Магнітний вузол формування двотактних однополярних імпульсів ( варіанти)

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використаний при створенні високовольтних потужних однополярних магнітних генераторів імпульсів нано- і мікросекундної тривалості. Магнітні генератори імпульсів застосовуються в радіолокації, у лінійних індукційних прискорювачах, для збудження лазерів на парах металів і в інших областях високовольтної потужної імпульсної техніки. Відомий магнітний вузол формування однотактних однополярних імпульсів [1], що містить дросель насичення. Недоліком такого пристрою є те, що не використовується один напівперіод напруги джерела живлення і на навантаженні формуються імпульси зі зниженим ККД. Найбільш близьким по технічній сутності до пристрою, що заявляється, є обраний як прототип магнітний генератор двотактних однополярних імпульсів [2], що містить два дроселі насичення, кожний з яких має по одній робочій і керуючій обмотці, по дві вхідних і вихідних клеми входу керування, по два вхідних зарядних дроселя і накопичувальних конденсатора, трансформатор, що насичується із двома первинними й однією вторинною обмоткою, а також послідовний і паралельний вихідні накопичувальні конденсатори. Недоліком відомого магнітного генератора є складність і низький ККД. Випливає це з того, що функціонально необхідно додаткові трансформатор, що насичується, і послідовний накопичувальний конденсатор, а два вхідних зарядно-накопичувальних вузли не можуть бути загальними для двох дроселів насичення. Крім того, зарядні дроселі і дроселі насичення в напівперіоди живильної напруги, коли не формуються імпульси, додатково перемагнічуються й у ці напівперіоди до дроселів насичення по черзі прикладаються зворотні напруги, близькі до подвоєної напруги живильного джерела, а трансформатор також додатково перемагнічується при насиченні. Задачею пропонованого винаходу є створення магнітного вузла формування двотактних однополярних імпульсів, у якому до першого і другого дроселів насичення, що мають по одній робочій і керуючій обмотці, по першому варіанті шляхом введення третього і четвертого таких же дроселів чи по другому варіанті шляхом введення в перший і другий дроселі по одній робочій обмотці і, при цьому, в обох варіантах: з'єднання чотирьох робочих обмоток аналогічно вентильній мостовій однофазній схемі випрямлення, включення керуючих обмоток між собою послідовно-згідно та фазове маркування робочих і керуючих обмоток дроселів, що забезпечує необхідну спрямованість провідності дроселів у мостовій схемі, досягається спрощення і підвищення ККД пристрою. Зазначена задача вирішується двома варіантами. У першому варіанті: магнітний вузол формування двотактних однополярних імпульсів, що містить перший і другий дроселі насичення, кожний з який має по одній робочій і керуючій обмотці, по дві вхідних і різнополярних вихідних клеми і дві різнополярні клеми входу керування, при цьому, одні з виводів робочих обмоток відповідно першого і другого дроселів, що мають протилежне один одному фазове маркування, об'єднані в загальну точку і підключені до однієї з вхідних клем, а керуючі обмотки першого і другого дроселів одними з виводів з'єднані між собою послідовно-згідно, додатково постачений третім і четвертим дроселями насичення, кожний з який має по одній робочій і керуючій обмотці, при цьому, одні з виводів робочих обмоток третього і четвертого дроселів, які збігаються по фазовому маркуванню з об'єднаними в загальну точку виводами робочих обмоток відповідно першого і другого дроселів, підключені до іншої вхідної клеми, інші вільні виводи робочих обмоток першого і третього дроселів, а також другого і четвертого дроселів з'єднані відповідно з різнополярними вихідними клемами, керуючі обмотки третього і четвертого дроселів одними виводами підключені до інших вільних виводів керуючих обмоток відповідно першого і другого дроселів, що утворюють з ними послідовно-згідне включення, а інші вільні виводи керуючих обмоток