Система высоковольтного электропитания с резервированием

 

Система высоковольтного электропитания с резервированием может быть использована для бесперебойного питания высоковольтной электрической и , радиоэлектронной аппаратуры различного назначения, предназначенной в частности, для эксплуатации в вакууме . В предложенной системе высоковольтного электропитания с резервированием за счет оптимального использования комбинации электростатических сил для коммутации высоковольтных электродов и электромагнитных сил для удержания их в замкнутом состоянии расширяется диапазон рабочих токов и повышается наде:кность. Это достигается введением п генераторов 11, п емкостных электродов 12, и, кроме того, в каждый из электродов высоковольтного источника питания введены второй емкостный электрод 13, электроизолированный от электрода высоковольтного источника, и резонансный контур. Удержание электродов в замкнутом состоянии происходит когда напряжение высокой частоты от соответствующего генератора 11 через емкостный промеж-уток, образованный емкостными электродами 12 и 13, индуцирует в резонансном контуре высокочастотное напряжение, которое преобразуется выпрямителем в постоянный ток, поступающий в обмотку электромагнита . Возникающая в сердечнике электромагнита электромагнитная сила удерживает электроды 10 и 4 в замкнутом состоянии. Так как зазор между электродами в их замкнутом состоянии практически отсутствует, то сила, необходимая для удержания их, очень незначительна, а следовательно, мощность генераторов 11 и расход энергии на их питание также незначительны . 2 ил. с 5S (Л to со ел С5

C0f03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(s1) Н 02 J 9/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (2 1) 3819223/24-07 (22) 04.12.84 (46) 15.05.86. Бюл. №- 18 (72) Б.И.Тихомиров (53) 621.316.925(088.8) (56) Патент США ¹-. 3440492, кл. 317-27, 1967.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1056362, кл. H 02 J 9/06, 1982. (54) СИСТЕМА ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ (57) Система высоковольтного электропитания с резервированием может быть использована для бесперебойного питания высоковольтной электрической и радиоэлектронной аппаратуры различного назначения, предназначенной в частности, для эксплуатации в вакууме. В предложенной системе высоковольтного электропитания с резервированием за счет оптимального использования комбинации электростатических сил для коммутации высоковольтных электродов и электромагнитных сил для удержания их в замкнутом состоянии расширяется диапазон рабочих токов и повышается надежность. Это достиSU» 1231560 А1 гается введением и генераторов 11, и емкостных электродов 12, и, кроме того, в каждый из электродов высоковольтного источника питания введены второй емкостный электрод 13, электроизолированный от электрода высоковольтного источника, и резонансный контур. Удержание электродов в замкнутом состоянии происходит, когда напряжение высокой частоты от соответствующего генератора 11 через емкостный промежуток, образованный емкостными электродами 12 и 13, индуцирует в резонансном контуре высокочастотное напряжение, которое преобразуется выпрямителем в постоян- Я ньгй ток, поступающий в обмотку электромагнита. Возникающая в сердечнике электромагнита электромагнитная сила удерживает электроды 10 и 4 в замкнутом состоянии.„ Так как зазор между электродами в их замкнутом состоянии практически отсутствует, то сила, необходимая для удержания их, очень незначительна, а следовательно, мощность генераторов 11 и расход энергии на их питание также незначительны. 2 ил. О

1 123

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для бесперебойного питания высоковольтной электрической и радиоэлектронной аппаратуры различногс назначения, предназначенной, в частности для эксплуатации в вакуу. е.

Цель изобретения — повышение надежности и расширение диапазона рабочих токов.

На фиг.1 представлена функциональная схема системы высоковольтного

1560 3 напряжение на электродах 4 отсутствует, между поверхностями электродов

5 t0

55 электропитания с резервированием; на фиг.2 — принципиальная и конструктивная схема высоковольтного электрода.

