Генератор імпульсних струмів для електрогідроімпульсних установок

Генератор імпульсних струмів для електропдроімпульсних установок, що включає розрядну камеру з електродами, заповнену водою, до корпусу якої підключено один з електродів, що містить у собі джерело постійної напруги, паралельно якому підключено розрядник, ємнісний накопичувач підключено до корпусу розрядної камери та до позитивного полюса джерела постійної напруги, другий електрод розрядної камери підключено до негативного полюса джерела постійної напруги, який відрізняється тим, що розрядник виконано некерованим каскадного типу з резистивним подільником напруги, який підключено паралельно міжелектродним проміжком розрядника, паралельно ємнісному накопичувачу підключено коло, що включає послідовно з'єднані додатковий конденсатор та дросель Винахід відноситься до силової високовольтної імпульсної техніки і може бути використаний в різного роду електропдроімпульсних установках та інших електроімпульсних пристроях, які використовують для генерації імпульсних струмів розряд поперед зарядженого конденсатора Відома установка для електрогідравлічної штамповки /патент Японії № 30637/70, КЛ 73В617, опубл 1970 р/ генератор імпульсних струмів якої /ГІС/ включає джерело постійної напруги, до позитивного полюсу котрого підключено два послідовно з'єднаних кола, що включають струмообмежувальні резистори та ЄМНІСНІ накопичувачі, до позитивних виводів котрих підключено аноди керованих розрядників Катоди розрядників підключено до двох електродів розрядної камери, заповненої водою Інші протистоячі електроди розрядної камери підключено до негативних виводів ємнісних накопичувачів, до цієї ж точки підключено негативний вивід джерела постійної напруги До електродів запалювання та анодам розрядника підключено виходи блоку запалювання До входу блоку запалювання підключено генераторний пристрій синхронних імпульсів, який дозволяє запускати розрядники зі зсувом у часі в межах від 3 до ЮОмкс В результаті в розрядному колі ГІС генеруються два імпульси струму з неоднаковим зсувом у часі Суттєвими ознаками аналогу, які збігаються з ознаками винаходу, що заявляється є такі наявність джерела постійної напруги, розрядника, ємнісного накопичувача та розрядної камери з електродами, заповненої водою Причиною, що перешкоджає одержанню необхідного технічного результату є те, що схема ГІС аналогу складна, ненадійна, містить в собі два розрядних контури та не забезпечує генерацію більше двох імпульсів струму у воді за один цикл заряду накопичувача від джерела постійної напруги, а також низька ефективність розряду, обумовлена великими перед пробивними втратами, які йдуть на формування каналу розряду Як прототип прийнято установку для віброімпульсної обробки розплавленого металу /а с СССР № 1667301, МПК5 В22Д 27/09, експертне заключения додається/ яка включає джерело постійної напруги, паралельно до якого підключено керований розрядник, джерело пружних коливань, що містить розрядну камеру з електродом, заповнену водою, другим електродом - мембраною, яку з'єднано з корпусом розрядної камери і розміщено напроти першого електроду, ємнісний накопичувач, який підключено до корпусу розрядної камери та позитивному полюсу джерела постійної напруги, послідовно з'єднані датчик напруги, підключений паралельно ємнісному накопичувачу, компа о о 47009 ратор напруги та блок запалювання, підключений до керуючого входу розрядника, а також джерело опорної напруги і підключений до його виходу перемінний резистор, регульований вивід якого підключено до другого входу компаратора напруги Суттєвими ознаками прототипу, які збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є наступні джерело постійної напруги, паралельно якому підключено розрядник, розрядна камера з електродами, заповнена водою, ємнісний накопичувач, який підімкнено до корпусу розрядної камери, з якою з'єднано один із електродів, та до позитивного полюсу джерела постійної напруги, другий електрод розрядної камери підключено до негативного полюса джерела постійної напруги Причиною, що перешкоджає отриманню очікуваного технічного результату є те, що відома схема ГІС установки складна і не забезпечує генерацію