Способ управления устройством для питания импульсной нагрузки

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНР1Я УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ПИТАНИЯ И1-ШУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ, например модулятора радиолокационной станции, от заряженного емкостного накопителя через вакуумно-дуговой размыкающий коммутатор с поджигающим электродом и катушкой магнитного . управления, заключающийся в том, что формируют запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод, измеряют мгновенное значение-напряжения на емкостном накопителе, сравнивают его с заданньш значением и при их равенстве формируют импульс тока в катушке магнитного управления, которая своим магнитным полем прерьшает дугу между электродами вакуумно-дуго вого размыкающего коммутатора, о т личающийся тем, что, с целью уменьшения удельных , массы и стоимости емкостного накопителя путем повьш1ения коэффициента его использования при поддержании на импульсной нагрузке практически неизменного напряжения, измеряют ток в катушке магнитного управления и его производную по времени, а в момент достижения его максимального значения подают запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод упомянутого коммутатора, параметры цепи питания kaTytnKH магнитного управления подбирают таким образом, чтобы ток управления i. в ней изменялся от максимального значения ДО нуля за относительное время t/Ск 1 , где f(C, г - постоянная времени, CH - емкость емкостного накопителя; TK - сопротивление импульсной нагр7 зки , по закону 1,/Ь,акс l-t/T , и выбором величины максимального тока управления обеспечивают равенство в начальный момент времени при t/f 0 conpOTJ-галения вакуумно-дугового размыкающего коммутатора сопротивлению импульсной нагрузки, а в момент равенства нулю тока управления при отрицательной производной его по времени формируют импульс тока в катушке магнитного управления, прерывающий дугу между электродами вакуумно-дугового размыкающего коммутатора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(511 Н ОЗ К 3/53

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ / ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3434568/! 8-21 (22) 10. 05. 82 (46) 07.05.84. Бюл. 917 (72) В.В.Додотченко и А.Г.Николаев (53) 621.373 (088.8) (56) 1. Питман П., Пэйдж Д. Коммутирование импульсов большой мощности с помощью полупроводниковых приборов.—

В кн.: Импульсные системы большой мощности. M., "Кир", 1981, с. 77, рис. 9, с. 78, рис. 11, с. 77, рис.10.

2. Гильмур А. мл. Достигнутые и ожидаемые характеристики вакуумнодуговых коммутаторов.-В кн.: Импульсные системы большой мощности. И., "Мир", 1981, с. 87-94 (прототип). (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВ0М ДЛЯ ПИТАНИЯ И!ПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ, например модулятора радиолокационной станции, от заряженного емкостного накопителя через вакуумчо-дуговой размыкающий коммутатор с поджигающим электродом и катушкой магнитного управления, заключающийся в том, что формируют запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод, измеряют мгновенное значение напряжения на емкостном накопителе, сравнивают его с заданным значением и при их равенстве формируют импульс тока в катушке магнитного управления, которая своим магнитным олем прерывает дугу между электродами вакуумно-дугового размыкающего коммутатора, о т—

„„SU» 1091320 А л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения удельных объема, массы и стоимости емкостного накопителя путем повышения коэффициента его использования при поддержании на импульсной нагрузке практически неизменного напряжения, измеряют ток в катушке магнитного управления и его производную по времени, а в момент достижения его максимального значения подают запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод упомя-. нутого коммутатора, параметры цепи питания Матушки магнитного управления подбирают таким образом, чтобы ток управления i.> в ней изменялся от максимального значения Iq „до нуля за относительное время t/iH 1, где „=С !н — постоянная времени, С н — емкость емкостного накопителя;

à — сопротивление импульсной нан гр зки по закону i>/1, l-t/i„, и выбором величйны максимального тока управления обеспечивают равенство в начальный момент времени при t/cH =О сопротивления вакуумно-дугового размыкающего коммутатора сопротивлению импульсной нагрузки, а в момент равенства нулю тока управления при отрицательной производной его по времени формируют импульс тока в катушке магнитного управления, прерывающий дугу между электродами вакуумно-дугового размыкающего коммутатора.

109i320

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания мощных импульсных нагрузок, например модуляторов мощных радиолокационных станций, с практи- 5 чески неизменным в течение импульса напряжением.

Известен способ управления устройством для питания мощной импульсной нагрузки от заряженной импульсной формирующей линии через последова-; тельно соединенные и коммутаторов в виде динисторов, запираемых по аноду, при котором динисторы включают общим запускающим сигналом, прикладывае- 15 мым сразу ко всем последовательно соединенным динисторам, а выключают обратным напряжением импульсной нагрузки,или путем самопогасания при приближении прямого тока к ну- 20 лю f13.

Недостатки указанного способа заключаются в большом времени включения и выключения динисторов, которое . превышает время выключения тиристоров и в изменении напряжения на импульсной нагрузке в широких пределах (от максимального до нуля), что применительно к модулятору мощной радиолокационной станции значительно сни- З0 жает КПД преобразования энергии импульсной формирукяцей линни в энергию заданной СВЧ и уменьшает коэффициент использования емкостного накопителя.

