КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕМКОСТНЫХ ЗАРЯДНЫХ УЗЛОВ МАГНИТНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
The research results of the standard and proposed capacitive charging nodes for the magnetic pulse semiconductor devices were described. It’s shown that the nodes functionality expanding is the main way for the magnetic pulse semiconductor devices electrodynamics parameters improvement. The concept...
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1082 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870203716872699904 |
|---|---|
| author | Волков, И.В. Зозулев, В.И. Шолох, Д.А. Христо, А.И. |
| author_facet | Волков, И.В. Зозулев, В.И. Шолох, Д.А. Христо, А.И. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "И.В. Волков",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
},
{
"author": "В.И. Зозулев",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
},
{
"author": "Д.А. Шолох",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
},
{
"author": "А.И. Христо",
"institution": "Інститут імпульсних процесів і технологій НАН України, пр. Жовтневий, 43-а, 54018, Миколаїв"
}
] |
| author_sort | Волков, И.В. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-08T17:30:56Z |
| description | The research results of the standard and proposed capacitive charging nodes for the magnetic pulse semiconductor devices were described. It’s shown that the nodes functionality expanding is the main way for the magnetic pulse semiconductor devices electrodynamics parameters improvement. The concept basic principles for the capacitive charging nodes construction were formulated. References 8, figures 5. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:18:31Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5 95
а
б
Рис. 1
а б
Рис. 2
УДК 621.314
КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕМКОСТНЫХ ЗАРЯДНЫХ УЗЛОВ
МАГНИТНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
И.В.Волков1, чл.-корр. НАН Украины, В.И.Зозулев1, канд.техн.наук, Д.А.Шолох1, канд.техн.наук, А.И. Христо2
1 − Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина.
e-mail: dimashol@ukr.net
2 − Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины,
пр. Октябрьский, 43-А, Николаев, 54018, Украина.
Изложены результаты исследований основных типовых и предложенных емкостных зарядных узлов магнит-
но-полупроводниковых импульсных устройств. Показано, что расширение функциональных возможностей рас-
смотренных узлов предопределяет заметное улучшение электродинамических показателей магнитно-полу-
проводниковых импульсных устройств. Сформулированы основы предложенной концепции построения емкост-
ных зарядных узлов. Библ. 8, рис. 5.
Ключевые слова: емкостной зарядный узел, магнитный и магнитно-полупроводниковый генератор импульсов,
магнитно-полупроводниковые импульсные устройства.
Введение. Емкостные зарядные узлы (ЕЗУ) являются неотъемлемой частью магнитно-полупроводни-
ковых импульсных устройств: магнитных и магнитно-полупроводниковых генераторов импульсов [1] и других
импульсных устройств [2,3]. Оптимизация магнитно-полупроводниковых импульсных устройств заметно пред-
определяется выбором ЕЗУ. Этот выбор лучшим образом достигается, следуя предлагаемой концепции постро-
ения рассматриваемых ЕЗУ. Данная концепция в целом основана на расширении функциональных возможнос-
тей ЕЗУ и использовании в основном следующих их реализаций: стабилизации зарядных импульсов; совмеще-
нии заряда (перезаряда) ЕЗУ с процессом восстановления магнитного состояния индуктивных элементов маг-
нитно-полупроводниковых импульсных устройств; двухтактного заряда ЕЗУ с увеличенной частотой; возврата
неиспользованной энергии в сеть; умножении напряжения; совмещении функций заряда и компрессии импуль-
сов и других решений.
Целью работы является представление обобщенных и развитых принципов построения емкостных за-
рядных узлов, способствующих при их реализации улучшению энергодинамических показателей магнитно-по-
лупроводниковых импульсных устройств.
Результаты исследований. Типовые схемы емкост-
ных зарядных узлов, наиболее часто применяемые в магнит-
но-полупроводниковых импульсных устройствах, показаны
на рис. 1, а, б, где ЗЦ – зарядная цепь, ОШ – общая шина. В
зависимости от напряжения ЕП(DC) или eП(AC), типа по-
следующего за емкостным зарядным узлом узла компрес-
сии импульсов и типа его ключа зарядная цепь может со-
стоять из линейного дросселя или из последовательной
цепи: диод VD и L0, или транзистор VT (тиристор
VS) и L0, или VT (VS), L0 и коммутирующий дроссель
LK (последний для уменьшения рассеиваемой мощ-
ности на VT или VS). В схеме (рис. 1, а) от источника
ЕП(DC) или eП(AC) конденсатор СН заряжается через
зарядную цепь и общую шину. При разряде СН (через
ключ узла компрессии импульсов) формируются пря-
мые импульсы в этом узле, которые могут быть также
регулируемыми при изменении параметров зарядной цепи (с помощью VS или VT, или подмагничиваемого L0).
