Генератор мощных импульсов тока (емкостной накопитель энергии)

Назначение

Генератор мощных импульсов тока с емкостным накопителем энергии предназначен для получения мощных одиночных импульсов тока при апериодическом разряде батареи конденсаторов на активно-индуктивную нагрузку. При этом к питающей сети переменного тока не предъявляется высоких требований по мощности (генератор может работать в бытовых и полевых условиях). Изменяя напряжение заряда конденсаторной батареи, можно изменять амплитуду импульсов выходного тока. Генератор может использоваться в составе установок намагничивания и размагничивания [7], для генерации сильных импульсных магнитных полей [8] с амплитудой индукции до 20 Тл и более, в устройствах контактной сварки с использованием импульсного трансформатора тока [2], в ударных электромагнитных приводах, импульсных источниках света, для намагничивания магнитных систем исполнительных электродвигателей постоянного тока и электрогенераторов [5]. Совместно с преобразователем напряжения =12/~220 В [6] генератор может применяться для намагничивания магнитов и магнитных систем в полевых условиях, в частности, электродвигателей радиоуправляемых моделей летательных и плавательных аппаратов [5]. Разработаны, прошли испытания и используются на практике различные модификации генераторов с различной энергией и максимальным напряжением заряда конденсаторной батареи.

Емкостной накопитель с энергией заряда 0.15 (0.18) кДж и максимальным напряжением заряда 550 (600) В:

• форма генерируемых импульсов тока - одиночные однополярные с экспоненциальным фронтом и экспоненциальным спадом
• длительность импульса тока зависит от сопротивления и индуктивности нагрузки и может составлять от 0.5 до 10 мс и более
• амплитуда импульса тока зависит от сопротивления и индуктивности нагрузки, максимальная амплитуда импульса тока 500 А при длительности импульса от 0.5 мс до 10 мс
• вид запуска - ручной однократный
• время полной зарядки конденсаторной батареи 0.15 кДж не более 60 секунд
• готовность к работе - сразу после включения
• напряжение питающей сети 220 + 10 В
• частота питающей сети 50 + 5 Гц
• средняя потребляемая мощность при частоте следования импульсов 1 импульс за 1 минуту не более 25 В ∙ А
• время непрерывной работы не ограничено
• габаритные размеры не более 150 х 250 х 110 мм³
• масса не более 2.5 кг

Емкостной накопитель с энергией заряда 0.5 кДж (1 кДж при установке дополнительной батареи) и максимальным напряжением заряда 900 В:

• форма генерируемых импульсов тока - одиночные однополярные с экспоненциальным фронтом и экспоненциальным спадом
• длительность импульса тока зависит от сопротивления и индуктивности нагрузки и может составлять от 0.5 до 30 мс и более
• амплитуда импульса тока зависит от сопротивления и индуктивности нагрузки, максимальная амплитуда импульса тока 10000 А при длительности импульса 0.5 мс, 2000 А при длительности 10 мс
• вид запуска - ручной однократный
• время полной зарядки конденсаторной батареи 0.5 кДж не более 60 секунд
• готовность к работе - сразу после включения
• напряжение питающей сети 220 + 10 В
• частота питающей сети 50 + 5 Гц
• средняя потребляемая мощность при частоте следования импульсов 1 импульс за 1 минуту не более 100 В ∙ А
• время непрерывной работы не ограничено
• габаритные размеры не более (без элементов подключения и управления) 300 х 360 х 175 мм³
• масса не более 9 кг

Емкостной накопитель с энергией заряда 1 кДж (2 кДж при установке дополнительной батареи) и максимальным напряжением заряда 500 В:

