Импульсный резонансный формирующий трансформатор

Союз СоветскинСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 871311(51)М, Кл. Н 03 К 3/53 Ъеударстеенай комнтет СССР ао доем нзабретеннй н открыткаДата опубликования описания 10.1061(72) Авторы изобретения В.Д. Аксиненко, Н,И. Каминский, А.Т Магюшин, и В.Т. Матюшин Объединенный институт ядерных иссЛедований(54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ФОРМИРУЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР 1,Изобретение относится к устрой-ствам формирования высоковольтных:.импульсов напряжения на емкостнойнагрузке и может быть использованодля импульсного заряда формирующихлиний высоковольтных генераторов наносекундных импульсов, например, дляимпульсного заряда формирующих линий в системе питания стримерных камер.Известен импульсный резонансныйформирующий трансформатор, содержащий два индуктивно связанных резонансных контура и включающий первичную нвторичную индуктивности зарядный резистор, подключенный к выводу первичной иидуктивности, коммутатор, шунтирующий первичную индуктивность,накопительный конденсатор, выполненный в виде двух накопительныхконденсаторов, первый из которыхвключен между общей точкой первичной и вторичной индуктивностей .иобщей 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 первыйи второй накопительные конденсаторы, предварительно. заряженные через за рядные резисторы и индуктивноститрансформатора от источника постоянного напряжения, разряжаются, и на то 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 20 3шения (0,6 К) /(К,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) раз меньше емкости первого накопительного 10 конденсатора 1Недостатком 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 улуч" шение 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- ф тура и включающем первичную и вторичную индуктивности, зарядный резистор, подключенный к выводу первичной индуктивности, коммутатор, шунтирующий первичную индуктивность, накопительный 50 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 нндуктивности и-незаземленной обкладкой конденсатора нагрузки, и конденсатор нагрузки, зашун 1 4тированный вторым зарядным резистором, между первичной и вторичной катушками индуктивностей последовательно включены о 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 К - 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 - К от коэфФициента трансформации К для известного устройства (кривая 111) и для контурного импульсного резонансного Формирующего трансформатора (кривые 1 в 1).На фиг. 4 изображены зависимости амплитуды предимпульса Он, нормированной но амплитуде рабочего импульса 011, от коэффициента трансформации К для известного устройства (кривая Ч) и для трехконтурного импульсного резонансного Формирующего транс" Форматора (кривая 1 Ч).Трехконтурный ймпульсный резонансный формирующий трансформатор содер" жит (фиг. 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.= 312:1,5 871 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 вторьщ 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 Э, 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 13Для пояснения принципа работы иногоконтурного иипульеного резонансного формирующего трансформатора следует рассиотреть трехконтурный импульсный резонансный формирующий трансформатор (д 1).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 11 появляется напряжение, величина которого определяется коэффициентом трансформации, равным корню квадратному из отношения вторичной индуктивности к первичной или из отношения суииы емкостей накопительных конденсаторов к еикости конденсатора нагрузки. При этом относительная величина предимпульса зарядного иапряже" ния - 011 /01 на конденсаторе нагруз кч трехконтурного импульсного резонансного формирующего трансформатора (кривая 1 Ч на фиг. 4) меньше,чем у известного устройства (кривая Ч 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 ка 1 ушкой индуктивности б и последовательньа 4 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 конденсатора 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 х (К+1)/ /(К+1) раз больше емкости конденсатора нагрузки и величины емкости первого накопительного конденсатора в К (К)/(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 Ь 1, Ви 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 виде787131Для предложенного трансформаторарезультирующие частоты равны: В 1 =Вов - вд Т: кевин ров.