В схеме (рис. 1, б) конденсатор СН заряжается через обмотку последующего за ЕЗУ трансформатора (Т) и ОШ,
восстанавливая его магнитное состояние, а разряжается СН через ключ узла компрессии импульсов и обмотку Т
в обратном направлении, формируя инверсные импульсы по отношению к зарядным [4]. То есть схемам (рис. 1,
а, б) приданы отмеченные дополнительные функции. Согласно данному подходу построены емкостные заряд-
ные узлы в составе более эффективных магнитно-полупроводниковых генераторов импульсов (патенты Украи-
ны №40523, №41504, №42578).
Схема (рис. 1, a) может быть функционально расширена, как это показано на рис. 2, а и б, где ПЗЦ –
перезарядная цепь, аналогичная по своему составу зарядной цепи (рис. 1, а). Здесь за счет блокировки диодом
VD магнитного ключа в последующем узле компрессии импульсов и введению перезарядной цепи удается
© Волков И.В., Зозулев В.И., Шолох Д.А., Христо А.И., 2014
96 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5
а
б
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
заметно уменьшить магнитное состояние ключа и во время перезаряда СН (рис. 2, б) восстановить магнитное
состояние последующих магнитных ключей и ТИ. Схема (рис. 1, б) также может быть функционально допол-
нена узлами разгрузки последующих ключей VT или VS, а также обеспечена условиями восстановления маг-
нитного состояния магнитных ключей в узлах компрессии импульсов. Таким образом построены емкостные за-
рядные устройства в составе магнитно-полупроводниковых генераторов импульсов, имеющих улучшенные
показатели (патенты Украины №57078, №63085).
Дальнейшее развитие схем емкостных заряд-
ных узлов с качественно иными свойствами показано
на рис. 3, а и б. В схеме (рис. 3, а) ЗЦ1 и ЗЦ2 заряжают
емкость СН поочередно с частотой З РF F – частоты
разряда СН в схеме (рис. 1, а). Это дает возможность
существенно уменьшить общий дроссель для ЗЦ1 и
ЗЦ2, а также повысить КПД данного типа ЕЗУ [5]. В
схеме (рис. 3, б) через возвратно-разрядную цепь (ВРЦ) сбрасывается излишек
энергии, возникающий при рассогласовании магнитно-полупроводникового
генератора импульсов с нагрузкой, из емкости СН в источник ЕП. Это обес-
печивает устойчивую работу магнитно-полупроводникового генератора им-
пульсов при его работе на изменяющуюся в широких пределах нагрузку. Объе-
динение схем (рис. 1, б и рис. 2, а) приводит к варианту емкостного зарядного
узла (рис. 4), когда сохраняются отмеченные положительные свойства этих
схем и удваивается напряжение на последовательно соединенных их конден-
саторах, что адекватно ассиметричному заряду СН схемы (рис. 1, а) от источника eП(AC) [1].
Применяются также емкостные зарядные узлы, построенные на базе классических схем Латура, Маркса
и Блюмляйна. Структурно новым узлом представляется сочетание емкостных зарядных узлов и узлов комп-
рессии импульсов, рассматриваемое как инвертор компрессионных импульсов: напряжение источника ЕП пре-
образуется в сжатые биполярные импульсы с m
И П4U E→ , причем с помощью трех полупроводниковых клю-
чей, а не четырёх ключей согласно известным построениям ЕЗУ [6].
Сочетание индуктивных зарядных устройств (ИЗУ) с
емкостными зарядными устройствами предполагает также вы-
годные решения для перспективных магнитно-полупроводни-
ковых импульсных устройств (МПИУ). Например, возможен
вариант ИЗУ, когда функцию обрыва тока в нем выполняет ди-
одный прерыватель тока (ДПТ), как это представлено на рис. 5.