Система содержит первичный источник 1 питания, соединенный через коммутирующие элементы 2 с высоковольтными источниками 3, к выходам которых подключены высоковольтные электроды 4, имеющие вогнутую сферическую поверхность. Управляющие входы коммутирующих элементов 2 соединены с выходами регистра 5 сдвига, управляющий вход которого соединен с выходом тактового генератора 6, а запрещающий вход — с выходом блока 7 анализа напряжения, вход которого соединен с потребителем 8 высокого напряжения. Потребитель 8 высокого напряжения соединен через гибкий соединитель 9 с полым сферическим высоковольтным электродом 10, выполненным из ферромагнитного материала и установленным симметрично относительно высоковольтных электродов 4. Выходы коммутирующих элементов 2 соединены с цепями питания соответствующих генераторов 11, выходы которых подключены к первым емкостным электродам

12, установленным против вторых емкостных электродов 13. Вторые емкостные электроды 13 элеKòð0изолированы от электродов 4 высоковольтных источников питания с помощью изоляторов

14 и соединены с резонансным контуром

15, состоящими из катушки индуктивности и конденсатора и через выпрямитель 16 с обмоткой электромагнита 17, якорь которого установлен на вогнутой сферической поверхности электродов 4.

Параллельно обмотке электромагнита подключен конденсатор 18.

Предлагаемая система высоковольтного электропитания с резервированием работает следующим образом.

В исходном состоянии при выключенном первичном источнике 1 питания высокое

4 и 10 отсутствуют электростатические силы и полый сферический электрод 10 под действием упругой силы гибкого соединителя 9 находится в нейтральном состоянии (на одинаковом расстоянии от электродов 4).

При подаче питания на одном из выходов регистра 5 сдвига возникает высокий уровень напряжения ("1") и соответствующий коммутирующий эле— мент 2,, управляющий вход которого соединен с этим выходом, открыт. Напряжение первичного источника 1 питания поступает на вход соответствующего высоковольтного источника 3, к выходу которого подключен электрод 4 и цепь питания соответствующего генератора

11 высокой частоты, Под действием электростатических сил высоковольтный электрод 10 притягивается к соответствуюшему электроду 4. Однако в момент касания поверхностей электродов электростатическая сила исчезает, так как потенциалы электродов 10 и 4 стансвятся одинаковыми.

Удержание электродов в замкнутом состоянии осуществляется следующим образом.

Напряжение высокой частоты от соответствующего генератора 11 через емкостный промежуток, образованный первым 12 и вторым 13 емкостными электродами, индуцирует в резонансном контуре 15 высокочастотное напряжение,, которое преобразуется выпрямителем 16 в постоянный ток, поступающий в обмотку электромагнита 17.

Возникающая в сердечнике электромагнитная сила 4 удерживает электроды

10 и 4 в замкнутом состоянии. Так как зазор между электродами в их зам". кнутом состоянии практически отсутствует, то сила, необходимая для их удержания, очень незначительна, а, следовательно, мощность генератора

11 и расход энергии на их питание также незначительны и практически

«е сказываются на энергопотреблении всей системы.

Если напряжение включенного в дан-ный момент времени высоковольтного источника 3 питания соответствует норме, то на выходе блока 7 анализа напряжения потребителя формируется сигнал, з апирающий ре гис тр 5 с дви га, при этом импульсы тактового генератора б не вызывают изменения его;: 1гического

3 1231 состояния. Потребитель 8 напряжения оказывается подключенным к соответствующему высоковольтному источнику

3 питания.

В случае отказа источника 3 высокого напряжения или изменения его

5 выходного напряжения больше установленных норм блок 7 анализа выходного напряжения формирует разрешающий сигнал, подаваемый на запрещающий

t вход регистра 5 сдвига, который сдвигается под действием импульсов тактового генератора 6 на один такт, при этом на том выходе регистра 5 сдвига, на котором отсутствовал высокий уровень напряжения, возникает низкий уровень напряжения ("0"), который закрывает ранее открытый коммутирующий элемент 2 и прерывает цепь питания ранее включенного высоковольтного источника 3 и соответствующего генератора 11. Одновременно на следующем выходе регистра 5 сдвига появляется высокий уровень напряжения, который открывает следующий коммутирующий элемент 2 и подключает следующий высоковольтный источник 3 к первичному источнику 1 питания. При отключении ранее включенного высоковольтного источника 3

