RU2282936C1 - Impulse currents generator - Google Patents

Abstract

FIELD: impulse engineering, possible use for magnetic-impulse processing of materials, creation of impulse plasma streams, electro-hydraulic processing of materials.

SUBSTANCE: impulse currents generator contains charging device, discharge contour, consisting of a battery of capacitors, load, two-electrode discharger, spiral generator of two plates, connected to one another by controllable commutator, while one plate of spiral generator is installed in discharge contour, and another one is connected to charging device.

EFFECT: increased stability of activation of impulse currents generator.

1 dwg

Description

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.The invention relates to high-current pulsed technology and can be used for magnetic pulse processing of materials (MIOM), creating pulsed plasma flows (pulsed plasma torches), electro-hydraulic processing of materials (hardening of foundations), etc.

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.Known pulse current generator [1], which is a battery of parallel-charged capacitors. The number, voltage, and capacitance of a capacitor determine the energy of the generator. The energy in the battery is accumulated due to the charge of capacitors in a relatively long period of time from a special voltage source (charger) and is released in a relatively short period of time in the load. A special switching device - a controlled three-electrode spark gap (trigatron) - depending on the load of the battery during its charge, connects the batteries and the load at the right time. The pulse current generator also includes a system of conductors connecting the individual capacitors to the battery with a switching device, and the switching device with a load.

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).The disadvantage of this device is the instability of the switching device - the trigatron. This is especially evident with multiple switching. Large pulsed currents flowing through the trigatron cause erosion of the electrodes, which is accompanied by a change in their shape and surface condition, as well as pollution of the gaseous medium and, accordingly, the insulation surface. This, in turn, causes a change in the electrical properties of the trigatron: the static discharge voltage and electric strength of the insulating structure, especially the insulation between the initiating and the main electrodes, are reduced. As a result, the voltsecond characteristics of the trigatron deteriorate. Even a spontaneous operation of the switching device (self-propelled) is possible.

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.The closest in technical essence to the claimed device is a pulse current generator [2], selected as a prototype, containing a capacitor bank, a switching device — a two-electrode discharger and a pulse transformer, the primary winding of which is connected to an additional capacitor through a controllable switch (trigatron or thyratron) , and the secondary winding is included in the discharge circuit, which also includes a capacitor bank, a two-electrode spark gap, and a load. A capacitor bank and an additional capacitor are connected through the resistors to the charger.

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.When a high-voltage pulse is applied to the primary winding of the transformer, a high-voltage pulse appears on the second winding, which provides a direct overvoltage operation of the main switching device, a two-electrode spark gap. The main advantage of such a device is that the induction pulse is commensurate with the static discharge voltage of the two-electrode spark gap and provides a wide range of measurement of the main voltage without adjusting the distance between the electrodes. This advantage ensures the stability of the main switching device, the two-electrode spark gap, its dependence on the degree of erosion of its electrodes and pollution of the insulation surface is small. Moreover, in a two-electrode spark gap, the effect of insulation due to structural simplicity is much less than in a trigatron.

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.However, in the known device [2], the stability of its operation is influenced by the controlled switch of the primary circuit of the transformer. Indeed, this circuit has a significantly lower energy intensity than the main discharge circuit of the pulse current generator, i.e. the wear of the electrodes of the controlled arrester and pollution of its insulation should be minimal. Accordingly, the expected effect of the managed switch on the stability of the operation of the pulse current generator was assumed to be insignificant. But, due to transformer coupling, part of the energy of the main discharge circuit of the pulse current generator, when it is triggered, is transferred to the primary circuit of the transformer, since the controlled switch of this circuit does not have time to restore electric strength. Naturally, the magnitude of the induced current and its duration is much higher than the intrinsic control current. As a result, the wear and pollution of the managed switch sharply increase, which subsequently leads to unstable operation of the pulse current generator.

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.The claimed invention solves the problem of creating a device with increased stability of operation of the pulse current generator. The technical result is to increase the stability of operation due to the absence of induced current in the controlled circuit.