Наиболее близким к предлагаемому

35 является способ управления устройством для питания импульсной нагрузки, например модулятора мощной радиолокационной станции, от заряженного ем40 костного накопителя энергии через вакуумно дуговой размыкающий коммутатор с поджигающим электродом и катушкой магнитного управления, заключающийся в том, что формируют за45 пускающий импульс напряжения на поджигающий электрод, измеряют мгновенное значение напряжения на емкостном накопителе, сравнивают его с заданным значением и при их равенстве формируют импульс тока в ка- . 50 тушке магнитного управления, которая своим магнитным полем прерывает дугу между электродами вакуумно-дугового коммутатора. Достоинства способа в сравнительно малом времени включения и выключения вакуумно-дугового размыкающего коммутатора, примерно в сто раз меньше, чем время выключения тиристоров и динисторов и в значительном повышении КПД преобразования энергии емкостного накопителя импульсной формирующей линии в энергию заданной СВЧГ2 3.

Недостатком известного способа является сравнительно малый коэффициент использования емкостного накопителя энергии импульсной формирующей линии, который не может превысить значения

Кен +(/ н /(1 Ц/ н где QU/Цн — максимальная относительная погрешность поддержания заданного номинального напряжения U на импульсН ной нагрузке, что приводит к увеличению удельных объема, массы и стоимости емкостного накопителя, и изменению напряжения на импульсной нагрузке.

Цель изобретения — уменьшение удельных объема, массы и стоимости емкостного накопителя путем повышения коэффициента era использования при поддержании на импульсной нагрузке практически неизменного напря;-ения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления устройством для питания импульсной нагрузки, например модулятора радиолокационной станции, от заряженного емкостного накопителя энергии через вакуумно-дуговой размыкающий коммутатор с поджигающим электродом и катушкой магнитного управления, заключающемуся в том, что формируют запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод, измеряют мгновенное значение напряжения на емкостном накопителе, сравнивают его с заданным значением и при их равенстве формируют импульс тока в катушке магнитного управления, которая своим магнитным полем прерывает дугу между электродами вакуумно-дугового размыкающего коммутатора, измеряют ток в катушке магнитного управления и его производную по времени, в момент достижения его максимального значения подают запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод упомянутого коммутатора, параметры цепи питания катушки магнитного управления подбирают таким образом, чтобы ток управления 1 в ней изме5 нялся от максимального. значения I > до нуля за относительное время

t/ i =1„ где и - С вЂ” постоянная времени, С н — емкость емкостного соединен через дополнитель»»ь»»» резистор 16 с анодом дополнительного замыкающего коммутатора 18 управления, катод которого подключен к выводу 9 катушки магнитного управления, связанной своим выводом 10 со второй обкладкой нелинейного конденсатора

17 управления.

Устройство работает следующим образом.

После заряда от первичного и-точника 1 электрической энергии черкез блоки 2 и 3 заряда емкостного накопителя б и линейного 15 и нелинейного 17 конденсаторов управления на поджигающий — управляющий электрод

20 замыкающего коммутатора 18 управления, которым может быть вакуумнодуговой коммутатор, подают запускающий импульс напряжения, который инициирует дугу ме;ду электродами замыкающего коммутатора 18 управления.

Происходит колебательный разряд нелинейного конденсатора 17 на катушку магнитного управления коммутатора 7 по цепи: конденсатор 17, резистор 16, коммутатор 18, вывод 9,катушка магнитного управления вакуумно-дугового размыкающего коммутатора 7, вывод

10, конденсатор 17. Когда ток управле ния 1„ первой полуволны достигает своего максимального значения ?„т„, с коммутатора 18, который определяет максимум тока управления, например, по падению напряжения на резисторе

16, подают запускающий импульс напряжения на поджигаюпи»» электрод 8 вакуумно-дугового размь»кающего коммутатора 7. Между электродами вакуумнодугов о го размыкающег о коммутатора 7 воз никает дуга и происходит разряд емкостного на..опителя б на сопротивление импульсной нагрузки по цепи: емкостный накопитель 6, клемма 4, вакуумно-дуговой размыкающий коммутатор 7, нагрузка 11, клемма 5, емкостный накопитель б. Так как параметры цепи разряда нелинейного конденсатора управления подобраны таким образом, чтобы относительный ток управления изменялся от своего максимального значе" ния Т,- до нуля за относительное вРемя п с оянная времени, а максжчальньп» ток управления I „ обеспечивает равенство сопротивления вакуумно †дугово размыкающего коммутатора 7 »->o . сопротивлению импульсной нагрузки г„ в начальный момент времени разряда ем40

3 1091320 накопителя; !.„ — сопротивление импульсной нагрузки, по закону i /I> макс

= 1--С/Ь и выборам величины максимального тока у».равления обеспечивают равенство в начальный момент вре- 5 мени при t/ ».„ =0 сопротивления вакуумно-дугового размыкающего коммутатора сопротивлению импульсной нагрузки, а в момент равенства нулю тока управления при отрицательной !0 производной его по времени формируют импульс тока В катушке магнитного управления, прерывающий дугу между электродами вакуумно-дугового комму-. татора. 15 !

