источник импульсных магнитных полей

ИСТОЧНИК ИМПУЛЬСНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ.
Крутов М.М., Хлопов Б.В., Фесенко М.В.
ФГУП «ЦНИРТИ им. академика А.И.Берга», Россия
105066, Москва, ул. Новая Басманная, 20, [email protected]
Совершенно очевидно, что при получении импульсных магнитных полей
высоких энергий при питании индуктивной нагрузки качество собранного
изделия зависит от заданных качественных признаков их частей, в свою
очередь состоящих из отдельных деталей.
Надежность работы всего прибора, источника магнитных полей, может
быть сведена к нулю или получен низкий коэффициент полезного действия,
если какая-либо деталь будет изготовлена с отступлением от технологии.
Известные генераторы импульсов магнитного поля [1,2] работающие на
индуктивную нагрузку имеют большие габаритные размеры и массу, сложны в
настройке и при синхронизации двух и более генераторов и имеют
сравнительно низкий КПД.
Нами был создан источник однополярных импульсов магнитного поля
большой
интенсивности
с
многократным
повторением
технических
характеристик в любой момент текущего времени с малым весом и
габаритными размерами.
На рисунках 1 и 2 представлены блок-схема источника импульсных
магнитных полей и конструкция источника импульсного тока.
Технические характеристики источника:
– длительность импульса, 1,5 мс;
– полярность импульса, положительная;
– напряженность магнитного поля на индуктивной нагрузке, 650 кА/м;
– диапазон рабочих температур, t0 от -40 до +50 0С;
– максимальный ток в импульсе генератора, 50000 А;
– габаритные размеры источника магнитных полей, 200х190х100 мм;
– габаритные размеры генератора тока, 240х280х80 мм;
– масса источника магнитных полей, 3,5 кг.
1
2
Источник напряжения
3
1
ИН 1
2
1
1
С3
Соленоид
3
2
УПЗ 4
ДН 6
Делитель напряжения
БНК 2
Блок накопительных
конденсаторов
1
Управляемый
прерыватель заряда
2
3
3
1
2
3
БЗГ 8
Блок запуска
генератора тока
3
1
1
2
2
3
ГТ 5
Генератор тока
2
4
КН 7
1
Компаратор напряжений
В9
Выключатель
Рис. 1 Блок-схема источника импульсных магнитных полей.
Рис. 2 Конструкция источника импульсного тока.
Источник
импульсных
магнитных
полей
работает
следующим
образом.
С источника напряжений (ИН) 1 переменного напряженное напряжение
заданной амплитуды (рис.1) через управляющий прерыватель заряда (УПЗ) 4 и
входящий в него выпрямитель на диодах 19, 20 поступает на блок
накопительных конденсаторов (БНК) 2. Делитель напряжения (ДН) 6
обеспечивает
пропорциональное
деление
напряжения
на
БНК
2
для
обеспечения работы компаратора напряжений (КН) 7. КН 7 сравнивает
напряжение с ДН 6 с опорным напряжением в КН 7 и при достижении
заданного значения напряжения на БНК 2 подает сигнал на УПЗ 4, который
останавливает заряд конденсаторов.
При уменьшении напряжения на БНК 2 на 5÷10В от уровня заряда КН 7
вырабатывает сигнал на включение УПЗ 4 и заряд возобновляется. При
достижении напряжения на БНК 2 до уровня заряда заряд вновь прекращается.
Этот процесс повторяется непрерывно до момента отключения питающей сети.
Для
получения
заданного
высокого
напряжения
заряда
БНК
2
конденсаторы 21, 22 блока включены последовательно, что дает возможность
создать прямо пропорциональную
зависимость необходимого
значения
напряженности импульсного магнитного поля от напряжения на конденсаторах
БНК 2. Такое включение конденсаторов дает возможность использовать
конденсаторы с рабочим вдвое меньшим, чем значение напряжения,
снимаемого с блока накопительных конденсаторов передать в индуктивную
нагрузку (соленоид) 3 через генератор тока (ГТ 5), соответственно возрастает
амплитудное значение тока передаваемого в индуктивную нагрузку и
амплитудное значение импульсного магнитного поля.
При нажатии кнопки выключателя 9 (рис.1) срабатывает БЗГ 8, формируя
управляющий сигнал для запуска ГТ 5, через который на соленоид 3
разряжаются конденсаторы БНК 2.
При запуске ГТ 5 в короткий период времени, не более 10 мс, через
тиристор 10 и диод 9 (рис.2) протекают импульсные токи больших значений,
что обуславливает создание магнитного поля, значение напряженности
которого превышает 1,0 Тл. При этом происходит интенсивное выделение
тепла на металлическом корпусе диода 9 и тиристора 10 (рис.2).
При эксплуатации диффузных кремниевых диодов в целях преобразования
энергии необходимо применять воздушное или водяное принудительное
охлаждение
и
одновременно
соответствующее
внешнее
сжатие
в
металлическом корпусе диода 9 и тиристора 10 (рис.2) со стороны оснований.
Для обеспечения нормальной работы генератора тока 5 необходимо прижимное
усилие диодов 9 и тиристоров 10 при сборке ГТ 5 (рис. 2) должно составлять
24 ± 2 кН.
Неровность плоских прижимных поверхностей диода 9 и тиристора 10
(рис.2) к пластинам 14 и шине 15 допускается не более 0,01 мм, а
шероховатость поверхностей не более 0,0063 мм [1]. Радиатор ГТ 5 выполнен
из двух металлических стаканов 11 и общей медной шины 15. Передача усилий
на металлические прижимные поверхности корпусов диода 9 и тиристора 10
(рис.2) обеспечивается затягиванием двух болтов 12 через шарики 13 и
пластины 14. Поверхности пластин 14 прижимаются к поверхностям диода 9 и
тиристора 10 (рис. 2).
На рис.3 представлен возможный вариант выполнения электрической
схемы источника импульсных магнитных полей.
ИН 1
2
40
41
1
3
БНК 2
1
21
С3
22
2
1
3
1
ДН 6
2
ГТ 5
1
24
УПЗ 4
23
2
2
БЗГ 8
19
30
31
18
3
27
28
32
3
1
3
КН 7
34
38
25
2
4
1
33
1
29
20
2
3
39
В9
36
3
2
37
26
35
Рис. 3 Электрическая схема источника импульсных магнитных полей.
Пример выполнения источника импульсных магнитных полей.
Источник импульсных магнитных полей может быть выполнен по схеме
рис. 3.
При выполнении по схеме рис. 3 максимальный ток в импульсе генератора
равен 50000 А, а интенсивность магнитного поля 210000 Э с многократным
повторением технических характеристик устройства.
Литература.
1.
Авт. свид. № 491197, Н03К 17/64, Бюл. № 41, 05.11.1975 г.
2.
Авт. свид. № 192922, Н03К 17/64, Бюл. № 6, 02.03.1967 г.
3.
Справочник «Диоды и их зарубежные аналоги», Том 1,
стр. 307 ÷ 327, «Радио Софт», М., 2001 г.