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 устройствуThe specified technical result is achieved in that the pulse current generator containing a charger connected to a discharge circuit consisting of a capacitor bank, a load, a two-digit spark gap, contains a spiral generator of two plates interconnected by a controlled switch, and one plate of the spiral generator is included in discharge circuit and the other is connected to the charger

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.The pulse current generator is launched using a controlled switch (trigatron or thyratron) connected between the plates of the spiral generator. Here, the current in the managed switch is determined only by the energy consumption of the spiral generator, which is negligible. The inventive device also has a transformer connection between the plates of the spiral generator. However, it has no effect on the distribution of currents, because a managed switch is included between the plates. And the plates where the transformer emf is induced do not form a closed circuit with a managed switch. Thus, during long-term operation, the characteristics of the controlled switch and, accordingly, the high stability of the operation of the pulse current generator remain stable.

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.Figure 1 presents the electrical circuit of the proposed device, which contains a charger 1, a capacitor bank 2, a switching two-electrode spark gap 3, a load 4, containing plates 7, 8, a spiral generator 6 with a controlled switch 9. A capacitor bank 2 and a spiral generator 6 through charging resistors 5 and 10, respectively, are connected to the charger 1. In this case, the spiral generator 6 is connected to the charger 1 by the lining 8 (in Fig. 1, the lining 8 is represented by a dashed line). The cover 7 (in figure 1, the cover 7 is represented by a solid line) of the spiral generator 6 is included in the discharge circuit of the pulse current generator, consisting of a capacitor bank 2, a two-electrode spark gap 3, a load 4, by connecting one end to a spark gap 3, and the other end to load 4. Managed switch 9 (trigatron or thyratron) is connected between the plates 7 and 8 of the spiral generator 6 for its switching.

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.The pulse current generator operates as follows when the charger 1 is turned on, the capacitor bank 2 through the charging resistor 5, the spiral generator 6, is charged through the charging resistor 10 to the required voltage level. Then, when an initiating pulse is applied at a time when the voltage level reaches the required level, to the control electrode of the switch 9 (in Fig. 1, the control electrode of the switch 9 is shown by an arrow), the switch is activated and the spiral generator 6 generates a high-voltage pulse. This pulse, using the plate 7 of the spiral generator 6, is introduced into the discharge circuit of the pulse current generator and through load 4, the capacitance of the capacitor bank 2 is supplied to the electrodes of the two-electrode spark gap 3. As a result, due to direct overvoltage, the two-electrode spark gap 3 is triggered. Further, through the two-electrode spark gap 3 and the lining 7 of the spiral generator 6, the capacitor bank 2 is discharged to load 4, performing the necessary technological operation. The increased stability of the operation of the claimed device is ensured by the stable operation of both switches: a two-electrode spark gap 3 and a managed switch 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.For the stable operation of the two-electrode spark gap 3, it is necessary, as in the prototype [2], that the inducted pulse from the spiral generator 6 is comparable with the discharge voltage of the two-bit spark gap 9. And the long-term stability of the operation of the managed switch 9 (unlike the prototype [2]) is ensured by the absence in a controlled circuit of the induced current. Here, the intrinsic current is negligible, because it is determined only by the energy intensity of the spiral generator.

Источники информацииInformation sources

1. Техника больших импульсных токов и магнитных полей. Под ред. B.C.Комелькова. М., Атомиздат, 1970, с.12.1. The technique of large pulsed currents and magnetic fields. Ed. B.C. Komelkova. M., Atomizdat, 1970, p. 12.

2. Смирнов С.А, Шендерович А.М. А.С. СССР, кл.21, d³, 3/01; 21е; 37/03, №129737. 8.07.1959.2. Smirnov S.A., Shenderovich A.M. A.S. USSR, Cl. 21, d ³ , 3/01; 21e; 37/03, No. 129737. 07/08/1959.

Claims (1)

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.A pulsed current generator comprising a charger connected to a discharge circuit consisting of a capacitor bank, a load, a two-electrode spark gap, characterized in that the generator contains a spiral generator of two plates interconnected by a controlled switch, and one plate of the spiral generator is included in the discharge circuit and the other is connected to the charger.