30 питания и генератора 11исчезает электростатическая и электромагнитная силы между поверхностями электродов 4 и 10, полый сферический высоковольтный электрод 10 под действием силы упругости соединителя 9 возвращается З5 в нейтральное состояние, а под действием электростатической силы, создаваемой выходным напряжением следуЪ ющего включенного высоковольтного источника 3, притягивается. к соответствующему высоковольтному электроду

4 и удерживается в замкнутом состоянии вследствие включения соответст-. вующего генератора 11. Выходное напряжение включенного высоковольтного источника 3 поступает к потребителю

8 и на блок 7 анализа выходного напряжения, который формирует запрещающий сигнал, поступающий на регистр

5 сдвига, Импульсы тактового генера- о тора 6 прекращают сдвиг регистра 5.

В случае отказа второго высоковольтного источника 3 питания или выхода его рабочего напряжения за пределы нормы процесс коммутации по- вторяется и включается следующий вЫсоковольтный источник 3 питания, сферический высоковольтный электрод 10

560 4 притягивается к высоковольтному электроду 4, подключенному к его выходу, и т.д.

Частота генераторов 11 не оказывает влияния на.нормальное функционирование системы и выбирается исходя из габаритов емкостных электродов

12 и 13 и резонансного контура 15 (чем выше частота генераторов, тем меньше габариты этих элементов). Поэтому частота генераторов и резонансного контура выбирается в пределах

80-100 кГц, в результате чего обеспечиваются малые габариты элементов

12, 13 и 15 и низкий уровень радиопомех от генераторов различным радиоприемным устройствам.

В предлагаемой системе высоковольтного электропитания с резервированием вследствие оптимального использования комбинации электростатических сил для коммутации высоковольтных электродов и электромагнитных сил для удержания их в замкнутом состоянии значительно расширен диапазон рабочих токов и повышена надежность.

Наиболее эффективно использование предлагаемого технического решения в широком диапазоне потребляемых мощностей в различных вакуумных системах, в частности на борту космических аппаратов при использовании естественного космического вакуума.

Кроме того, изобретение может быть использовано при проведении долговременных физических экспериментов в вакуумных электрофизических и технологических установках, требующих бесперебойного снабжения высоким напряжением в широком диапазоне изменения потребляемой мощности.

Формула изобретения

Система высоковольтного электропитания с резервированием, содержащая источник первичного питания и п па- . раллельных цепей, каждая из которых состоит из высоковольтного источника, соединенного с первичным источником через коммутирующий элемент высоковольтного источника, а через коммутирующий элемент потребителя — с потребителем, к шинам которого подключен блок анализа напряжения потребителя, причем управляющие входы коммутирующего элемента высоковольтного источника питания соединены с выходами

1231560

15

Составитель Г.Дамская

Техред Г.Гербер

Редактор Л.Пчелинская

Коррек тор А. Ференц

Заказ 2658/55 Тираж 612

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород ул. Проектная, 4 регистра сдвига, управляющий вход которого соединен с выходом тактового генератора, а запрещающий вход — с выходом блока анализа напряжения потребителя, коммутирующий элемент потребителя содержит и подключенных к высоковольтным источникам питания электродов и подключенный к потребителю через гибкий соединитель полый сферический электрод, установленный симметрично между электродами высоковольтных источников питания, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения диапазона рабочих токов, в нее введены и генераторов и и первых емкостных электродов, в каждый из электродов высоковольтного источникапитания введены второй емкостный электрод, электроизолированный от электрода высоковольтного источника, электромагнит, якорь которого установлен на вогнутой сферической поверхности электрода высоковольтного источника, и резонансный контур, соединенный с поверхностью электрода высоковольтного источника и вторым емкостным электродом, к которому через выпрямитель подсоединен один вывод обмотки электромагнита, второй вывод которой соединен. с поверхностью электрода высоковольтного источника, причем цепи питания и генераторов соединены с выходами соответствующих коМмутирующих элементов высоковольтных источников, а выходы подключены к r. первым емкостным электродам, установленным соответственно против каждого иэ и вторых емкостных электродов.