DE2806000A1 - Pulse generator for magnetising permanent magnets - discharges electrolytic capacitor into coil and uses second capacitor to recover stored magnetic energy - Google Patents

Abstract

The pulse generator uses an electrolytic capacitor to produce large current pulses in an inductor without causing unacceptable levels of heat to be developed in it. The generator is for use in magnetising permanent magnets, inducing deformations in workpieces, or for generating large magnetic fields for nuclear physics. The magnetic energy stored in the inductor after the capacitor has discharged is used to charge a second capacitor. This second capacitor may be used to recharge the first capacitor so that the magnetic energy is recycled directly. The two electrolytic capacitors are connected in series with opposing polarities.

Description

Elektrischer Impuls-Generator Electric pulse generator

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Impuls-Generator zur Erzeugung hoher Strom-Impulse in einer Induktivität durch Entladen eines Kondensators, wie er zum Magnetisieren von Dauermagneten, zum Ausrichten von Magnetpulvern in der Fertiqung von anisotropen Dauermagneten, zum mechanischen Verformen von werkstücken oder zur Erzeugung hoher Magnetfelder in der Atomtechnik verwendet wir.The invention relates to an electrical pulse generator for generating high current pulses in an inductor by discharging a capacitor, such as he for magnetizing permanent magnets, for aligning magnetic powders in the Production of anisotropic permanent magnets for the mechanical deformation of workpieces or to generate high magnetic fields in atomic technology.

Impuls-Generatoren dieser Art sind bekannt. Sie können mit Elektrolyt-Kondensatoren oder mit Metallpapier-Kondensatoren ausgerüstet sein. Elektrolyt-Kondensatoren haben den Vorteil einer hohen Kapazität pro Volumen, aber den Nachteil, daß sie nicht umgepolt werden dürfen, d.h. daß sie schon durch geringe Gegenspannung von wenigen Uolt zerstört werden. Metallpapier-Kondensatoren haben diesen Nachteil nicht, sie können umnepolt werden; dafür besitzen sie eine 4 - 5 mal kleinere Kapazität Pro Volumen.Pulse generators of this type are known. You can use electrolytic capacitors or equipped with metal paper capacitors. Have electrolytic capacitors the advantage of high capacity per volume, but the disadvantage that they are not The polarity may be reversed, i.e. that they can be reversed by a few Uolt to be destroyed. Metal paper capacitors don't have this disadvantage, they do can be reversed; for this they have a 4 - 5 times smaller capacity Pro Volume.

Bekanntlich ist das Strom-Maximum bei einer nicht gedämpften Entladung (9 = O) um den Faktor e = 2,718 höher als bei Entladung im aperiodischen Grenzfall (R = 2 \|L/C ). Ohne besondere Hilfsmittel wurde bekannterweise der Entladekreis so dimensioniert, daß keine Umpolung von Elektrolyt-Kondensatoren auftritt, indem entweder fL eine aperiodische Dämpfung gesorgt wurde (R < 2 #L/C@), oder indem parallel zur Induktivität eine Diode so geschaltet wurde, daß die magnetische Energie der Induktivität durch Aufrechterhalten des Stromes in ihr in ohmsche U1ärme umgesetzt wurde. Beides führt zu einer unzulässigen Erwärmung der Induktivität und begrenzt die Impuls-Häufigkeit oder bedingt besondere Kühlmaßnahnlen.It is well known that the current maximum is with a non-damped discharge (9 = O) higher by a factor of e = 2.718 than with discharge in the aperiodic limit case (R = 2 \ | L / C). It is well known that the discharge circuit was used without any special aids dimensioned so that no polarity reversal of electrolytic capacitors occurs by either fL an aperiodic damping was provided (R <2 # L / C @), or by parallel to the inductance a diode was connected so that the magnetic energy the inductance converted into ohmic U1ärme by maintaining the current in it became. Both lead to an impermissible heating of the inductance and are limited the pulse frequency or requires special cooling measures.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, mit Elektrolyt-Kondensatoren hohe Strom-Impulse in einer Induktivität zu erzeugen, ohne daß eine unzulässige Erwärmung der Induktivität auftritt. Dies ist möglich, wenn der aus Kondensator C und Induktivität L gebildete Kreis wenia qedämpft ist, d.h. wenn der Widerstand des Entladekreises ist. Die Erfindung besteht darin; daß die nach der Entladung dEs Kondensators in der Induktivität gespeicherte magnetische Energie zum Aufladen eines Kondensato-s benutzt wird. Dieser kann ein zweiter Kondensator sein; es kann mit einer im folgenden angegebenen Schaltung aber auch der entladene Kondensator ganz oder teilueise mit der ursprünglichen Polarität wieder aufgeladen werden.The inventor has set himself the task of using electrolytic capacitors to generate high current pulses in an inductance without the inductance being heated in an unacceptable manner. This is possible if the circuit formed from capacitor C and inductance L is less damped, ie if the resistance of the discharge circuit is. The invention consists in; that the magnetic energy stored in the inductance after the discharge of the capacitor is used to charge a capacitor. This can be a second capacitor; however, the discharged capacitor can also be fully or partially recharged with the original polarity using a circuit specified below.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.Two exemplary embodiments of the invention are described below.