При замыкании ключа S идет накачка диодного прерывателя
током idн по цепи: +ЕП, открытый ключ S, обмотка w1 (L0), ем-
кость CН, диод VD2 (ДПТ), – ЕП. При этом энергия накап-
ливается в дросселе L0 и емкости CН, по окончанию заряда ко-
торой ток idн = 0. В этот момент запирается полупроводниковый ключ S, и он, по определению, должен быть
замыкающим, то есть при его размыкании нет необходимости прерывать максимальный индуктивный ток, а
только ток idн ≈ 0 и блокировать напряжение на емкости CН, UСн > ЕП. Далее конденсатор СН перезаряжается
через обмотку w2 дросселя L0, диод VD1 и диодный прерыватель тока VD2 при токе его обратной накачки irн,
увеличивая запас энергии в дросселе L0. После обрыва тока irн диодом VD2 энергия дросселя L0 сбрасывается в
нагрузку при токе iВ, который замыкается через диод VD3.
Проведено численное моделирование электромагнитных процессов в рассматриваемых емкостных за-
рядных узлах по аналогии с [7,8]. Результаты этого моделирования приемлемо совпадают с эксперименталь-
ными данными и способствуют наиболее выгодному выбору варианта емкостного зарядного узла из 17-ти
обобщенных схем.
Выводы. Основы предложенной концепции: 1) емкостной зарядный узел предопределяет энергоди-
намические и другие показатели МПИУ; 2) улучшение этих показателей достигается с бо́льшей эффектив-
ностью при целевом расширении функциональных возможностей емкостных зарядных узлов и выборе их из
общего ряда (всего 17 схем); 3) основными путями целевого улучшения емкостных зарядных узлов являются:
совмещение процессов заряда (перезаряда) и восстановления магнитного состояния индуктивных элементов;
двухтактный заряд емкости; возврат излишней энергии в сеть; умножение напряжения на емкости; формиро-
вание в одном узле зарядных и компрессионных импульсов; базирование узла на схемах Латура, Маркса и
Блюмляйна; 4) окончательный выбор близких конкурирующих вариантов емкостного зарядного узла опреде-
ляется по результатам анализа их моделирования – физического и численного.
1. Меерович Л.А., Ватин И.М., Зайцев Э.Ф, Кандыкин В.М. Магнитные генераторы импульсов. – М.: Советское
радио, 1968. – 475 с.
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5 97
2. Bluhm H. Pulsed Power Systems, Principles and Applications, Germany, Springer-Verlag, 2006. – 326 р.
3. Nakhe S.V., Rajanikanth B.S., Bratnagar R. Energy deposition studies in a copper vapor laser under different pulse
excitation schemes // Measurement Science and Technology. – 2003. – № 14. – Pр. 607–613.
4. Пентегов И.В. Основы теории зарядных цепей емкостных накопителей энергии. – К.: Наук. думка, 1982. – 420 с.
5. Буркин Е.Ю., Свиридов В.В., Степанов Е.Ю. Инверторный источник питания для заряда емкостного нако-
пителя // Известия томского политехнического университета. – 2011. – Т. 321. – № 4. – С. 155–160.
6. Волков И.В., Зозулев В.И., Шолох Д.А. Двухтактные магнитно-полупроводниковые генераторы импульсов:
принципы построения и основные процессы // Праці Ін-ту електродинаміки НАН України. – 2012. – Вип. 32. – С. 76–82.
7. Зозулев В.И., Шолох Д.А., Христо А.И. Численное моделирование электромагнитных процессов в схеме маг-
нитного генератора импульсов // Техн. електродинаміка. – 2014. – № 2. – C. 22–28.
8. Волков И.В., Зозулев В.И., Подольний С.В., Шолох Д.А. Исследование процесса формирования выходных
импульсов магнитно-полупроводникового генератора // Техн. електродинаміка. – 2012. – № 1. – C. 17–22.
УДК 621.314
КОНЦЕПЦІЯ ПОБУДОВИ ЄМНІСНИХ ЗАРЯДНИХ ВУЗЛІВ МАГНІТНО-НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ГЕНЕРАТОРІВ
І.В.Волков1, чл.-кор. НАН України, В.І.Зозульов1, канд.техн.наук, Д.О.Шолох1, канд.техн.наук, О.І. Христо2
1 − Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна.
e-mail: dimashol@ukr.net
2 − Інститут імпульсних процесів і технологій НАН України,
пр. Жовтневий, 43-А, Миколаїв, 54018, Україна.