1а чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит первичный источник 1 электрической энергии, блоки 2 и 3 заряда емкостного накопителя ирлинейного конденсатора управления, соединенные с первичным источником 1 электрической энергии, положительную 4 и отрицательную 5 выходные клеммы, к которым подключены соответствующие выводы емкостного накопителя б и блока 2 его заряда, вакуумно-дуговой размыкающий коммутатор 7 с поджигающим электродом 8 и катушкой магнитного управления, которая имеет выводы 9 и 10 анод . которого связан с положительной входной клеммой 4, импульсная нагрузка ll, включенная между отрицательной входной клеммой и катодом вакуумно35 дугового размыкающего коммутатора 7, замыкающий коммутатор 12 управления с поджигающим — управляющим электродом 13, например вакуумно-дуговой коммутатор, резистор 14, линейный конденсатор 15 управления, дополнительные резистор 16, нелинейный конденсатор 17 управления и замыкающий коммутатор 18 управления, с поджига45 ющим — управляющим электродом, например вакуумно-дуговой коммутатор, и блок 19 контроля напряжений и управления вакуумно-дуговыми коммутаторами, Линейный конденсатор 15 управления подключен одной своей обкладкой через резистор 14 к аноду замыкающего коммутатора 12 управления, катод которого связан с выводом 9 катушки магнитного управления, соединенной своим выводом 10 с второй обкладкой линей-. ного конденсатора 15 управления. Дополнительный нелинейный конденсатор

l7 управления одной своей обкладкой

1091320 костного накопителя 6 (при t/ г„ =О), то при разряде емкостного накопителя

6 на сопротивление импульсной нагрузки ll на последней поддерживается в течение разрядного импульса неизменное оптимальное напряжение (U

-0,5Uñ,где цс — начальное разрядное напряжение емкостного накопителя 6, при котором обеспечивают максимальный коэффициент использования емкостного накопителя 6 Ев„„,=0,522.

Когда ток управления i в катушке магнитного управления коммутатора 7 приближается к нулю, с блока 19 управления подается запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод замыкающего коммутатора 12 управления, которым может быть вакуумно-дуговой коммутатор, и между электродами последнего возникает дуга, через которую происходит разряд линейного конденсатора 15 управления на катушку магнитного управления вакуумно-дугового размыкающего коммутатора 7 по цепи конденсатор 15, резистор 14, вакуумно-дуговой коммутатор 12, вывод 9, катушка магнитного управления, вывод 10, конденсатор 15. Параметры цепи разряда линейного конденсатора 15 управления по- 30 добраны таким образом, чтобы макси-! мальный ток его разряда I>< создавал в межэлектродном пространстве вакуумно-дугового раэмыкающего коммутатора 7 магнитное поле с индукцией В2м 35 несколько превышающей предельную индукцию В . Магнитное поле управле2n ния с индукцией В, создаваемое током разряда линейного конденсатора

15 управления, гасит дугу и вакуум- 4О но-дуговой размыкающий коммутатор 7, отключает импульсную нагрузку 11 от емкостного накопителя 6.

Затем вновь следует заряд емкостного накопителя 6 и линейного 15 и нелинейного 17 конденсаторов управления до требуемых напряжений и оиисанный выше разряд емкостного накопителя 6 на сопротивление импульсной нагрузки 11, при котором на нагрузке поддерживается примерно неизменное оптимальное напряжение (11 ) „ =0,5Ug соответствующее максимальному коэффициенту использования емкостного накопителя 6 Кенм=0,522.

При одинаково полезной энергии, выделяемой на сопротивлении импульсной нагрузки 11, относительный выигрыш в массе шла/тплс, объеме Чпр /V>+ и стоимости С ГС„ в предлагаемом способе по сравнению с прототипом равен отношению коэффициента использования емкостного накопителя в предлагаемом способе К „ =0,522 и коэфенм фициенту использования емкостного накопителя, импульсной формирующей линии в прототипе К ея (1)

0 522 1+Д1с/О ) вас Упс С.. а Ц UH

Например, при приемлемой относительной погрешности поддержания напряжения на сопротивлении импульсной нагрузки ьИи„=+0,05, m V С рс Спс

Кен

= K "" = 2.9 ем т.е. масса, объем и стоимость емкостного накопителя в предлагаемом способе примерно в 2,9 раза меньше массы, объема и стоычости емкостного накопителя импульсной формирующей линии в прототипе.

Составитель Г.Журавлев

Редактор А.Власенко Те:;ред Л.Коцюбняк Корректор Л,Пилипенко

Заказ 3098353 Тираж 862 Подписное

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4