In Fig.1 ist eine Schaltung angegeben, bei der die in der Induktivität L gespeicherte magnetische Energie wenigstens teilweise zum Laden eines zweiten Kondensators benutzt wird. Im Kondensator 1 ist die über den Schalter 2 zugeführte Impuls-Energie gespeichert. Beleim Zünden des Hochstrom-Schalters 3, hier als Ignitron dargestellt, durch den Zündkreis 4 entsteht eine Stromimpuls J durch die Induktivität 5, wobei der zweite Kondensator 6 aufgeladen wird. Er ist so gepolt, daß er diesen Strom aufnehmen kann, also gegenpolig zu 1. Wenn die Spannung am Ignitron 3 Null wird, erlischt es und ein Teil der nicht im Widerstand R des Kreises verbrauchten Energie ist als Ladung im Kondensator 6 vorhanden. Da dieser sich nicht wieder über 5 und 3 entladen kann, fließt seine Ladung über einen Widerstand 7, der sich ausserhalb von L befindet und leicht zu kühlen ist.In Fig.1 a circuit is shown in which the inductance L stored magnetic energy at least partially for charging a second Capacitor is used. The capacitor 1 is supplied via the switch 2 Impulse energy stored. Glue igniting the high-current switch 3, here as an ignitron shown, the ignition circuit 4 generates a current pulse J through the inductance 5, the second capacitor 6 being charged. It is polarized so that it can Can absorb current, i.e. opposite to 1. If the voltage at the Ignitron 3 is zero it goes out and part of the not consumed in the resistor R of the circuit Energy is present as a charge in the capacitor 6. Since this is not over again 5 and 3 can discharge, its charge flows through a resistor 7, which is outside from L and is easy to cool.

Eine andere Anordnung zur erfindungsgernässen Erzeugung hoher Strom-Impulse besteht darin, daß durch Verwendung von zwei Hochstrom-Schaltern und zwei Dioden ein Kondensator über eine Induktivität entladen und die im Magnetfeld der Induktivität gespeicherte Energie wieder in den gleichen Kondensator bei gleicher Polarität zurückgeführt wird. Eine solche AnordnUng ist in Fig. 2 dargestellt.Another arrangement for the production of high current pulses according to the invention is that by using two high current switches and two diodes a capacitor discharged through an inductor and that in the magnetic field of the inductor stored energy is fed back into the same capacitor with the same polarity will. Such an arrangement is shown in FIG.