Викладено результати досліджень основних типових і запропонованих ємнісних зарядних вузлів магнітно-напів-
провідникових імпульсних пристроїв. Показано, що розширення функціональних можливостей розглянутих вузлів
зумовлює помітне поліпшення електродинамічних показників магнітно-напівпровідникових імпульсних пристроїв.
Сформульовано основи запропонованої концепції побудови ємнісних зарядних вузлів. Бібл. 8, рис. 5.
Ключові слова: ємнісний зарядний вузол, магнітний та магнітно-напівпровідниковий генератор імпульсів,
магнітно-напівпровідникові імпульсні пристрої.
THE CAPACITIVE CHARGING NODES CONSTRUCTION CONCEPTION OF THE MAGNETIC SEMICONDUCTOR
PULSE GENERATORS
I.V.Volkov1, V.I.Zozulev1, D.A.Sholokh1, A.I.Khristo2
1 − Institute of Electrodynamics National Academy of Sciences of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine.
e-mail: dimashol@ukr.net
2 − Institute of Pulses Processes and Technologies of National Academy of Science of Ukraine,
pr. Zhovtnevyi, 43-A, Mykolaiv, 54018, Ukraine.
The research results of the standard and proposed capacitive charging nodes for the magnetic pulse semiconductor
devices were described. It’s shown that the nodes functionality expanding is the main way for the magnetic pulse
semiconductor devices electrodynamics parameters improvement. The concept basic principles for the capacitive
charging nodes construction were formulated. References 8, figures 5.
Keywords: capacitive charging node, magnetic and magnetic semiconductor pulse generator, magnetic semiconductor
pulse devices.
1. Meerovich L.A., Vatin I.M., Zaitsev E.F., Kandykin V.M. The magnetic pulse generators. – Moskva: Sovetskoe radio. – 1968. –
475 p. (Rus)
2. Bluhm H. Pulsed Power Systems, Principles and Applications, Germany, Springer-Verlag, 2006. – 326 p.
3. Nakhe S.V., Rajanikanth B.S., Bratnagar R. Energy deposition studies in a copper vapor laser under different pulse excitation
schemes // Measurement Science and Technology. – 2003. – №14. – Pp. 607–613.
4. Pentegov I.V. Fundamentals of the theory of charging circuits of capacitive energy storage. – Kyiv: Naukova Dumka, 1982. –
420 p. (Rus)
5. Burkin E.Yu., Sviridov V.V., Stepanov E.Yu. Inverter power source to charge the capacitor storage // Izvestiia tomskogo
politekhnicheskogo universiteta. – 2011. – Vol. 321. – № 4. – Pp. 155–160.
6. Volkov I.V., Zozulev V.I., Sholokh D.A. Push-pull magnetic semiconductor pulse generators: principles of construction and basic
processes // Pratsi Instytutu Elektrodynamiky Natsionalnoi Akademii Nauk Ukrainy. – 2012. – Vypusk 32. – Pp. 76–82. (Rus)
7. Zozulev V.I., Sholokh D.A., Khristo A.I. Numerical simulation of electromagnetic processes in the scheme of magnetic pulse
generator // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2014. – №2. – Pp. 22–28. (Rus)
8. Volkov I.V., Zozulev V.I., Podolnyi S.V., Sholokh D.A. Research of output pulse magnetic-semiconductor generator formation //
Tekhnichna Elektrodynamika. – 2012. – №1. – Pp. 17–22. (Rus)
Надійшла 24.02.2014
|
| id | techned_org_ua-article-1082 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:18:31Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/50/da461be2f29b56a3c6334ab1dad6b150.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-10822023-01-08T17:30:56Z THE CAPACITIVE CHARGING NODES CONSTRUCTION CONCEPTION OF THE MAGNETIC SEMICONDUCTOR PULSE GENERATORS КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕМКОСТНЫХ ЗАРЯДНЫХ УЗЛОВ МАГНИТНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Волков, И.В. Зозулев, В.И. Шолох, Д.А. Христо, А.