Импульсный резонансный формирующий трансформатор

 

Союз Советскин

Социалистические

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (»)871311 (61) Дополнительное к авт. свид-ву У 790150 (22) Заявлено 24.1279 (21) 2857871/18-21 с присоединением заявки,)(б( (23) Приоритет (51)М. Кл.

Н 03 К 3/53

1Ъеуаерстеенный комнтет

СССР

IIo делам нзабретеннй н открытка

Опубликовано 07.1081. Бюллетень Ют 37 (53) УДК 621 °.373.431 (088.8) Дата опубликования описания 10.1061 (72) Авторы изобретения

В.Д. Аксиненко, Н,И. Каминский, А.Т," РГагюшин и В.T. Матюшин

Объединенный институт ядерных иссЛедований (71) Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ФОРМИРУ10ЩИЙ

ТРАНСФОРМАТОР

l, Изобретение относится к устрой ствам формирования высоковольтных: .импульсов напряжения на емкостной нагрузке и может быть использовано для импульсного заряда формирующих линий высоковольтных генераторов наносекундных импульсов, например, для импульсного заряда формирующих ли« ний в системе питания стримерных камер.

Известен импульсный резонансный формирующий трансформатор, содержащий два индуктивно связанных резонансных контура и включающий первичную н вторичную индуктивности зарядный резистор, подключенный к выводу первичной индуктивности, коммутатор, шунтирующий первичную индуктивность, накопительный конденсатор, выполненный в виде двух накопительных конденсаторов, первый из которых включен между общей точкой первичной и вторичной индуктивностей .и общей шиной, а второй — между выво-, дом вторичной индуктивности и незаземленной обкладкой конденсатора нагруз ки, и конденсатор нагрузки, з шунти- рованной вторым зарядным резистором.

При замыкании коммутатора первый и второй накопительные конденсаторы, предварительно. заряженные через зарядные резисторы и индуктивности трансформатора от источника постоянного напряжения, разряжаются, и на конденсаторе нагрузки появляется напряжение, величина которого определяется коэффициентом трансформации, равным корню квадратному нз отношения вторичной индуктивности к первичной или из отношения суммы первого и второго накопительных конденсаторов к конденсатору нагрузки.

Энергия, поступающая на заряд конденсатора нагрузки (формирующей линии), максимальна при равенстве частот ко-. лебаний в контурах и коэффициенте электромагнитной связи между индуктивностями, определяемыми из соотно87131

3 шения (0,6 К-1)/(К-0,6), где К— коэффициент трансформации. Для настройки контуров трансформатора в резонанс, с целью достижения максимальной передачи накопленной энергии в нагрузку, величина емкости второго накопительного конденсатора выбирается в К раз больше емкости конденсатора нагрузки и в (К-1) раз меньше емкости первого накопительного I0 конденсатора 1.Недостатком данного устройства яв ляется наличие перед рабочим импульсом импульса обратной полярности (предимпульса) со значительной амплитудой при больших коэффициентах трансформации. При этом срабатывание разрядника формирующей линки может йроисходить не на основном рабочем импульсе зарядного напряжения, а на предимпульсе, так как неизбежно присутствующее затухание в контурах трансформатора, особенно при малых временах заряда формирующих линий, приводит к уменьшению разницы в амплитудах рабочего импульса и предимпульса. Кроме того, при увепичении коэффициента трансформации возрастает требуемый коэффициент электромагнитной связи между индуктивностями и возникают серьезные трудностй достижения электрической прочности изоляции обмоток высоковольтного импульсного резонансного формирующего трансформатора.

Целью изобретения является улучшение основных характеристик устройства при увеличении коэффициента трансформации (уменьшения амплитуды предимпульса н коэффициента электромагнитной связи между индуктивностями).

Поставленная цель достигается тем, что в импульсном резонансном формирующем трансформаторе, содержащем два нндуктивно связанных резонансных кон- 4> тура и включающем первичную и вторичную индуктивности, зарядный резистор, подключенный к выводу первичной индуктивности, коммутатор, шунтирующий первичную индуктивность, накопительный Ю конденсатор, выполненный в виде двух накопительных конденсаторов, первый из которых включен между общей точкой первичной и вторичной индуктивностей и общей шиной, а второй — между выво- M дом вторичной нндуктивности и-незаземленной обкладкой конденсатора наI грузки, и конденсатор нагрузки, зашун1 4 тированный вторым зарядным резистором, между первичной и вторичной катушками индуктивностей последовательно включены и дополнительных катушек индуктивностей, каждая общая точка которых через соответствующий дополнительный накопительный конденсатор соединена с общей шиной.

Величина второго накопительного ,конденсатора выбирается в К раз больше конденсатора нагрузки, величина емкостей дополнительных накопительных конденсаторов выбирается из условия равенства частот колебаний в контурах трансформатора, а коэффициенты электромагнитной связи между индуктивностими выбираются по максимальному зарядному напряжению на конденсаторе нагрузки, где K — коэффициент трансформации.