Im Kondensator 8 ist die über den Schalter 9 zugeführte Impuls-Energie gespeichert. In seinen Zuleitungen zur Jnduktivität 10 liegen die beiden Hochstrom-Schalter 11 und 12, die hier als Ignitrons dargestellt sind. Werden sie gleichzeitig durch die Zündkreise 13 und 14 gezndet, so entlädt sich der Kondensator 8 und ein Strom-Impuls fließt durch die Induktivität 10. benn der Kondensator entladen ist, löschen die beiden Ignitrons; die im Magnetfeld der Induktivität 10 gespeicherte Energie fließt nun über die Dioden 15 und 16 wieder in den Kondensator zurück. Bei verschwindend kleinem Widerstand R des Kreises wird der Kondensator auf die ursprüngliche Spannung wieder aufgeladen.The pulse energy supplied via the switch 9 is in the capacitor 8 saved. The two high-current switches are located in its leads to inductance 10 11 and 12, shown here as ignitrons. Will they go through at the same time the ignition circuits 13 and 14 ignited, the capacitor 8 discharges and a current pulse flows through the inductance 10. When the capacitor is discharged, delete the both ignitrons; those in the magnetic field of Inductance 10 stored Energy now flows back into the capacitor via diodes 15 and 16. at vanishingly small resistance R of the circuit, the capacitor will return to the original Voltage recharged.

Die im Kondensator bei endlichem Widerstand R und bei Belastung der Induktivität z.B. durch einen zu magnetisierenden Körper 17 wieder gespeicherte Energie ist gleich der ursprünglichen Energie vermindert um die in R erzeugte Wärmeenergie und um die im Magneten 17 gespeicherte magnetische Energie.The in the capacitor with a finite resistance R and with a load of the Inductance e.g. stored again by a body 17 to be magnetized Energy is equal to the original energy minus the thermal energy generated in R. and about the magnetic energy stored in the magnet 17.

Ein besonderer Vorteil der zuletzt beschriebenen Anordnung nach Fig. 2 liegt darin, daß nur aiese tatsächlich verbrauchte Energie durch das Lsdegerät über 9 nachgeliefert werden muß. Eine schnellere Impulsfolge ist das Ergebnis.A particular advantage of the last-described arrangement according to Fig. 2 lies in the fact that only this energy actually consumed by the disintegration device over 9 must be delivered later. A faster pulse train is the result.

Bedingung für das Fließen des Impulsstromes in der Anordnung nach Fig. 2 ist, daß die Zündung der beiden Hochstromschalter gleichzeitig erfolgt. Dies wird durch gleichzeitiges Ansteuern der beiden Zündkreise 13 und 14 erreicht, z.B. über einen Zndtransformator mit 2 Sekundärwicklungen, die mit je einem der beiden Zündkreise verbunden sind.Condition for the flow of the pulse current in the arrangement according to Fig. 2 is that the ignition of the two high-current switches occurs simultaneously. this is achieved by simultaneously driving the two ignition circuits 13 and 14, e.g. via an ignition transformer with 2 secondary windings, each with one of the two Ignition circuits are connected.

Das Zünden der beiden Hochstromschalter 11 und 12 kann erfindungsgemäß dadurch erleichert werden, daß jedem Schalter eine Kapazität 18 beziehungsweise 19 parallelgeschaltet ist, die über die Widerstände 20 und 21 aufgeladen werden. Sohald einer der beiden Hochstromschalter zündet, entlädt sich der ihm parallel liegende Kondensator über einen weiteren widerstand 22 beziehungsweise 23 und hält ihn dadurch offen, bis auch der andere Hochstromschalter gezündet hat.The ignition of the two high-current switches 11 and 12 can according to the invention be facilitated by the fact that each switch has a capacitance 18, respectively 19 is connected in parallel, which are charged via the resistors 20 and 21. As soon as one of the two high-current switches ignites, it discharges in parallel lying capacitor over another resistor 22 or 23 and holds this leaves it open until the other high-current switch has also ignited.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (11)