• форма генерируемых импульсов тока - одиночные однополярные с экспоненциальным фронтом и экспоненциальным спадом
• полярность импульса тока можно изменять посредством выбора соответствующего выходного разъема
• длительность импульса тока зависит от сопротивления нагрузки и может составлять от 0.5 до 30 мс и более
• амплитуда импульса тока зависит от сопротивления и индуктивности нагрузки, максимальная амплитуда импульса тока 10000 А при длительности импульса 0.5 мс, 2000 А при длительности 10 мс
• вид запуска - ручной однократный
• время полной зарядки конденсаторной батареи 1 кДж не более 120 секунд
• готовность к работе - сразу после включения
• напряжение питающей сети 220 + 10 В
• частота питающей сети 50 + 5 Гц
• средняя потребляемая мощность при частоте следования импульсов 1 импульс за 2 минуты не более 150 В ∙ А
• время непрерывной работы не ограничено
• габаритные размеры не более (без элементов подключения и управления) 500 х 400 х 225 мм³
• масса генератора с батареей 1 кДж не более 23 кг, с батареей 2 кДж не более 30 кг

Емкостной накопитель с энергией заряда 2 кДж и максимальным напряжением заряда 900 В:

• форма генерируемых импульсов тока - одиночные однополярные с экспоненциальным фронтом и экспоненциальным спадом
• полярность импульса тока можно изменять посредством выбора соответствующего выходного разъема
• длительность импульса тока зависит от сопротивления нагрузки и может составлять от 0.5 до 30 мс и более
• амплитуда импульса тока зависит от сопротивления и индуктивности нагрузки, максимальная амплитуда импульса тока 10000 А при длительности импульса 0.5 мс, 3500 А при длительности 10 мс
• вид запуска - ручной однократный
• время полной зарядки конденсаторной батареи 2 кДж не более 120 секунд
• готовность к работе - сразу после включения
• напряжение питающей сети 220 + 10 В
• частота питающей сети 50 + 5 Гц
• средняя потребляемая мощность при частоте следования импульсов 1 импульс за 2 минуты не более 200 В ∙ А
• время непрерывной работы не ограничено
• габаритные размеры не более (без элементов подключения и управления) 500 х 400 х 225 мм³
• масса генератора не более 30 кг

Емкостной накопитель с энергией заряда 4 кДж (до 8 кДж при установке дополнительных конденсаторов) и максимальным напряжением заряда 900 В:

• форма генерируемых импульсов тока - одиночные однополярные с экспоненциальным фронтом и экспоненциальным спадом
• полярность импульса тока можно изменять посредством выбора соответствующего выходного разъема
• длительность импульса тока зависит от сопротивления нагрузки и может составлять от 0.5 до 30 мс и более
• амплитуда импульса тока зависит от сопротивления и индуктивности нагрузки, максимальная амплитуда импульса тока 20000 А при длительности импульса 0.5 мс, 5000 А при длительности 10 мс
• вид запуска - ручной однократный
• время полной зарядки конденсаторной батареи 4 кДж не более 120 секунд
• готовность к работе - сразу после включения
• напряжение питающей сети 220 + 10 В
• частота питающей сети 50 + 5 Гц
• средняя потребляемая мощность при частоте следования импульсов 1 импульс за 2 минуты не более 250 В ∙ А
• время непрерывной работы не ограничено
• габаритные размеры не более (без элементов подключения и управления) 600 х 500 х 275 мм³
• масса генератора с батареей 4 кДж не более 32 кг, с батареей 8 кДж не более 45 кг

Емкостной накопитель с энергией заряда 16 кДж и максимальным напряжением заряда 1800 В:

• форма генерируемых импульсов тока - одиночные однополярные с экспоненциальным фронтом и экспоненциальным спадом
• полярность импульса тока можно изменять посредством выбора соответствующего выходного разъема
• длительность импульса тока зависит от сопротивления нагрузки и может составлять от 0.5 до 30 мс и более
• амплитуда импульса тока зависит от сопротивления и индуктивности нагрузки, максимальная амплитуда импульса тока 20000 А при длительности импульса 0.5 мс, 5000 А при длительности 10 мс
• вид запуска - ручной однократный
• время полной зарядки конденсаторной батареи 16 кДж не более 120 секунд
• готовность к работе - сразу после включения
• напряжение питающей сети 220 + 10 В
• частота питающей сети 50 + 5 Гц
• средняя потребляемая мощность при частоте следования импульсов 1 импульс за 2 минуты не более 350 В ∙ А
• время непрерывной работы не ограничено
• габаритные размеры не более (без элементов подключения и управления) 750 х 500 х 550 мм³
• масса генератора не более 110 кг

Устройство генератора с емкостным накопителем энергии

Блок-схема генератора мощных импульсов тока (емкостного накопителя энергии) приведена на рис. 1.

