Импульсный генератор тока

 

О П И С А Н И Е 335782

ИЗОЬРЕтИНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 20.Ч11.1970 (Мв 1463399/24-7) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 11.1Ч.1972. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 17Л .1972

М. Кл. Н ОЗЕ 3!53

Комитет по делам иэобретеиий и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.373,1(088.8) ".ген

:. Йс .1 Д

Авторы изобретения

M. И. Козлов и H. С. Руденко

Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте имени С. М. Кирова

Заявитель

ИМПУЛЪСНЫЙ ГЕНЕРАТОР ТОКА

Известны устройства для импульсного умножения напряжения, например спиральные генер вторы.

Спиральный генератор состоит из двух проводящих и д вух изолирующих лент, которые наложены друг на друга поочередно и смотаны по типу цилиндрического конденсатора в рулон. После такой операции конденсатор можно рассматривать состоящим из двух линий. Если зарядить такой конденсатор от ис- 10 точника постоянного напряжения и в одной из линий установить коммутатор, например в начале, в середине или в конце линии, то после срабатывания коммутатора можно переходным образом осуществлять инверсию 15 напряжения в этой линии. В результате электрические векторы, направленные в .статике встречно (заряд), становятся направленными в динамике согласно (разряд) . Выходное напряжение такого генератора, снимаемое меж- г0 ду концами одной из проводящих лент, имеет вид затухающей синусоиды. Максимальная амплитуда выходного напряжения тсоретически составляет 2nU, где и — число витков конденсатора, U — г5 амплитуда зарядного напряжения. Практически за счет различного рода потерь выходное напряжение несколько ниже и составляет

2nUP, где P — коэффициент потерь. 30

В спиральных генераторах легко получить р=0,5 и даже р=0,9.

Недостатком спирального генератора является сильная зависимость от числа витков выходной емкости, связанной со входной следующим соотношением: вх

С вы х— (гл)з

Ф где C„„„„, — выходная емкость генератора, С,к — входная емкость генератора, и — число витков генератора.

При сильном ограничении потребляемой генератором мощности (например, при питании генератора от бортовой сети летательных аппаратов) стремление получить на выходе генератора максимально возможное напряжение путем увеличения числа витков ограничивается пределом выходной емкости генератора, которая должна быть хотя бы на порядок больше величины емкости нагрузки. С другой стороны коэффициент умножения напряжения р увеличивается с увеличением ширины лент, однако это приводит к нежелательному увеличению потребления энергии.

Цель изобретения — увеличить амплитуду выходного напряжения спирального генератора без увеличения ширины проводящих лент.

Это достигается благодаря увеличению индуктивности разрядного контура генератора с

335782

55 помощью JIeHT из материала с высокой магнитной проницаемостью, покрытых проводящим материалом с малым удельным сопротивлением.

На фиг. 1 изображен предлагаемый генератор (изолирующие ленты не показаны); на фиг. 2 — схема замещения генератора после срабатывания коммутатора.

Импульсный генератор тока содержит коммутатор 1, ленты 2 из магнитного материала, покрытые проводящим слоем с малым удельным сопротивлением и нагрузку 3.

На фиг. 2 введены следующие обозначения:

С вЂ” выходная емкость генератора, L — индуктивность проводящих лент, Z — сопротивление нагрузки.

В качестве коммутатора могут использоваться, например, искровые разрядники. Проводящие ленты представляют собой ленты из материала с высокой магнитной проницаемостью, например из трансформаторной стали типа ХВП, покрытой сверху проводящим покрытием, например тонким слоем меди.

Генератор работает следующим образом.

В статическом состоянии генератор заряжен до напряжения источника питания. После срабатывания коммутатора, расположенного в начале или в конце линии, смотанной в рулон, от коротко замкнутого конца линии начинает распространяться волна напряжения с крутым фронтом и с противоположным знаком по отношению к зарядному напряжению.

После прихода волны к концу линии возникает отраженная волна напряжения после отражения с тем же знаком от разомкнутого конца линии, как от холостого хода, B свою очередь отраженная волна, достигая короткозамкнутого конца активной линии, меняет свой знак на противоположный и снова распространяется к разомкнутому концу линии и т. д. Поскольку электрические векторы, которые направлены при зарядке генератора встречно, становятся направленными согласно. Генер атор можно рассматривать в этот момент как ряд коаксиальных емкостей, соединенных последовательно и заряженных до напряжения U. Таким образом, амплитуда импульса напряжения на выходе генератора возрастает до 2UnP за время 2т,, где т, — время,пробега волны от начала линии до ее конца. Помещая коммутатор в середине линии, можно время подъема напряжения до максимума уменьшить вдвое.

Рассмотрим теперь роль магнитных лент в работе спирального генератора. Поскольку электрические изменения, происходящие в линии после срабатывания коммутатора, соответствуют высокой частоте (вследствие крутого фронта импульса, распространяющегося в

40 линии), то магнитные поля, наводящиеся от токов, протекающих в проводящих лентах, вследствие скин-эффекта, проникают в ленту неглубоко (несколько микрон) и, таким образом, магнитная лента на переходный процесс в линии не оказывает влияния, Наряду с нарастанием напряжения на каждом коаксиальном витке происходит выравнивание напряжения между областями с разными потенциалами. Это выравнивание напряжения облегчается благодаря тому, что весь генератор как бы пронизан парой проводников, соединяющих области с разными потенциалами.

Упрощенно схема замещения генератора после срабатывания коммутатора может быть пред ставлена в виде параллельного соединения емкости, индуктивности и нагрузки (фиг. 2). Для увеличения индуктивности L u служат магнитные ленты, покрытые проводящим слоем. Вследствие того, что собственная частота колебаний в контуре LС сравнительно невысока, магнитные ленты за счет самоиндукции препятствуют нарастанию тока в проводящих слоях, уменьшая тем самым разряд выходной емкости через проводящие ленты.

Введение магнитных лент позволяет увеличить амплитуду выходного напряжения спирального генератора, примерно на 30 —:35/О.

Особенно эффективным оказалось сочетание магнитных лент с ферритовыми сердечниками, в то время как введение в генератор одних лишь только ферритовых сердечников является менее эффективным при данной ширине лент.

Для дополнительного увеличения амплитуды выходного напряжения генератора можно рекомендовать использование для магнитных лент материалов с высокой магнитной проницаемостью и уменьшение ширины лент в направлении от одного конца до другого.

Предмет изобретения

Импульсный генератор тока, образованный двумя электрически проводящими и двумя электрически изолирующими лентами, которые, будучи наложены друг на друга, свернуты по типу цилиндрического конденсатора, и имеющий коммутатор, установленный, например, в начале, в середине или в конце линии, отличающийся тем, что, с целью увеличения амплитуды выходного импульса напряжения генератора, электрические проводящие ленты выполнены из материала с высокой магнитной проницаемостью, например из трансформаторной стали типа ХВП, и покрыты тонким слоем проводящего материала с малым удельным совротпьлением, например медью.

335782

I

4 иг t

Фиг. 2

Составитель А. Борзиков

Техред Т. Курилко

Редактор В. Фельдман

Корректоры: В. Петрова и Е. Ласточкина

Типография, и р. Сапунова, 2

Заказ 1279 18 Изд. ¹ 533 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5