Patentansprüche 1. Elektrischer Impuls-Generator zur Erzeuqung hoher Stron-Impulse in einer Induktivität durch Entladung eines Kondensators, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der Entladung des Hodensators in der Induktivitt gespeicherte magnetische Energie ganz oder teilweise in einem Kondensator aufgefangen wird. Claims 1. Electrical pulse generator for generating high Stron impulses in an inductance due to the discharge of a capacitor, thereby characterized in that the stored after the discharge of the testicle in the inductance magnetic energy is wholly or partially captured in a capacitor. 2) Elektrischer ;Impuls-Generator nach Anspruch 1), gekennzeichnet durch zwei gegenpolig in Serie geschaltete Kondensatoren, von denen nur einer aufgeladen ist und über einen Hochstrom-Schalter und die Induktivität in den anderen Hondensator entladen wird.2) electrical; pulse generator according to claim 1), characterized by two capacitors connected in series with opposite polarity, of which only one is charged is and via a high current switch and the inductance in the other Hondensator is discharged. 3) Elektrischer Impuls-Generatorr nach Anspruch 1), gekennzeichnet durch je einen Hochstrom-Schslter in den beiden Verbindungsleitungen zwischen Kondensator und Induktivität und durch je eine Diode, welche die Induktivität und je einen Hochstrom-Schalter ilberbrilskt und die derart gepolt sind, daß die in der Induktivitt gespeicherte Energie den Kondensator mit gleicher Polarität wie vor der Entladung wieder auflädt.3) electrical pulse generator according to claim 1), characterized through a high-current switch in each of the two connecting lines between the capacitor and inductance and one diode each, which is the inductance and one high-current switch each ilberbrilskt and which are polarized in such a way that the stored in the inductance Energy recharges the capacitor with the same polarity as before the discharge. 4) Elektrischer Impuls-Senerator nach Anspruch 1)und 2), dadurch gekennzeichnet, daß als Hochstrom-Schalter Iqnitrons oder Thyristoren verwendet werden.4) Electrical pulse generator according to claim 1) and 2), characterized in that that Iqnitrons or thyristors are used as high-current switches. 5) Elektrischer Impuls-Generator nach Anspruch 1) und 3), dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hochstrom-Schalter gleichzeitiq gezündet werden.5) Electrical pulse generator according to claim 1) and 3), characterized characterized in that the two high-current switches are ignited simultaneously. 6) Elektrischer Impuls-Generator nach Anspruch 3), dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung der beiden Hochstrorp-Schalter solande aufrecht erhalten wird, daß der Entladungsstrom durch beide Hochstrom-Schalter fließt.6) Electrical pulse generator according to claim 3), characterized in that that the ignition of the two Hochstrorp switches is maintained so long that the discharge current flows through both high-current switches. 7) Elektrischer Impuls-Generator nach Anspruch 1) und 3), gekennzeichnet durch die Verwendung von Elektrolyt-Kondensatoren als Energie-Speicher. 7) Electrical pulse generator according to claim 1) and 3), characterized by using electrolytic capacitors as energy storage. 8) Elektrischer Impuls-Generator nach Anspruch 1) - 7), gekennzeichret durch die Anwendung zum Magnetisieren von Dauermagneten . 8) Electrical pulse generator according to claim 1) - 7), marked by using it to magnetize permanent magnets. 9) Elektrischer Impuls-Generator nach Anspruch 1) - 7), gekennzeichnet durch die Anwendung zum Ausrichten von Magnetpulvern bei der Herstellung von anisotropen Dauermagneten. 9) Electrical pulse generator according to claim 1) - 7), characterized by using it to align magnetic powders in the manufacture of anisotropic Permanent magnets. 1U) Elektrischer Impuls-Generator nach Anspruch 1) - 7), gekennzeichnet durch die Anwendung zum mechanischen Verformten von Werkstücken.1U) Electrical pulse generator according to claim 1) - 7), characterized by using it for the mechanical deformation of workpieces. 11) Elektrischer Impuls-Generator nach Anspruch 1) - 7), gekennzeichnet durch die Anwendung zum Erzeugen hoher Magnetfelder in atomtechnischen Anlaqen.11) Electrical pulse generator according to claim 1) - 7), characterized by using it to generate high magnetic fields in nuclear facilities.