Рис. 1. Блок-схема генератора.

Генератор подключается к сети переменного тока напряжением 220 вольт частотой 50 Гц через силовой разделительный трансформатор. Накопитель энергии (конденсаторная батарея) заряжается с помощью выпрямителя с балластным сопротивлением. Подключение нагрузки осуществляется с помощью силового ключа, на который подается сигнал с блока управления. Для того, чтобы к генератору можно было подключать индуктивные нагрузки, используется демпфирующая цепь. Для защиты силового разделительного трансформатора от перегрева при повышенной частоте заряда-разряда конденсаторной батареи в некоторых модификациях прибора используется электронный тепловой выключатель [9].

Для расчета амплитуды и длительности импульса тока, создаваемого емкостным накопителем энергии в активно-индуктивной нагрузке, может быть использована программа UNI [1].

Желающие приобрести или самостоятельно изготовить емкостной накопитель энергии могут обратиться за дополнительной информацией к автору (см. раздел Контактная информация).

Ссылки:

1. UNI: Программа расчета параметров импульса тока в активно-индуктивной нагрузке
2. Импульсные трансформаторы тока для генераторов мощных импульсов тока
3. Конденсаторы: Справочник / И. И. Четвертков, М. Н. Дьяконов, В. И. Присняков и др.: Под ред. И. И. Четверткова, М. Н. Дьяконова. - М.: Радио и связь, 1993. - 392 с.: ил.
4. Накопители энергии: Учеб. пособие для вузов / Д. А. Бут, Б. Л. Алиевский, С. Р. Мизюрин, П. В. Васюкевич; Под ред. Д. А. Бута. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 400 с.: ил.
5. Намагничивание магнитных систем электродвигателей и электрогенераторов на постоянных магнитах
6. Преобразователь напряжения =12/~220 В 50 Гц 100 Вт
7. Установки импульсного намагничивания и размагничивания постоянных магнитов
8. Устройства и установки для генерации сильных импульсных магнитных полей
9. Электронный тепловой выключатель агрегатов и узлов аппаратуры

Словарь терминов:

• Амплитуда импульса - максимальное абсолютное значение величины, конкретизирующей импульс.
• Генератор импульсов - прибор или устройство для создания последовательности импульсов.
• Длительность импульса - длительность интервала времени, в течение которого величина, конкретизирующая импульс, имеет ненулевое значение.
• Импульсный генератор - генератор импульсов напряжения или тока.
• Магнитное поле - разновидность электромагнитного поля, создаваемая движущимися электрическими зарядами или токами и оказывающая силовое воздействие на движущиеся электрические заряды или токи.
• Намагничивание - воздействие на образец магнитным полем, вследствие которого у образца появляется отличная от нуля остаточная намагниченность.
• Размагничивание - процедура, позволяющая уменьшить остаточную намагниченность образца до таких значений, когда ею можно пренебречь.
• Электрогенератор (электрический генератор) - преобразователь неэлектрической энергии источника в электрическую энергию.
• Электродвигатель (электромотор, электрический двигатель, электрический мотор) - преобразователь электрической энергии в механическую энергию движения.
• Электромагнитный привод - привод на основе электромагнита.

16.03.2004
06.09.2005
20.10.2005
07.04.2007
26.06.2008
06.06.2011
04.07.2011
13.08.2013
27.04.2020
29.03.2022
02.10.2023

Альтернативные источники энергии
Компьютеры и Интернет
Магнитные поля
Механотронные системы
Перспективные разработки
Электроника и технология

Главная страница