И. capacitive charging node magnetic and magnetic semiconductor pulse generator magnetic semiconductor pulse devices емкостной зарядный узел магнитный и магнитно-полупроводниковый генератор импульсов магнитно-полупроводниковые импульсные устройства The research results of the standard and proposed capacitive charging nodes for the magnetic pulse semiconductor devices were described. It’s shown that the nodes functionality expanding is the main way for the magnetic pulse semiconductor devices electrodynamics parameters improvement. The concept basic principles for the capacitive charging nodes construction were formulated. References 8, figures 5. Изложены результаты исследований основных типовых и предложенных емкостных зарядных узлов магнитно-полупроводниковых импульсных устройств. Показано, что расширение функциональных возможностей рассмотренных узлов предопределяет заметное улучшение электродинамических показателей магнитно-полупроводниковых импульсных устройств. Сформулированы основы предложенной концепции построения емкостных зарядных узлов. Библ. 8, рис. 5. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2014-08-11 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1082 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 5 (2014): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 095 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 5 (2014): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 095 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1082/958 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | емкостной зарядный узел магнитный и магнитно-полупроводниковый генератор импульсов магнитно-полупроводниковые импульсные устройства Волков, И.В. Зозулев, В.И. Шолох, Д.А. Христо, А.И. КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕМКОСТНЫХ ЗАРЯДНЫХ УЗЛОВ МАГНИТНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ |
| title | КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕМКОСТНЫХ ЗАРЯДНЫХ УЗЛОВ МАГНИТНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ |
| title_alt | THE CAPACITIVE CHARGING NODES CONSTRUCTION CONCEPTION OF THE MAGNETIC SEMICONDUCTOR PULSE GENERATORS |
| title_full | КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕМКОСТНЫХ ЗАРЯДНЫХ УЗЛОВ МАГНИТНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ |
| title_fullStr | КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕМКОСТНЫХ ЗАРЯДНЫХ УЗЛОВ МАГНИТНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ |
| title_full_unstemmed | КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕМКОСТНЫХ ЗАРЯДНЫХ УЗЛОВ МАГНИТНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ |
| title_short | КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕМКОСТНЫХ ЗАРЯДНЫХ УЗЛОВ МАГНИТНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ |
| title_sort | концепция построения емкостных зарядных узлов магнитно-полупроводниковых генераторов |
| topic | емкостной зарядный узел магнитный и магнитно-полупроводниковый генератор импульсов магнитно-полупроводниковые импульсные устройства |
| topic_facet | capacitive charging node magnetic and magnetic semiconductor pulse generator magnetic semiconductor pulse devices емкостной зарядный узел магнитный и магнитно-полупроводниковый генератор импульсов магнитно-полупроводниковые импульсные устройства |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1082 |
| work_keys_str_mv | AT volkoviv thecapacitivechargingnodesconstructionconceptionofthemagneticsemiconductorpulsegenerators AT zozulevvi thecapacitivechargingnodesconstructionconceptionofthemagneticsemiconductorpulsegenerators AT šolohda thecapacitivechargingnodesconstructionconceptionofthemagneticsemiconductorpulsegenerators AT hristoai thecapacitivechargingnodesconstructionconceptionofthemagneticsemiconductorpulsegenerators AT volkoviv koncepciâpostroeniâemkostnyhzarâdnyhuzlovmagnitnopoluprovodnikovyhgeneratorov AT zozulevvi koncepciâpostroeniâemkostnyhzarâdnyhuzlovmagnitnopoluprovodnikovyhgeneratorov AT šolohda koncepciâpostroeniâemkostnyhzarâdnyhuzlovmagnitnopoluprovodnikovyhgeneratorov AT hristoai koncepciâpostroeniâemkostnyhzarâdnyhuzlovmagnitnopoluprovodnikovyhgeneratorov AT volkoviv capacitivechargingnodesconstructionconceptionofthemagneticsemiconductorpulsegenerators AT zozulevvi capacitivechargingnodesconstructionconceptionofthemagneticsemiconductorpulsegenerators AT šolohda capacitivechargingnodesconstructionconceptionofthemagneticsemiconductorpulsegenerators AT hristoai capacitivechargingnodesconstructionconceptionofthemagneticsemiconductorpulsegenerators |