На фиг. 1 изображена электрическая схема импульсного резонансного формирующего трансформатора с одной дополнительной катушкой индуктивности и одним дополнительным накопительным конденсатором трехконтурного импульсного резонансного формирующего транс» форматора. ,На фиг. 2 изображена электрическая схема импульсного резонансного формирующего трансформатора с и дополнительными катушками индуктивности и и дополнительными накопительными конденсаторами миогоконтурного импульс" ного резонансного формирующего трансформатора.

На фиг. 3 изображены зависимости коэффициентов электромагнитной связи — K от коэффициента трансформации К для известного устройства (кривая III) и для контурного импульсного резонансного формирующего трансформатора (кривые I м II).

На фиг. 4 изображены зависимости амплитуды предимпульса 011„, нормированной но амплитуде рабочего импульса 01I, от коэффициента трансформации К для известного устройства (кривая Ч) и для трехконтурного импульсного резонансного формирующего транс" форматора (кривая IV).

Трехконтурный ймпульсный резонансный формирующий трансформатор содер" жит (4mx . 1) источник постоянного напряжения 1, зарядный резистор 2, коммутатор 3, один вывод которого соединен с общей шиной, а другой - с точкой соединения зарядного резистора 2 и первичной катушки индуктивности.4.

311

5 !

О

40, 45

В,.:В .В = 3:2:1 .

5 871 йервый накопительный конденсатор 5, включенный между общей точкой первичной 4 и дополнительной 6 катушек индуктивностей и общей шиной, дополнительный накопительный конденсатор

7, включенный между общей точкой дополнительной 6 и вторичной 8 катушек индуктивностей и общей шиной, второй накопительный конденсатор 9, включенный между выводом .вторичной катушки нндуктивности 8 н вторьм зарядным резистором 10, конденсатор нагрузки

11, одна обкладка которого соединена с общей шиной, а другая — с обкладкой второго накопительного конденсатора 9.

Многоконтурный импульсный резонансный формирующий трансформатор (фиг. 2) содержит источник постоянного напряжения 1, разрядный резистор

2, коммутатор 3, первичную катушку индуктивности 4, первый накопительный конденсатор 5, первую дополнительную катушку индуктивности 6, первый дополнительный конденсатор 7, вторичную катушку индуктивности 8, второй накопительный конденсатор 9, второй зарядный резистор 10, шунтирующий конденсатор нагрузки 11„ и-ую дополнительную катушку индуктивности .12, и-ый дополнительный накопительный конденсатор 13 °

Для пояснения принципа работы многоконтуриого импульсного резонансного формирующего трансформатора следует рассмотреть трехконтурнцй импульсный резонансный формирующий трансформатор (rrel).

В исходном состоянии зарядное напряжение от источника постоянного напряжения 1 подано через зарядные резисторы 2 и 10 и последовательно включенные первичную 4, дополнительную 6 и вторичную 8 катушки индуктивности и первый 5, дополнительный 7 и второй 9 накопительные конденсаторы.

При замыкании коммутатора 3 первый, дополнительный и второй накопительные конденсаторы 5, 7 и 9 разряжаются и на конденсаторе нагрузки

ll появляется напряжение, величина которого определяется коэффициентом трансформации, равным корню квадратному из отношения вторичной индуктивности к первичной или из отношения суммы емкостей накопительных конденсаторов к емкости конденсатора нагрузки. При этом относительная величина предимпульса зарядного напряжения — Оя1/Ug< на конденсаторе нагруз1 кч трехконтурного импульсного pesoнансного формирующего трансформатора (кривая 1Ч на фиг. 4) меньше,чем у известного ус;ройства (кривая V на фиг. 4) при одинаковых значениях коэффициента трансформации К.

Полная передача энергии из первого дополнительного и второго накопительных конденсаторов в конденсатор нагрузки 11 происходит при определенных значениях коэффицйентов электромагнитной связи между катушками индуктивности и при равенстве частот колебаний в контурах трансформатора, образованных первичной катушкой инауктивности 4 и первым накопительным онденсаторок 5, дополнительной ка1ушкой индуктивности б и последовательнвя4 соединением первого 5 и дополнительного 7 накопительных конденса- . торов, а также вторичной катушкой индуктивиости 8 и последовательным соединением дополнительного накопи тельного конденсатора 7; второго накопительного конденсатора 9 и кон денсатора нагрузки 11.

Условия равенства частот колебаний в контурах трехконтурного импульсного резонансного формирующего трансформатора выполняется при выборе величины емкости второго накопительного конденсатора 9 в К раз больше емкости конденсатора нагрузки, величины емкости дополнительного накопительного конденсатора в К z (К+1)/

/(K+1) раз больше емкости конденсатора нагрузки и величины емкости первого накопительного конденсатора в

К (К-1)/(К+1) раэ больше емкости конденсатора нагрузки.