Электрическая схема устройства си дополнительными катушками индуктивности работает следующим образом.В исходном состоянии зарядное напряжение от источника постоянного .напряжения 1 подано через зарядные резисторы 2 и 10 и последовательновключенные катушки индуктивноститрансформатора 4, 6 и 12 и на накопительные конденсаторы 5, 7 и 13 и 9При замыкании коммутатора 3 накопительные конденсаторы 5, 7, 13 и 9разряжаются и на конденсаторе нагрузки 11 появляется напряжение с меньшейвеличиной предимпульса, чем в прототипе и трехконтурном импульсном резонансном формирующем трансформаторе.Величина напряжения на конденсаторенагрузки 11 определяется коэффициентом трансформации, равным корню квадратному из отношения вторичной индуктивности к первичной или из отношения суммы емкостей накопительных конденсаторов к емкости конденсатора нагрузки,Кроме этого, максимальная передачаэнергии из накопительных конденсаторов в конденсатор нагрузки происходит при определенных значениях коэффициентов электромагнитной связи между индуктивностями и равенстве частотколебаний в контурах трансформатора,образованных катушками индуктивностии последовательным соединением конденсаторов, входящими в контуры.Коэффициенты электромагнитной связи между катушками индуктивности выбираются по максимальному напряжению наконденсаторе нагрузки, то есть, когда результирующие частоты переменныхсоставляющих напряжений на конденсаторе нагрузки (число результирующихчастот равно числу контуров трансформатора) относятся как небольшие целыечисла.Равенство частот в контурах трансформатора ся прь,выборе величины втор тельнойемкости в К раз боль нагруз- .ки и при выборе вели ительных накопительных е следующего выражения:Си трансфор 15 рич- коэфстно"4 го устроиства. Из г 1.зфика следу коэффициентов элект между катушками инд го устройства (крив чем у известного у 11) при одинаковых фициента трансформ С целью дальней терист ньшени оэффици уктив циентает, что зромагнитн уктивнос ые11 начения ой связити у данн колебанийвыполняетой накопише емкостичин дополимкостей из) меньш (кривая роиств начениях коэ ции его улучшения осустройства (еще амплитуды преднтов связи между сти при увелиновных харак большего уме импульса и к катушками инд чении коэффи 55 ации,Вг 1 2 где Вз - резонансные ча ебаний в контурах матора, , А =(1+0,5 Ксв +2 Ксв / "К+1)/ /(+ксв 2 ксе, )Аг(1-2/(К+1) /(+К св - 2 К сь) где Кв - коэффициент электромагнитной связи между первичной катушкой индуктивности 4 и дополнительной катушкой индуктивности 6 и равный коэффициенту электромагнитной связи между дополнительной катушкой индуктивности 6 и вторичной катушкой индуктивности 8, К - коэффициент электромагнитсваной связи между первичной 4 25 и вторичной 8 катушками индуктивности, К - коэффициент трансформации. На. Фиг. 3 кривая 1 изображает зависимость коэффициента электромагнитной связи между первичной и втщричной индуктивностями К св от коэффициента трансформации К и кривая 11 - 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 111 - зависимость коэффициента электромагнитной связи между первичной и вто ной катушками индуктивности от фициента трансформации для изве5 8необходимЬ увеличить число дополнительных катушек индуктивности и дополнительных накопительных конденсато 1К ( + С/С, де и 2, 3Со = со и Кс - коэффициент емкостиой связи (выражается через коэффициент трансформации К).Это выражение справедливо при Кфф сопзСНаименьшие значения амплитуды пред" импульса и коэффициентов электромагнитной связи между индуктивностями получаются при равенстве коэффициента трансформации числу контуров предлагаемого устройства.Формула изобретенияИмпульсный резонансный формирующий трансформатор по авт. св.1790150,1 О Источники информации,15 принятые во вннмайие при экспертизе 1. Авторсоое свидетельство СССРВ 790150, кл. Н 03 К 3/53, 31.07.79,с целью улучшения основных характерис"тик устройства при увеличении коэффициента трансформации, между пер"вичной и вторичной катушками индуктивностей последовательно включены идополнительных катушек индуктивностей, каждая общая точка которых через соответствующий дополнительныйнакопительный конденсатор соединенас общей шиной.екм Тираж 99ВНИИПИ Государственнопо делам изобретены3035, Москва, Ж, Ра каз 848 Подписноео комитета СССРй и открытийупуская наб., д. 4. Проектная, 4 Ужгор филиал ФСоставитель В. ЧорбаРедактор Н. Коляда Техред М.Голинка . Корректо