкания коммутатора 2 в момент времени t₀возникает контур, образованный большей частью витков 4 первой катушки индуктивности 4-5, меньшей частью витков 6 второй катушки индуктивности 6-7 и последовательно включёнными между отводами катушек вентилем 8 и нагрузкой 9. Поскольку индуктивность большей части витков 4 первой катушки индуктивности 4-5 в 2–10 раз превышает индуктивность меньшей части витков 6 второй катушки индуктивности 6-7, в соответствии с обобщёнными законами коммутации суммарное потокосцепление частей катушек 4 и 6 не может измениться мгновенно. При этом в большей части витков 4 первой катушки индуктивности 4-5 возникает бросок тока 12 равный (I_Lк(0_-) - I_Lк(0₊)), причём ток не изменяет своего направления. В меньшей части витков 6 второй катушки индуктивности 6-7 ток меняет своё направление на противоположное и возникает скачок тока 13 равный (I_к(0_-) - (- I_Lк(0₊))), при этом в нагрузке 9 формируется импульс тока 14 (фиг. 4), проходящий через вентиль 8. Аналогично работает контур, образованный меньшей частью витков 5 первой катушки индуктивности 4-5, большей частью витков 7 второй катушки индуктивности 6-7 и последовательно включёнными между отводами катушек вентилем 8 и нагрузкой 9. Возникающий импульс тока, равный по величине импульсу тока 14, также будет проходить через вентиль 8 и нагрузку 9. Таким образом, оба импульса тока 14 складываются и формируют в нагрузке 9 импульс тока 15 (фиг.5).

Возникающее перенапряжение на коммутаторе 2 при его размыкании уменьшается при помощи конденсатора 3.

С помощью программы Multisim были проведены исследования реальной модели индуктивно-импульсного генератора со следующими параметрами: напряжение источника постоянного тока 1 – 10 В, внутреннее сопротивление – 0.1 Ом, индуктивности большей части витков 4 и 7 катушек индуктивностей 4-5 и 6-7 – 69 мГн, индуктивности меньшей части витков 5 и 6 катушек индуктивностей 4-5 и 6-7 – 7 мГн, активное сопротивление катушек индуктивностей 4-5 и 6-7 – 5.9 Ом, сопротивление активной нагрузки 9 – 11 Ом. При размыкании коммутатора 2 в нагрузке 9 формируется импульс тока 15 амплитудой 2,8 А и длительностью 9,95 мс. Амплитудная мощность импульса тока 15 составила 86,24 Вт.

В устройстве прототипа при формировании импульса тока в нагрузке потери энергии в магнитопроводе повышающего трансформатора за счёт эффекта насыщения стали увеличиваются на 10– 20%. Таким образом, заявляемое устройство позволяет на 10 – 20% увеличить долю энергии, передаваемой в нагрузку и соответственно на 10 – 20% увеличить величину и мощность импульса тока в нагрузке.

Индуктивно-импульсный генератор, содержащий первую катушку индуктивности, подключённую через коммутатор к плюсовому зажиму источника постоянного тока, конденсатор, включенный параллельно коммутатору, и нагрузку, отличающийся тем, что дополнительно содержит вторую катушку индуктивности, причем индуктивности первой и второй катушки индуктивности одинаковы, каждая катушка индуктивности выполнена с отводом, который делит её на две части так, что индуктивность одной части витков больше индуктивности другой части витков от 2 до 10 раз, к входному зажиму первой катушки индуктивности, которым является вывод от большей части её витков, подключен входной зажим второй катушки индуктивности, которым является вывод от меньшей части её витков, при этом к отводу первой катушки индуктивности подключён анод вентиля, катод которого подключён к входному зажиму нагрузки, выходной зажим которой подключён к отводу второй катушки индуктивности, а выходной зажим первой катушки индуктивности, которым является вывод от меньшей части её витков, и выходной зажим второй катушки индуктивности, которым является вывод от большей части её витков, подключены к минусовому зажиму источника постоянного тока.

Изобретение относится к устройствам автоматики и может найти применение в устройствах управления ракетно-космической техники. Технический результат заключается в повышении надежности устройства путем контроля кода выданной команды и исключении возможности создания помех путем введения формирователя с заданной крутизной фронтов.

Способ рекуперации электрической энергии и устройство для его осуществления // 2707699

Изобретение относится к средствам электропитания потребителей, использующих аккумуляторы, и может быть применено для электроснабжения различных автономных объектов.

Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения // 2703966

Изобретение относится к средствам получения высоковольтного импульсного напряжения. Технический результат - снижение уровня импульсных электромагнитных помех, излучаемых ранее применяемыми устройствами для получения высоковольтного импульсного напряжения из-за инерционности нелинейных элементов, и в первую очередь диода, соединённого с первым конденсатором.

Устройство для усиления и предварительной обработки импульсов с инфракрасного фотодиода // 2703823

Предлагаемое изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности, к средствам обработки сигналов фотоприемников. Устройство для усиления и предварительной обработки импульсов с инфракрасного фотодиода содержит ИК фотодиод, подключенный к блоку обработки сигнала.

Импульсный селектор // 2703677

Изобретение относится к селекции импульсов. Технический результат – обеспечение выбора из шести синхронизированных импульсных сигналов.

Импульсный селектор // 2702975

Изобретение относится к селекции импульсов. Технический результат - уменьшение аппаратурных затрат.

Импульсный селектор // 2702972

Изобретение относится к селекции импульсов. Технический результат - уменьшение аппаратурных затрат.

Низковольтный d-триггер с асинхронной установкой значения на основе эмиттерно-связанной логики // 2699684

Изобретение относится к области импульсной техники. Технический результат заключается в возможности применения схемы при напряжении питания ниже 5 В, исключении дополнительных цепей смещения логических уравнений, снижении входной емкости вывода сброса RST или установки хранимого значения SET, снижении входной зависимости емкости прямого CLK и инверсного входа тактового сигнала CLK, снижении количества используемых транзисторов в схеме.

Многоканальный преобразователь частоты в код // 2699679

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам преобразования частот в коды. Технический результат - создание более простой структуры многоканального преобразователя частоты в код, позволяющего осуществлять контроль частоты сигналов в m приемниках в информации в опросном режиме по запросу ЭВМ.

Многоканальный блок трансформаторной развязки // 2699588

Изобретение относится к области схемотехники, а именно к устройствам гальванической развязки, и может быть использовано для передачи цифровых сигналов между гальванически развязанными устройствами.

Импульсный селектор // 2706471

Изобретение относится к импульсной технике. Технический результат - обеспечение выбора из n синхронизированных по переднему фронту положительных импульсных сигналов x1,…,xn∈{0,1}, имеющих длительности τ1,…,τn соответственно, сигнала xi, длительность τi которого является (n-2)-й по величине после минимальной среди длительностей τ1,…,tn, где n=6.

Импульсный селектор // 2705471

Изобретение относится к импульсной технике. Технический результат – обеспечение воспроизведения операции med(τ1, …, τ7), где τ1, …, τ7 есть длительности семи положительных импульсных сигналов х1, …, х7 ∈ {0,l}, синхронизированных по переднему фронту.

Триггерный логический элемент не на полевых транзисторах // 2704748

Изобретение относится к цифровой схемотехнике, автоматике и промышленной электронике. Технический результат: повышение нагрузочной способности триггерного логического элемента НЕ на полевых транзисторах.

Импульсный селектор // 2703677

Высоковольтный преобразователь уровня напряжения // 2702979

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения быстродействующих высоковольтных преобразователей уровня напряжения, в том числе при сопряжении элементов электронных систем с несколькими источниками питания.

Импульсный селектор // 2702975

Изобретение относится к селекции импульсов. Технический результат - уменьшение аппаратурных затрат.

Импульсный селектор // 2702972

Изобретение относится к селекции импульсов. Технический результат - уменьшение аппаратурных затрат.

Импульсный селектор // 2702726

Изобретение относится к селекции импульсов. Технический результат - обеспечение воспроизведения операций med(τ1, …, τ5), supramed(τ1, …, τ5).

Способ селекции импульсных последовательностей // 2702077

Изобретение относится к импульсной технике. Техническим результатом является обеспечение возможности селекции импульсных последовательностей как с постоянным, так и с переменным интервалом следования, а также достижение минимального времени обнаружения заданной импульсной последовательности.

Триггерный синхронный r-s триггер на полевых транзисторах // 2702051

Изобретение относится к цифровой схемотехнике, автоматике и промышленной электронике. Оно, в частности, может быть применено в блоках вычислительной техники, выполненных с использованием R-S триггеров.

Возбуждающее устройство // 2706732

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в уменьшении потерь при переключении и пресечении выброса напряжения.