Устройство для питания индуктивности импульсами тока

 

О П И С А Н И Е 308599

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ

Зависимый от патента №

Заявлено 29. IV.1967 (№ 1156471/26-25)

Приоритет 29.IV.1966, № 59771, Франция

МПК Н ОЗК 4/00

Н 05h 1/00

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 533.9.07(088.8) Опубликовано ОI.V11.1971. Бюллетень № 21

Дата опубликования описания 14.IX.1971

Автор изобретения

Иностранец

Спартакюс Барбини (Франция) Иностранная фирма

«Компани Женераль д Электрисите» (Франция) Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ИНДУКТИВНОСТИ

ИМПУЛЬСАМИ ТОКА

Изобретение относится к устройствам для питания импульсами тока индуктивной катушки, предназначенной, например,для создания интенсивного магнитного поля в ловушке высокотемпературной плазмы.

Для удержания плазмы в магнитной ловушке необходимо создать интенсивное магнитное поле. Такое поле создается с помощью индуктивной катушки, через которую пропускают ток от системы питания, обеспечивающей подвод необходимой энергии.

Такие устройства потребляют довольно много энергии (ее величина может достигать нескольких килоджоулей), создаваемой обычно в результате разряда батарей конденсаторов, заряженных до высокого напряжения, Для того, чтобы лучше использовать эту энергию, стараются свести к минимуму потери в цепи тока.

Для подключения конденсатора к индуктивности используют один или несколько разрядников. Известна схема коммутации, в которой один разрядник включен между конденсатором и индуктивностью, а второй разрядник подсоединен параллельно индуктивности. После инициирования первого раЗрядника конденсатор начинает разряжаться на индуктивность. Когда ток достигает максимальной величины или величина тока близка к максимальному, включают второй разрядник и закорачивают индуктивность через цепь с относительно небольшим сопротивлением. Этим увеличивается продолжительность тока и создается интенсивное магнитное поле в ловушке в течение относительно большого отрезка времени.

Цель изобретения — повышение точности инициирования разрядников, что достигается с помощью луча лазера.

В предлагаемом устройстве катушка индуктивности подключается к конденсатору с помощью разрядника, который срабатывает под действием луча лазера, при этом этот же луч воздействует на второй разрядник.

Пробой второго разрядника осуществляется с определенной задержкой относительно первого разрядника. Эта задержка обеспечивает20 ся за счет времени, необходимого для разрушения диэлектрической перегородки, установленной на пути луча во втором разряднике.

Эта диэлектрическая перегородка имеет предпочтительно форму пластины, которая с

25 одной или двух сторон покрыта металлическим слоем.

В устройстве используется механический контактор, подключенный параллельно индук308599

15

3 тивности и срабатывающий от третьего разрядника, который также инициируется лучом лазера и срабатывает с определенным запаздыванием после первого разрядника. В изобретении предусматривается также использование энергии, коммутируемой разрядниками для питания упомянутой индуктивности и других электрических устройств, связанных с ней.

На фиг. 1 показана схема устройства; на фиг. 2 — в более крупном масштабе деталь конструкции; на фиг. 3 дан график, иллюстрирующий работу устройства.

Трубка лазера 1 (см. фиг. 1) может излучать луч 2 лазера, при помощи оптического органа, предпочтительно полупрозрачного зеркала 3, часть 4 этого луча ответвляется. Главный разрядник 5 с высокой электрической прочностью имеет два электрода б, 7. Эти электроды имеют отверстия, образующие канал, через который может пройти вторая часть

8 луча 2. Вспомогательный разрядник 9 имеет электроды 7 и 10, которые отстоят один от другого на значительно меньшее расстояние, чем электроды б, 7. Электрическая прочность вспомогательного разрядника 9 повышена благодаря наличию металлизированной диэлектрической перегородки пластины 11.

Электрод 10 соединен с землей. Электрод б соединен с источником высокого напряжения, предпочтительно с батареей заряженных конденсаторов 12. Электрод 7 соединен с концом индуктивной катушки 13, другой конец этой катушки заземлен. Паралельно катушке 13 подключен контактор 14, который замыкает катушку во время прохождения тока по обмотке 15.

Источником тока, проходящего по обмотке

15, может быть второй конденсатор 16. От него ток проходит через третий разрядник 17, образованный электродами 18 и 19, один из которых (электрод 18) является полым и пересекается лучом 4, отклоненным от луча 2 полупрозрачным зеркалом 3.

Между электродами 18 и 19 на пути луча 4 лазера стоит диэлектрическая пластина 20.

На фиг. 2 показана в более крупном масштабе часть устройства, представленного на фиг, 1. Внутри электрода 7 размещена линза

21, концентрирующая луч 8 лазера в одну точку на поверхности диэлектрической пластины

11, которая имеет два металлических покрытия 22 и 23.