декількох імпульсів струму, слідуючих один за другим через час 50+100мкс, так як перші 150200мкс після імпульсу струму великої амплітуди міжелектродний проміжок розрядника не має електричної МІЦНОСТІ і ємнісний накопичувач не може зарядитися від джерела постійної напруги /Е П Бельков Гашение разряда и восстановление электрической прочности в искровых разрядниках//Тез докл и сообщений Научного Совета АН СССР по теоретическим проблемам электрофизики высоких напряжений "Электрофизические характеристики канальной стадии разряда применительно к проблемам коммутации" Караганда, 1976 - С 92-94/ Цей недолік значно зменшує ефективність роботи електропдроімпульсної установки В основу винаходу поставлено задачу створення такого генератора імпульсних струмів для електропдроімпульсних установок в якому шляхом удосконалення та спрощення электросхемы, забезпечується генерація декількох імпульсів струму, зсунутих у часі, при одному циклі заряду ємнісного накопичувача від джерела постійної напруги Поставлена задача досягається тим, що в генераторі імпульсних струмів для електропдроімпульсних установок, що включає розрядну А камеру з електродами, заповнену водою, до корпусу якої підімкнено один з електродів, містить у собі джерело постійної напруги, паралельно якому підключено розрядник, ємнісний накопичувач підключено до корпусу розрядної камери та до позитивного полюсу джерела постійної напруги, другий электрод розрядної камери підключено до негативного полюсу джерела постійної напруги, згідно винаходу розрядник виконано некерованим каскадного типу з резистивним подільником напруги, який підключено паралельно міжелектродним проміжкам розрядника, паралельно ємнісному накопичувачу підключено L С - коло, що включає послідовно з'єднані додатковий конденсатор та дросель Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак винаходу, що заявляється, та технічним результатом, якого можна досягти, необхідно ВІДМІТИТИ таке Відомо, ЯКЩО зарядити ємнісний накопичувач від джерела постійної напруги до напруги само пробою розрядника, останній ввімкнеться та розрядить ємнісний накопичувач на міжелектродний водний проміжок В розрядному коді ГІС генерується один імпульс струму Слідуючий цикл заряду можливий тільки через 2-Змс, оскільки після проходження імпульсу струму великої амплітуди міжелектродний проміжок розрядника не має електричної МІЦНОСТІ і джерело постійної напруги через розрядник закорочується на водний проміжок, який має в непробитому стані декілька сот Ом Введення І_С - кола, що включає послідовно з'єднані додаткавий конденсатор та дросель, що підключені паралельно ємнісному накопичувачу, сумісно з міжелектродним водним проміжком, підключеним паралельно некерованому каскадному розряднику, спорядженому подільником напруги, сприяє гасінню дуги розрядника після першого розряду ємнісного накопичувача та відновленню електричної МІЦНОСТІ міжелектродних проміжків розрядника Після ЦЬОГО додатковий конденсатор через дросель в імпульсному режимі знову заряджає ємнісний накопичувач за час у декілька десятків мікросекунд до напруги самопробою розрядника У воді таким чином, генерується декілька імпульсів струму з малим зсувом в часі за один цикл заряду ємнісного накопичувача та додаткового конденсатора LC-кола Електрична схема генератора імпульсних струмів для електропдроімпульсних установок приведена на фіг 1 На фіг 2 приведено осцилограми розрядних струмів та зарядно-розрядної напруги ємнісного накопичувача Генератор імпульсних струмів для електропдроімпульсних установок включає розрядну камеру 1 з электродами 2,3, заповнену водою, до корпусу розрядної камери 1 підключено електрод 2, джерело 4 постійної напруги, паралельно до нього підключено некерований каскадний розрядник 5 з резистивним подільником 6 напруги, що підключено паралельно міжелектродним проміжкам розрядника, ємнісний накопичувач 7 підключено до корпусу розрядної камери 1 та до позитивного полюса джерела 4 постійної напруги Другий електрод З розрядної камери 1 підключено до негативного полюса джерела 4 постійної напруги, паралельно ємнісному накопичувачу 7 підключено І_С - коло, що складається із послідовно з'єднаних додаткового конденсатора 8 та дроселя 9 Розряд ємнісного накопичувача здійснюється по колу, що складається із послідовно з'єднаних некерованого каскадного розрядника 5, міжелектродного водного проміжку, электрода 2, корпусу розрядної камери 1 Схема працює слідуючим чином Ємнісний накопичувач 7 заряджається від джерела 4 постійної напруги до напруги спрацьовування некерованого каскадного розрядника 5, яка визначається величиною міжелектродних проміжків та співвідношенням плеч подільника 6 напруги До цієї ж напруги заряджається додатковий конденсатор 8 Після чого відбувається розряд ємнісного накопичувача 7 на міжелектродний водний проміжок розрядної камери 1 В розрядному колі ГІС формується перший імпульс струму Опір 47009 міжелеісгродного водного проміжку зменшується до 0,5Ом Одночасно з цим через спрацьований некерований каскадний розрядник 5, дросель 9 та пробитий водний проміжок розрядної камери 1 буде відбуватися перезаряд додаткового конденсатора 8 і по цьому контуру проходить струм перезарядки конденсатора 8 Таким чином, через розрядник 6 проходить струм, який становить суму трьох складових розрядний струм ємнісного накопичувана 7, коливальний затухаючий струм перезарядки додаткового конденсатора 8 та зарядний струм від джерела 4 постійної напруги Затухання в додатковому АС-колі 8,9 досить мале, тому в якийсь момент часу коливальний струм перезарядки додаткового конденсатора 8 перевищить абсолютне значення суми струму розряду ємнісного накопичувача 7 та зарядного струму від джерела 4 постійної напруги Виникають благоприємні умови для гасіння дуги в некерованому каскадному розряднику 5 і, коли напруга на ємнісному накопичувачі 7 знизиться до значення потенціалу погашання розрядника 5, він відновлює свою електричну МІЦНІСТЬ, після чого додатковий конденсатор 8 через дросель 9 в імпульсному режимі за час декількох десятків мікросекунд заряджає ємнісний накопичувач 7 до напруги самопробою некерованого каскадного розрядника 5, при спрацьовуванні якого в розрядному колі ГІС формується другий імпульс струму Процес формування імпульсів струму та їх КІЛЬКІСТЬ визначається параметрами додаткового LC-кола 8,9, після того, як напруга на додатковому конденсаторі 8 стане нижче напруги спрацьовування розрядника 5 починається цикл заряду ємнісного накопичувача 7 та додаткового конденсатора 8 від джерела 4 постійної напруги Таким чином у воді генерується кілька імпульсів струму за один цикл заряду основного накопичувача 7 та додаткового конденсатора 8 І_С- кола Використовування каскадного некерованого розрядника, спорядженого резистивним подільником напруги, дозволяє спростити схему генератора імпульсних струмів для електропдроімпульсних установок та змінювати напругу спрацьовування, розрядника, змінюючи співвідношення плечей подільника напруги Змінюючи ЄМНІСТЬ додаткового конденсатора, індуктивність дроселя та напругу самопробою некерованого каскадного розрядника, вибирають оптимальний зсув у часі між імпульсами струму, що розширює функціональні можливості електропдроімпульсної установки та підвищує ефективність їїроботи При проведенні експериментальних досліджень одержано осцилограми трьох імпульсних струмів, які показано на фіг 2 На нижній осцилограмі приведено зарядно-розрядна напруга ємнісного накопичувана Дослідження проводились при розрядній напрузі на ємнісному накопичувачі від 12,5 до ЗОКв При одному циклі заряду конденсаторів від джерела постійної напруги в розрядному колі ГІС одержано три імпульси струму з амплітудами 8,8кА, 12,5кА, 8,8 кА при тривалості першого напівперюду струму 9мкс Зсув у часі між першим та другим струмом складав 50мкс, між другим і третім - ЗОмкс Масштаб напруги на осцилограмі складає 11,4кВ/см, струму -12,5кА/см, мітки часу йдуть через 10м кс Експерименти показали, що генерування кількох імпульсів струму у воді та вибір оптимального зсуву в часі між імпульсами в розрядному коді ГІС електропдроімпульсної установки підвищує ефективність її роботи та розширює функціональні можливості Крім того, спрощено електричну схему ГІС Це дає можливість створювати високовольтні імпульсні джерела енергії для імпульсномодульованих режимів и генерації ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71