третього і четвертого дроселів з'єднані відповідно з різнополярними клемами входу керування. В другому варіанті: магнітний вузол формування двотактних однополярних імпульсів, що містить перший і другий дроселі насичення, кожний з який має по одній першій робочій і керуючій обмотці, по дві вхідні і різнополярні вихідні клеми та дві різнополярні клеми входу керування, при цьому, один з виводів перших робочих обмоток відповідно першого і другого дроселів, що мають протилежне один одному фазове маркування, об'єднані в загальну точку і підключені до однієї з вихідних клем, а керуючі обмотки першого і другого дроселів одними з виводів з'єднані між собою послідовно-згідно, а іншими вільними виводами підключені відповідно до різнополярних клем входу керування, перший і другий дроселі додатково постачені по одній другій робочій обмотці, при цьому, один з виводів других робочих обмоток першого і другого дроселів, які протилежні по фазовому маркуванню з об'єднаним у загальну точку виводам перших робочих обмоток відповідно першого і другого дроселів, підключені до іншої вхідної клеми, інші вільні виводи першої робочої обмотки першого дроселя і другої робочої обмотки другого дроселя, а також першої робочої обмотки другого дроселя і другої робочої обмотки першого дроселя з'єднані відповідно з різонополярними вихідними клемами. Порівняльний аналіз із прототипом показує, що магнітний вузол, що заявляється, відрізняється: у першому варіанті - наявністю нових елементів, а саме, третього і четвертого дроселів насичення, що мають по одній керуючій обмотці, а також новими зв'язками, що полягають у з'єднанні робочих обмоток чотирьох дроселів аналогічно вентильній мостовій однофазній схемі випрямлення, забезпечуючи разом з керуючими обмотками необхідну провідність дроселів у мостовій схемі; у другому варіанті - наявністю інших нових елементів, а саме: други х робочих обмоток у першому і другому дроселях, а також новими зв'язками, що полягають у з'єднанні чотирьох робочих обмоток двох дроселів аналогічно вентильній мостовій однофазній схемі випрямлення, забезпечуючи разом з обмотками керування необхідну провідність робочих обмоток дроселів у мостовій схемі. Таким чином пристрій, що заявляється (варіанти 1 і 2) відповідають критерію «новизна». Порівняння рішення, що заявляється, з іншими технічними рішеннями показує, що дроселі насичення відомі [3]. Однак, їхнє введення в зазначених зв'язках з іншими елементами по першому варіанту виявляє нові властивості сукупності чотирьох двохобмоточних дроселів насичення, що утворюють новий магнітний вузол. А саме: виключаються раніше функціонально необхідні елементи (у прототипі - трансформатор, що насичується, і послідовний накопичувальний конденсатор), поєднуються, при необхідності, вхідні зарядно-накопичувальні елементи в загальні, що дозволяє спростити пристрій, а також виключаються подвійні перемагнічування дроселів і подвійні зворотні напруги на них, що дозволяє підвищити ККД пристрою. Введення додаткових робочих обмоток дроселів у зазначених зв'язках з іншими елементами по другому варіанту виявляє також нові властивості трьохобмоточних дроселів, що утворюють новий магнітний вузол. А саме: за рахунок об'єднання магнітопроводів і керуючих обмоток у загальні відповідно для першого і четвертого, а також для другого і третього дроселів першого варіанта досягається задача подальшого спрощення пристрою. На підставі вищевикладеного можна зробити висновок про те, що сукупності суттєвих ознак, викладених відповідно в першому і др угому варіантах формули винаходу, є доста тніми для досягнення нового технічного результату, який забезпечує передбачуваний винахід. На фіг.1 і фіг.2 представлені схеми електричні принципові магнітного вузла формування двотактних однополярних імпульсів відповідно першого і другого варіантів, а на фіг.3 - епюри вхідного і вихідного імпульсів струму магнітного вузла для першого і другого варіантів. Магнітний вузол формування двотактних однополярних