Коэффициснты электромагнитной связи между индуктивностями определяются по максимальному зарядному напряжению на конденсаторе нагрузки. Зарядное напряжение на конденсаторе нагрузки является суммой постоянной составляющей и трех переменных составляющих, изменяющихся с результирую- щими частотами В, В <и В . Иаксимальное напряжение на конденсаторе нагрузки будет, когда частоты относятся как небольшие целые числа, т.е. условие получения максимального напряжения на конденсаторе нагрузки запишется в виде

87

Для предложенного трансформатора результирующие частоты равны: необходимЬ увеличить число дополнительных катушек индуктивности и дополнительных накопительных конденсаторов.

Электрическая схема устройства с и дополнительными катушками индуктивности работает следующим образом.

В исходном состоянии зарядное напряжение от источника постоянного .на10 пряжения 1 подано через зарядные резисторы 2 и 10 и последовательно включенные катушки индуктивности трансформатора 4, 6 и 12 и на накопительные конденсаторы 5, 7 и 13 и 9

При замыкании коммутатора 3 накопительные конденсаторы 5, 7, 13 и 9 разряжаются и на конденсаторе нагрузки ll появляется напряжение с меньшей. величиной предимпульса, чем в прототипе и трехконтурном импульсном резонансном формирующем трансформаторе.

Величина напряжения на конденсаторе нагрузки ll определяется коэффициентом трансформации, равным корню квадратному из отношения вторичной индуктивности к первичной или из отношения суммы емкостей накопительных конденсаторов к емкости конденсатора на. грузки.

Кроме этого, максимальная передача энергии из накопительных конденсаторов в конденсатор нагрузки происходит при определенных значениях коэффициентов электромагнитной связи между индуктивностями и равенстве частот

35 колебаний в контурах трансформатора, образованных катушками индуктивности и последовательным соединением конденсаторов, входящими в контуры.

Коэффициенты электромагнитной свя40 зи между катушками индуктивности выбираются по максимальному напряжению на конденсаторе нагрузки, то есть, когда результирующие частоты переменных составляющих напряжений на конденса45 торе нагрузки (число результирующих частот равно числу контуров трансформатора) относятся как небольшие целые числа.

Равенство частот колебаний в контурах трансформатора выполняется прь. выборе величины второй накопительной емкости в К раз больше емкости нагруз- . .ки и при выборе величин дополнитель. ных накопительных емкостей из сле55 дующего выражения:

Сп- 1

c„=

К (1 + Сп 1/Сп - 2) гдеп 2, 3

В1=ВО 1 1

В1 Вс Т ксвс

В3 BO

2 где В0 — резонансные частоты колебаний в контурах трансформатора., А1=(1+0,5КСЕ +2Кщ / " К+1)/

/(1+к с — 2к е„), А =(1-2/(K+1)/(1+KСЕ,— 2K015Ä ) где К gg — коэффициент электромагнит1 ной связи между первичной катушкой индуктивности 4 и допо" íèòåëüíîé катушкой индуктивности 6 и равный коэффициенту электромагнитной связи между дополнительной катушкой индуктивности 6 и вторичной катушкой индуктивности 8, К вЂ” коэффициент электромагнитсВа ной связи между первичной 4 и вторичной 8 катушками индуктивности, К вЂ” коэффициент трансформации.

На. фиг. 3 кривая изображает зависимость коэффициента электромагнитной связи между первичной и втщричной индуктивностями К сей от коэффициента трансформации К и кривая !! — зависимость коэффициентов электромагнитной связи между первичной и дополнительной катушками индуктивности и между дополнительной и вторичной катушками индуктивности Ка „ от коэффициента трансформации К для трехконтурного импульсного резонансного формирующега трансформатора,а кривая l!! — зависимость коэффициента электромагнитной связи между первичной и вторичной катушками индуктивности от коэффициента трансформации для известного устройства.

Из г1-зфика следует, что значения коэффициентов электромагнитной связи между катушками индуктивности у данного устройства (кривые I 1!) меньше чем у известного устройства (кривая !!!) при одинаковых значениях коэффициента трансформации.

С целью дальнейшего улучшения основных характеристик устройства (еще большего уменьшения амплитуды предимпульса и коэффициентов связи между катушками индуктивности при увеличении коэффициента трансформации, 1311 8

871311

Со = ао и Кс — коэффициент емкостиой связи (выражается через коэффициент трансформации К).

Это выражение справедливо при

К cGAst

Наименьшие значения амплитуды пред" импульса и коэффициентов электромагнитной связи между индуктивностями получаются при равенстве коэффициента трансформации числу контуров предлагаемого устройства.

Формула изобретения

Импульсный резонансный формирующий трансформатор по авт. св.l 790150, 10

Источники информации, 15 принятые во вннмайие при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 790150, кл. Н 03 К 3/53, 31.07.79 (прототип). отличающийся тем, что,,с целью улучшения основных характерис" тик устройства при увеличении коэффициента трансформации, между пер" вичной и вторичной катушками индуктивностей последовательно включены и дополнительных катушек индуктивностей, каждая общая точка которых через соответствующий дополнительный накопительный конденсатор соединена с общей шиной.

В71311

У Ф 7/

43е Р

Тираж 991 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раурская наб., д. 4/5

Заказ 8485/29

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ф

Составитель В, Яорба

Редактор Н. Коляда Техред М,Голинка . Корректор С. Векмар