Резонансный электромагнитный ускоритель с компенсацией потерь


 


Владельцы патента RU 2524574:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц.

Резонансный электромагнитный ускоритель содержит ферромагнитный ускоряемый объект, цилиндрическую немагнитную трубку с соосно закрепленными на ней и последовательно расположенными тяговыми соленоидами, средства коммутации обмоток соленоидов по сигналам управляющего устройства, силовые шины коммутации и конденсаторный источник энергии, силовые ключи, изолированные драйверы, обратные диоды, датчик тока, шину управления, главный коммутатор, основной драйвер и импульсный блок питания. Технический результат - повышение эффективности разгона резонансного электромагнитного ускорителя за счет периодического подзаряда конденсаторного накопителя в моменты задержек включения основных соленоидов до максимального напряжения. 1 ил.

 

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования метеоритов и техногенных частиц.

Известен линейный многоступенчатый ускоритель, состоящий из ферромагнитной частицы, диэлектрической трубки, тягового соленоида, управляющего устройства, датчика линейного ускорения трубки и средства поочередной коммутации (Патент РФ №2331033, МПК F41B 6/00. Опубл. 10.08.2008. Бюл. 22).

Прототипом является резонансный электромагнитный ускоритель (Сухачев К.И., Семкин Н.Д., Калаев М.П., Телегин A.M., Родин Д.В., Пияков А.В., патент №2466340, F41B 6/00, опубл. 10.11.2012), содержащий ферромагнитный ускоряемый объект, цилиндрическую немагнитную трубу с соосно закрепленными на ней и последовательно расположенными тяговыми соленоидами, средства коммутации обмоток соленоидов по сигналам управляющего устройства, силовые шины коммутации, конденсаторный источник энергии, изолированные драйверы, обратные диоды, датчик тока и шины управления.

Однако они обладают следующими недостатками:

- Ускоритель имеет недостаточную эффективность.

- Уменьшение доступной энергии накопителя для каждой последующей ступени ускорителя.

Поставлена задача разработать ускоритель, свободный от указанных недостатков.

Поставленная задача достигается тем, что в электромагнитном ускорителе, содержащем ферромагнитный ускоряемый объект, цилиндрическую немагнитную трубу с соосно закрепленными на ней и последовательно расположенными тяговыми соленоидами, средства коммутации обмоток соленоидов по сигналам управляющего устройства, силовые шины коммутации, конденсаторный накопитель энергии, изолированные драйверы, обратные диоды, датчик тока и шины управления, согласно изобретению введена система подзарядки накопителя, состоящая из импульсного блока питания, главного коммутатора и основного драйвера, первый выход импульсного блока питания соединен с первым контактом конденсаторного накопителя энергии, второй выход блока питания подключен к первому контакту главного коммутатора, второй контакт главного коммутатора подключен ко второму контакту конденсаторного накопителя энергии, управляющий контакт главного коммутатора соединен с выходом основного драйвера, вход которого подключен к системе управления.

Сущность изобретения подтверждена чертежом, где изображена структурная схема резонансного электромагнитного ускорителя с компенсацией потерь.

Устройство содержит ферромагнитный ускоряемый объект 1, диэлектрическую трубку 2, тяговые соленоиды 3, силовые ключи 4, изолированные драйверы ключей 5, обратные диоды 6, конденсаторный накопитель энергии 7, систему управления 8, датчик тока 9, шину управления 10, силовые шины коммутации соленоидов 11, главный коммутатор 12, импульсный блок питания 13, основной драйвер 14. Ферромагнитная частица 1 находится внутри немагнитной диэлектрической трубки 2, на которой соосно закреплены тяговые соленоиды 3, подключенные одним концом обмотки через силовую шину коммутации соленоидов 11 к конденсаторному накопителю энергии 7, а другим к силовым ключам. Управляющие электроды силовых ключей 4 подключены к выходам соответствующих изолированных драйверов 5, входы которых через шину управления 10 соединены с системой управления 8. Последовательно силовым ключам 4 подключены обратные диоды 6, катоды которых через силовую шину коммутации соленоидов 11 соединены с конденсаторным накопителем энергии 7 так, что каждая ступень образует замкнутый контур. Между одним электродом накопителя 7 и силовой шиной коммутации соленоидов включен датчик тока 9, выход которого соединен с системой управления 8. Конденсаторный накопитель 7 через главный коммутатор 12 подключен к импульсному блоку питания 13, управляющий вход главного коммутатора 12 через основной драйвер 14 подключен к системе управления 8.

Устройство работает следующим образом. Конденсаторный накопитель 7 согласован с соленоидами 3 так, что переходные процессы во всех контурах имеют периодический характер. Частота свободных колебаний каждого следующего контура увеличивается за счет уменьшения индуктивности соленоидов 3 каждой следующей ступени. В начальный момент времени по сигналу системы управления 8 отпирается силовой ключ 4 первой ступени ускорителя. Конденсаторный накопитель 7 начинает разряжаться на первый соленоид в резонансном режиме. Ток, протекающий через соленоид, порождает магнитное поле, которое, взаимодействуя с ферромагнитным ускоряемым объектом 1, начинает втягивать его в диэлектрическую трубку ускорителя 2. К моменту времени, когда объект достигает середины первой катушки, должен пройти полупериод резонансных колебаний RLC контура первой ступени. Ток, изменяющийся по синусоидальному закону, к моменту прохождения объектом середины соленоида становится равным нулю, а конденсаторный накопитель перезаряжается до напряжения обратной полярности за вычетом потерь и затраченной энергии. Датчик тока 9 фиксирует нулевое значение и подает сигнал на систему управления 8, которая через соответствующие драйверы 5 закрывает первый ключ 4 и с некоторой задержкой открывает второй. Задержка включения второго ключа необходима, для входа частицы в эффективную ускоряющую зону следующего соленоида. Отличие от прототипа заключается в том, что в момент задержки система управления через основной драйвер 14 открывает главный коммутатор 12 и от импульсного блока питания 13 осуществляет подзарядку конденсаторного источника энергии до номинального значения. Процесс компенсации происходит не в каждом цикле коммутации тяговых соленоидов, а через один, что позволяет существенно упростить конструкцию, так как отпадает необходимость менять полярность импульсного блока питания.