Внутри электрода 18 также имеется линза

24 (см. фиг. 1). Устройство работает следующим образом.

Как только лазер 1 посылает луч, срабатывает главный разрядник 5, Напряжение конденсатора Up переносится на электрод 7. В результате того, что луч лазера задерживается пластиной 11, вспомогательный разрядник 9 ионизируется не сразу. Для того, чтобы луч лазера, сконцентрированный линзой 21, смог пройти через пластину 11, потребуется вполне определенное время; дуга, которая в это время возникает, испаряет эту пластину.

4

Так как обе стороны пластины 11 покрыты металлом, хорошо проводящим электричество (например, медью), в результате испарения этой пластины остается облачко медной пыли (возможно расплавленной медной пыли). Отсюда следует, что сопротивление ионизированного пути между электродами 7 и 10 оказывается очень малым, например порядка нескольких тысячных ома, Одновременно со срабатыванием главного разрядника 5 в катушке 13 возникает затухающий колебательный режим.

На фиг. 3 показаны соответствующие кривые напряжения U, снимаемого с зажимов, и тока i, Вначале резко прикладывается напряжение Uo, равное теоретически напряжению, на которое был заряжен конденсатор 12. Ток начинается от нуля и достигает затем максимального значения 1р. Одновременно со значением 1 напряжение проходит через нуль, чтобы изменить знак. Когда эти величины имеют вышеотмеченные значения, т. е. в момент времени т устройство дает возможност вызвать пробой вспомогательного разрядника

9. Это приводит к тому, что рассматриваемые величины напряжения и тока выходят из колебательного режима согласно кривым, обозначенным сплошной линией, а если бы система была предоставлена самой себе, эти величины изменялись бы согласно кривым, обозначенным штриховой линией.

Время задержки пробоя т разрядника 9 по отношению к пробою разрядника 5 регулируется путем подбора нужной толщины пластины 11. Обычно пластину 11 изготавливают толщиной порядка нескольких десятых миллиметра. Получаемое замедление воспроизводится с довольно высокой точностью.

Таким образом удается получить относительно медленное равномерное уменьшение тока с довольно сильной концентрацией реактивной энергии в поле катушки, Чтобы еще более снизить потери, т. е. препятствующее прохождению тока сопротивление, предусмотрено увеличение проводимости разрядника 9 механическим контактом с большим сечением.

По истечении определенного времени T (оно может быть порядка 15 — 200 мксек) после пробоя главного разрядника 5 в обмотку 15 контактора 14 посылается сильный ток, после пробоя третьего разрядника 17, питающегося от источника 1б, вызывается ионизация в результате прохождения луча лазера 4. Задержка Т пробоя этого третьего разрядника по отношению к пробою основного разрядника регулируется подбором подходящей толщины диэлектрической пластины 20 (обычно она не нуждается в омеднении) .

Контакт 14, мощно и резко срабатывающий под действием интенсивного тока, который проходит по обмотке 15, снижает сопротивление цепи катушки до нескольких микроом, Удается довольно легко координировать работу вышеописанного усовершенствованно308599

2 Н 1- — --l гВ I — ф

4 ) В«Я

20 сЭ Ь

4 Jl,Фиг. 2

ro коммутатора с другими явлениями, например с образованием плазмы в ловушке. Это осуществляется с помощью деталей, обозначенных штриховой линией (см. фиг. 1): источника 25, двух электродов 2б, 27, снабженных сквозными каналами и образующих разрядник, оболочки 28, заполненной газом и снабженной соответствующими электродами, один из которых заземлен. Разряд в оболочке

28 возникает в результате ионизации разрядника 29 лучом лазера 4.

Предмет изобретения

1. Устройство для питания индуктивности импульсами тока, содержащее конденсатор, который через управляемый разрядник подключен к индуктивности, и второй управляемый разрядник, подключенный параллельно к индуктивности, отличающееся тем, что, с целью повышения точности инициирования разрядников, оно содержит лазер, а в разрядном промежутке по меньшей мере одного из упомянутых разрядников на пути светового пучка лазера установлена диэлектрическая перегородка.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что два упомянутых разрядника образованы пространством между тремя электродами, которые расположены в одну линию, причем два первых электрода выполнены с аксиальным каналом для прохождения лучей лазера, а диэлектрическая перегородка установлена на пути лучей перед третьим электродом.

3. Устройство по пп. 1, 2, отличающееся тем, что диэлектрическая перегородка по крайней мере на одной своей стороне покрыта металлическим слоем.

4. Устройство по пп. 1, 2, отличающееся тем, что параллельно упомянутой индуктивности подключен электромеханический контактор, пусковая обмотка которого через дополнительный разрядник, который инициируется от части лучей упомянутого лазера, соединена с конденсатором.