імпульсів, виконаний по першому варіанті, містить (фіг.1) перший 1 і другий 2 дроселі насичення, кожний з який має по одній робочій 3, 4 і керуючій 5, 6 обмотці, по два вхідних 7, 8 і різнополярних вихідних 9(+), 10(-) клеми і два різнополярних клеми 11(+), 12(-) керуючого входу, при цьому, одні з виводів робочих обмоток 3 і 4 відповідно дроселів 1 і 2, що мають протилежне один одному фазове маркування (початок і кінець), об'єднані в загальну точку і підключені до однієї з вхідних клем 7, а керуючі обмотки 5 і 6 дроселів 1 і 2 одними з виводів (кінцем і початком) з'єднані між собою послідовно-згідно. Додатково введені також третій 13 і четвертий 14 дроселі насичення, кожний з яких має по одній робочій 15, 16 і керуючій 17, 18 обмотці, при цьому, одні з виводів (початок і кінець) робочих обмоток 15 і 16 дроселів 13 і 14, що збігаються по фазовому маркуванню з об'єднаними в загальну точку виводами (початком і кінцем) робочих обмоток 3 і 4 відповідно дроселів 1 і 2, підключені до іншого вхідного затиску 8, інші вільні виводи робочих обмоток 3 і 15 (кінець і кінець) дроселів 1 і 13, а також робочих обмоток 4 і 16 (початок і початок) дроселів 2 і 14 з'єднані відповідно з різнополярними вихідними клемами 9(+) і 10(-), керуючі обмотками 17 і 18 дроселів 13 і 14 одними виводами (кінцем і початком) підключені до інших вільних виводів (до початку і кінця) керуючих обмоток 5 і 6 відповідно дроселів 1 і 2, утворюючи з ними послідовно-згідне включення, а інші вільні виводи (початок і кінець) керуючих обмоток 17 і 18 дроселів 13 і 14 з'єднані відповідно з різнополярними клемами 11(+) і 12(-) входу керування. Пристрій працює таким чином (варіант 1). З початку до клем 9(+), 10(-) підключається однополярне навантаження. Джерело підмагнічування UП захищається від імпульсів, що трансформуються, у керуючі обмотки 5, 6, 17, 18 за допомогою відомих фільтрів [4]. Задається необхідне значення струму підмагнічування ІП, що забезпечує необхідну асиметрію дроселів 1, 14 і 2, 13. На клеми 7, 8 подаються різнополярні імпульси е з великою шпаруватістю (Q > 10), а від джерела UП забезпечується протікання струму ІП від початку до кінця кожної з керуючих обмоток 17, 5, 6, 18. При надходженні на клеми 7, 8 від генератора е позитивного (чи негативного) імпульсу від початку до кінця i+ кожної з робочих обмоток 3, 16 (чи 15, 4) протікає струм намагнічування m дроселів 1, 14 (чи 13, 2), що створює в магнітопроводах цих же дроселів магнітний потік, односпрямований з магнітним потоком, створений струмом ІП в обмотках 5, 18 (чи 17, 6), а від кінця до початку кожної з робочих обмоток 4, 15 (чи 16, 3) протікає струм iперемагнічування m дроселів 2, 13 (чи 14, 1), що створює в магнітопроводах цих дроселів магнітний потік різнонаправлений з магнітним потоком, створеним струмом ІП у керуючи х обмотках 6, 17 (чи 18, 5). i+ У результаті дроселі 1, 14 (чи 13, 2), у магнітопроводах яких магнітні потоки від струмів m і ІП односпрямовані, під впливом на кожну з їхніх обмоток 3, 16 (чи 15, 4) напруги, близької до е/2, максимально насичуються. Опір дроселів 1,14 (чи 13, 2) стає мінімальним. Тоді до обмоток 4, 15 (чи 16, 3) прикладається імпульс напруги близький до е, що в обох випадках (при позитивних і негативних імпульсах е) подається також на клеми 9, 10, забезпечуючи однополярність на виході пристрою - затиск 9(+), затиск 10(-). Дроселі 2, 13 (чи 14, 1) під впливом напруги » e перемагнічується. Завдяки різним напрямкам магнітних потоків у дроселях 2, 13 (чи 1, 14), створених струмом ІП в обмотках 6, 17 (чи 18, 5) і струмом перемагнічування ІП в обмотках 4, 15 (чи 16, 3) дроселі 2, 13 (чи 14, 1) за час тривалості t імпульсу е (фіг. 3) не встигають прийняти протилежний насичений стан. Опір ненасичених дроселів 2, 13 (чи 14, 1) за час t значно більше опору + навантаження і насичених дроселів 1, 14 (чи 13, 2) і практично не впливає на формування струму iH на навантаженні (фіг. 3). Дроселі 1, 14 (чи 13, 2) переходять у насичений стан за час a