Применение предложенного технического решения позволяет повысить эффективность разгона за счет того, что каждая вторая ступень работает с максимально доступным для накопителя напряжением, а также дает возможность увеличить число ступеней до необходимого количества. Таким образом, предложенный ускоритель имеет большую эффективность по сравнению с прототипом и позволяет разгонять частицы до более высоких скоростей, не увеличивая объема накопителя.

Резонансный электромагнитный ускоритель с компенсацией потерь, содержащий ферромагнитный ускоряемый объект, цилиндрическую немагнитную трубку с соосно закрепленными на ней и последовательно расположенными тяговыми соленоидами, средства коммутации обмоток соленоидов по сигналам управляющего устройства, силовые шины коммутации и конденсаторный источник энергии, силовые ключи, изолированные драйверы, обратные диоды, датчик тока и шину управления, первые входы тяговых соленоидов подключены к соответствующим им выходам силовых ключей, вторые входы тяговых соленоидов подключены к первой силовой шине коммутации, первые входы силовых ключей подключены к соответствующим выходам изолированных драйверов, вторые входы силовых ключей подключены ко второй силовой шине коммутации, входы драйверов подключены к шине управления, первый выход конденсаторного источника энергии подключен к первой силовой шине коммутации, второй выход конденсаторного источника энергии подключен к входу датчика тока, первый выход датчика тока подключен ко второй силовой шине коммутации, второй выход датчика тока подключен к входу управляющего устройства, выход управляющего устройства подключен к шине управления, отличающийся тем, что в него введены главный коммутатор, основной драйвер, импульсный источник питания, выход управляющего устройства подключен к шине управления и к входу основного драйвера, выход основного драйвера подключен к управляющему входу главного коммутатора, первый контакт которого подключен в первому контакту конденсаторного источника энергии, а второй контакт к первому выходу импульсного блока питания, второй выход которого подключен ко второму контакту конденсаторного источника энергии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к импульсным сильноточным ускорителям электронов, и предназначено для передачи энергии от мощного источника электромагнитного импульса к нагрузке.

Изобретение относится к области электротехники и электрофизики, а именно к экспериментальной физике и ускорительной технике, и может использоваться для ускорения плазмы до гиперскоростей, а также для получения нанодисперсных порошков титана и его соединений: оксидов, нитридов и др.

Изобретение относится к устройствам для генерации импульсных потоков быстрых нейтронов, в частности к малогабаритным отпаянным ускорительным трубкам, и может быть использовано в ускорительной технике или в геофизическом приборостроении, например, в импульсных генераторах нейтронов народно-хозяйственного назначения, предназначенных для исследования скважин методами импульсного нейтронного каротажа.

Изобретение относится к ускорительной технике, преимущественно к электростатическим ускорителям. .

Изобретение относится к высоковольтной технике, в частности к формированию импульсов в нагрузке, например в ускорительной трубке, и может быть использовано в установках для генерирования мощных импульсов тормозного излучения и электронных пучков.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Каскадный импульсный ускоритель твердых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, цилиндрические электроды, резисторы делителя, колонны разделительных сопротивлений, высоковольтные конденсаторы, неуправляемые разрядники, управляемые разрядники, систему управления, датчик тока, источник высокого напряжения, шину данных, мишень, согласующее устройство, электронно-вычислительную машину.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для решения научных и прикладных задач. Ускорение макрочастиц в данном способе осуществляют градиентом поля бегущего по спиральной структуре электрического импульса.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Свободно осциллирующий электромагнитный ускоритель содержит ферромагнитный ускоряемый объект, цилиндрическую немагнитную трубу, резонаторы, блоки питания резонаторов, цепи обратной связи и систему просчета фазы колебаний.

Изобретение относится к области сильноточной импульсной электротехники. Технический результат - повышение эффективности использования электрической энергии, запасенной в индуктивном накопителе блока электропитания.

Изобретение относится к метательным устройствам, в частности к электромеханическому ускорителю снарядов. Электромеханический ускоритель снарядов содержит привод с электродвигателем и тяговым элементом, сцепление и направляющую.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. .

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для решения научных и прикладных задач. .

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для создания потока искусственных микрометеоритов и в военном деле. .

Изобретение относится к области ускорительной техники и может использоваться для ускорения плазмы до гиперскоростей. .

Изобретение относится к ускорительной технике. .

Изобретение относится к области оружия и предназначено, в частности, для полного и быстрого уничтожения живой силы противника (или обращение его к бездействию) на любом расстоянии в зоне прямой видимости. Техническим результатом изобретения является то, что устройство содержит преобразователь частоты и излучатель, причем у преобразователя частоты входное напряжение любой формы преобразуется в двухканальное высокочастотное напряжение, при этом частоты каналов совпадают во времени и имеют форму эллипсов с различными значениями малых осей, а излучатель состоит из излучающих индуктивностей, каждая из которых расположена между обкладками конденсаторов, причем индуктивности и конденсаторы электрически связаны с выходными каналами преобразователя так, чтобы вектора напряженностей магнитных полей были направлены в сторону излучения, а вектора напряженностей электрических полей были направлены в сторону оси излучения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх