Система питания импульсной нагрузки

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например , для питания импульсных ламп накачки. Цель изобретения - повышение КПД системы при одновременном снижении массы и ее габаритов. Это обеспечивается за счет передачи энергии от источника питания в накопитель, разделенный на две секции, двумя путями одновременно. Например, при прохождении тока по одной секции за счет электромагнитной связи передается энергия в другую секцию в один полупериод . В другой полупериод происходит обратный процесс. А так как прямой ток источника проходит только через половину индуктивного накопителя, то уменьшаются потери за счет снижения активного и индуктивного сопротивления накопителя. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 03 К 3/53

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4660501/21 (22) 09.03.89 (46) 15,09.91. Бюл. N 34 (72) В.В.Додотченко и А.Г.Николаев (53) 621.378.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 790143, кл. Н 03 К 3/53, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 1018199, кл. Н 03 К 3/53, 1983. (54) СИСТЕМА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ

НАГРУЗКИ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, для питания импульсных ламп накачки.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, для питания импульсных ламп накачки.

Целью изобретения является повышение КПД системы при одновременном снижении массы и ее габаритов, что обеспечивается за счет передачи энергии от источника питания в накопитель, разделенный на две секции, двумя путями одновре менно. Например, при прохождении тока по одной секции за счет электромагнитной связи передается энергия в другую секцию в один полупериод, В другой полупериод происходит обратный процесс, Таким образом не происходит прямого постоянного накопления энергии в едином индуктивном накопителе. А так как прямой ток источника проходит только через половину индуктивного накопителя, то уменьшаются потери за счет снижения активного и индуктивного сопротивлений накопителя, что приовдит к

„, . Ж „„1677849 А1

Цель изобретения — повышение КПД системы при одновременном снижении массы и ее габаритов. Это обеспечивается за счет передачи энергии от источника питания в накопитель, разделенный на две секции, двумя путями одновременно, Например, при прохождении тока по одной секции за счет электромагнитной связи передается энергия в другую секцию в один полупериод. В другой полупериод происходит обратный процесс. А так как прямой ток источника проходит только через половину индуктивного накопителя, то уменьшаются потери за счет снижения активного и индуктивного сопротивления накопителя. 1 ил. увеличению добротности зарядного контура с индуктивным накопителем.

На чертеже приведена структурная электрическая схема системы питания.

Система питания содержит трехфазный источник 1 питания, первая шина 2 которого 0с, соединена с первой обкладкой первого конденсатора 3, вторая шина 4 — с анодом первого и катодом второго вентилей 5, 6, третья шина 7 — с первой обкладкой второго конденсатора 8, вторая обкладка которого соединена с анодом второго вентиля 6 и катодом третьего вентиля 9, вторая обкладка первого конденсатора 3 соединена с катодом первого и анодом четвертого вентилей 5, 10, нагрузку 11, пятый, шестой, седьмой вентили 12, 13, 14, первый, второй коммутаторы 15, 16, индуктивный накопитель 17, средний вывод 18 которого соединен с анодом пятого, первого и катодом шестого вентилей 12, 5, 13, катод пятого вентиля 12 соединен с катодом четвертого

1677849 вентиля 10, катодом седьмого вентиля 14, через первый коммутатор 15 с первым выводом 19 индуктивного накопителя 17 и с первым выводом нагрузки 11, анод шестого вентиля 13 соединен с анодом третьего вентиля 9, анодом седьмого вентиля 14 и через второй коммутатор 16 со вторым выводом

20 индуктивного накопителя 17 и со вторым выводом нагрузки 11.

Нагрузка выполнена на основе разрядника 21, резистора 22. Для описания работы системы питания введены следующие обозначения:

Utz — напряжение шин 2, 4;

Uzq — напряжение шин 4, 7;

Ua> — напряжение шин 7, 2;

4 — ток верхней секции (выводы 19, 18) индуктивного накопителя 17;

is — ток нижней секции (выводы 18, 20) индуктивного накопителя 17;

Оз — напряжение на верхней секции индуктивного накопителя 17;

Об — напряжение на нижней секции индуктивного накопителя 17.

По вводимым по тексту обозначениям дана их расшифровка в описании.

Система питания работает следующим образом. Когда линейное напряжение Utz шин 2, 4 источника отрицательно и возрастает по абсолютной величине до амплитуды линейного напряжения О» источника по цепи: шина 7 — вентиль 5 — конденсатор 3— шина 2 заряжается до напряжения Оз конденсатор 3, Когда линейное напряжение U и источника положительно (шины 2, 4), фазные обмотки источника соединяются последовательно-согласно с конденсатором 3 и от них по цепи: шина 2 — конденсатор 3— вентиль 10 — коммутатор 15 — вывод 19 секции индуктивного накопителя 17 — шина 4— обмотки источника, прикладывается напряжение U = Utz + Оз. Под действием этого напряжения в секции индуктивного накопителя пои добротности зарядной цепи

0зц = Л1/С/r3$1> 500, где L1 = (/2 — индуктивность одной секции индуктивного накопителя 17 с индуктивностью L, С-емкость конденсаторов 3 или 8. гзц1 — сопротивление цепи заряда одной из секций индуктивного накопителя 17, характерной для заряда сверхпроводящего индуктивного накопителя (СПИН) и даже охлаждаемого жидким водородом криорезистивного индуктивного накопителя (КРИН), возникает ток

i = ц = t + (1 — cOS(dl),(1)

Р ро) 5

15 (2) 20

25 ния тока в следующий положительный

30. полупериод изменения напряжения Uiz источника, 35

55 где р = / Li/Ñ вЂ” волновое сопротивление зарядной цепи, го = 1 tLiC — идеальная круговая частота контура заряда одной секции индуктивного накопителя 17, со = л2 f — круговая частота изменения напряжения источника с частотой f.

t — время.

Максимальный ток первого приращения тока заряда одной секции индуктивного накопителя 17 достигается в конце положительного полупериода изменений линейных напряжений U>g и О э источника при времени t = = л/со и определяется соотношением

Umn Оал 1,318 Овл

+ ат = Л бгп = +

Ltf # 1f L f

При следующем отрицательном полупериоде изменения линейного напряжения

О1 источника этот ток Л imam замыкаетсЯ через вентиль 12 по цепи: секция индуктивного накопителя 17 — вентиль 12 — замкнутые контакты коммутатора 15 — вывод 19, имеющей в десятки и сотни раз меньшее сопротивление, чем сопротивление гэц зарядной цепи и сохраняет свою величину практически неизменной до следующего приращеКогда линейное напряжение Огз источника отрицательно (потенциал шины 7 выше потенциала шины 4) и возрастает по абсолютной величине, напряжение конденсатора 8(Ов) по цепи: фазные обмотки источника — шина 7 — конденсатор 8 — шина 4 — фаэные обмотки источника возрастает до амплитуды О линейного напряжения источника, Когда линейное напряжение Огз источника положительно, фазные обмотки источника соединяются последовательно— согласно с конденсатором 8 и от них по цепи: фазные обмотки источника — шина 4— секция индуктивного накопителя 17 — вывод

20 системы — замкнутые контуры коммутатора 16 — вентиль 9 — конденсатор 8 — шина 7 — обмотки источника, к секции индуктивного накопителя 17 прикладывается напряжение

Ua = U23+ Ов. Под действием этого напряжения через нижнюю секцию индуктивного накопителя 17 протекает ток ее заряда ia — а максимальная величина Л М этого тока определяется выражением(2), В последующем отрицательном полупериоде изменения напряжения О э источника этот ток Л а замыкается через вентиль 13 по цепи: нижняя секция индуктивного накопителя 17 — вывод 20 — замкнутые контакты коммута1677849 тора 16 — вентиль 13 — верхняя секция индуктивного накопителя 17, имеющей в десятки и сотни раз меньшее сопротивление, ЧЕМ СОПРОТИВЛЕНИЕ ЗаРЯДНОй ЦЕПИ Гзц1 И практически сохраняет свою величину неизменной до следующего положительного полупериода изменения линейного напряжЕНИЯ !!2З ИСтОЧНИКа, КОГДа К ТОКУ Л !50 ПРИплюсуется следующее приращение тока.

Кроме того, суммарный ток индуктивного накопителя 17 замыкается через вентиль 14, сглаживая ток секций индуктивного накопителя 17. Емкость конденсаторов 3 и 8 выбирают такой величины, чтобы при положительных полупериодах изменения линейных напряжений 012 и 02з источника, их напряжение в конце этих полупериодов (при разряде конденсаторов) уменьшалось на 29,3/ (до 0,707 Umn) по сравнению с их напряжением Umn заряда (подзаряда) в отрицательные полупериоды изменения напряжения Ба и Огз источника.

Когда линейное напряжение !!з1 источника отрицательно(потенциал шины 2 выше потенциала шины 7), фазные обмотки источника соединяются последовательно-согласно с конденсаторами 3 и 8 (с остаточным напряжением 0з = 08 = 0,707 Umn) и от них по цепи: фазные обмотки источника — шина

2 — конденсатор 3 — вентиль 10 — замкнутые контакты коммутатора 15 — вывод 19 — обмотка индуктивного накопителя — вывод 20 — замкнутые контакты коммутатора 16-вентиль 9 — конденсатор 8 — шина 7 — фазные обмотки источника, ко всей обмотке индуктивного накопителя 17 прикладывается напряжение U17 = Оз1 + 010 + U11. Под действием этого напряжения через всю обмотку индуктивного накопителя 17 будет протекать дополнительный ток!

17= Nt+ (1 — COSNt), 1,414глл (3) где обозначения такие же, как и в выражении (1), если вместо L1 подставить L = 2L1, вместо С - С/2, а вместо гзц1, гзц 2гзц1. Этот ток максимален в конце отрицательного полупериода изменения напряжения Оз1 источника (при t= -туг = л/в) и равен

1,414 Umn Umn 1,762 Umn !

17т +

0,881 Umn (-1 f

СКЛадЫВая Эта ПрИращЕНИЕ тОКа Л 1170 С приращением тока в секциях Л4„и Л imam получим суммарные приращения тока во всей обмотке индуктивного накопителя 17

4,398 Umn 2,199 Umn

17 п !

Так как это суммарное максимальное приращение тока будет сохраняться (за счет его значения через вентили 12, 13, 14), то практически неизменным в следующий период изменений напряжений 012; !2з, 0з! источника к этому току прибавится следующее приращение тока и так далее циклически в каждый последуюший период изменения линейных напряжений источника, Если задано требуемое время заряда СПИН или

КРИН тзк в обшем случае от начального тока !

ЗОДО МаКСИМаЛЬНОГО тОКа!зщ, ТО За Этс ВРЕМЯ ПРОйДЕт nnK = 11зк ПЕРИОДОВ ИЗМЕНЕНИЯ напряжения источника и максимальный ток индуктивного накопителя 17 определится очевидным из закона сохранения энергии выражением

r !

3m !30 + Л1 17л; /110k !30 +

+ L 7f <3k .

4,398 Urnn (6)

Легко показать, что при этом заряд индуктивного накопителя 17 будет происходить в режиме неизменной в каждый период заРЯДНОй МОЩНОСТИ Рзср = Е(!згп - !ЗО )/(2тзк) 1п

2 потребляемой от источника (P„= Рз;p/ r)nL) мощности. Здесь 1р! — КПД заряданно индуктивного накопителя определяется выведенным выражением

1 + l 0.5 Г1 7/эс ) фс + 0,703 r„zq i(Г 1 Г ) 1 0 067 где 7 зс 0,98- КПД заряда конденсаторов

3 и 8 для реальной добротности контура «х заряда 0 > 10.

Когда ток заряда индуктивного накопителя достигает свсего максимального значения !з, не показанный на чертеже блок управления подает поджигающий импульс на управляемый вакуумныи или жидкостной разрядник и через исполнительный механизм размыкает коммутаторы 15, 16 и энергия, накопленная в индуктивном накопителе, передается из него в импульсную нагрузку по цепи: обмотка индуктивного накопителя 17 — вывод 20 — резистор 22 импульсной нагрузки — вывод 19 обмотка индуктивного накопителя 17, Когда ток в обмотке индуктивного накопителя уменьШаЕтСЯ ДО ЗаДаННОй ВЕЛИЧИНЫ !з0 (НаПРИмер, !з0 = 0,707 !зл), блок управления замыкает контакты управляемого коммутатора и оставшийся в индуктивном накопителе ток замыкается через блокирующие вентили 12, 13, 14. Управляемый вакуумный разрядник самопогасает, и начинается описанный выше новый цикл подзаряда индук1677849

Соста вител ь А. Горбачев

Техред М.Моргентал Корректор Л.Бескид

Редактор В,Фельдман

Заказ 3122 Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 тивного накопителя от начального тока 40 до максимального конечного тока I .

Формула изобретения

Система питания импульсной нагрузки, содеражащая трехфазный источник питания, первая шина которого соединена с первым выводом первого конденсатора, вторая шина — с анодом первого и катодом второго вентилей, третья шина — с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого соединен с анодом второго вентиля и катодом третьего вентиля, второй вывод первого конденсатора соединен с катодом первого и анодом четвертого вентиля, нагрузку, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД устройства при одновременном снижении массы и габаритов его, в него введены пятый, шестой, седьмой вентили, первый, второй коммутаторы, индуктивный накопитель, средняя точка которого

5 соединена с анодом пятого и катодом шестого вентилей, которые подключены к аноду первого вентиля, катод пятого вентиля соединен с катодом четвертого вентиля, катодом седьмого вентиля, через первый

10 коммутатор с первым выводом индуктивного накопителя и с первым выводом нагрузки, анод шестого вентиля соединен с анодом третьего вентиля, анодом седьмого вентиля и через второй коммутатор со вто15 рым выводом индуктивного накопителя и со вторым выводом нагрузки.