Устройство для защиты емкостного накопителя энергии


 

H03K3/53 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

Владельцы патента RU 2474024:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники. Технический результат заключается в повышении надежности устройства путем уменьшения вероятности взрыва конденсаторов в динамическом режиме работы устройства. Устройство содержит зарядное устройство, n параллельно соединенных модулей ЕНЭ, n зарядных диодов и высоковольтный управляемый разрядник, причем первые выводы модулей ЕНЭ соединены с катодами зарядных диодов, вторые выводы модулей ЕНЭ объединены и соединены с отрицательным выводом зарядного устройства и первым выводом нагрузки, первый вывод высоковольтного управляемого разрядника соединен со вторым выводом нагрузки. В устройство введены n разрядных диодов, аноды которых соединены с катодами зарядных диодов и с первыми выводами модулей ЕНЭ, катоды разрядных диодов объединены и соединены со вторым выводом высоковольтного управляемого разрядника, а аноды зарядных диодов объединены и соединены с положительным выводом зарядного устройства непосредственно. Кроме того, в устройстве в качестве зарядных диодов использованы полупроводниковые высоковольтные высокочастотные диоды, номинальные параметры которых соответствуют номинальному зарядному току и уровню зарядного напряжения модулей ЕНЭ. Кроме того, в устройстве в качестве разрядных диодов использованы полупроводниковые высоковольтные диоды, например таблеточной конструкции, номинальные параметры которых соответствуют величинам ударных токов, формируемых каждым модулем ЕНЭ, и уровню зарядного напряжения модулей ЕНЭ. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники и может быть использовано в устройствах электрофизической аппаратуры при создании генераторов импульсов тока (ГИТ), выполненных на базе емкостных накопителей энергии (ЕНЭ), для получения мощных импульсов тока при исследованиях газового разряда, сильных и сверхсильных импульсных магнитных полей для магнитного сжатия плазмы и ряда других исследований.

Известна схема ГИТ, содержащая ряд параллельно включенных конденсаторов, которые с помощью соединительных элементов (шин) объединены между собой и через управляемый коммутатор присоединены к нагрузке (Импульсные источники энергии: Учебное пособие / П.И.Шкуропат, Ленингр. гос.техн. ун-т. л., 1991, с.15). В качестве коммутатора используют малоиндуктивный управляемый разрядник того или иного типа.

Недостатком известного устройства является низкая надежность работы, обусловленная невозможностью обеспечения эффективной защиты конденсаторов ЕНЭ при пробое одного из конденсаторов или случайном коротком замыкании в одном из модулей ЕНЭ. Энергоемкость модуля ЕНЭ обычно выбирается из условия его взрывобезопасности, когда пробой конденсатора не приводит к аварийной ситуации на всем устройстве в целом.

Известны малоиндуктивные конденсаторные батареи, состоящие из параллельно соединенных модулей, связанных с источником питания (зарядным устройством постоянного тока) через быстродействующий токоограничивающий предохранитель (Руденко А.А., Спевакова Ф.М., Столов А.М. Быстродействующий токоограничивающий предохранитель для защиты высоковольтных конденсаторных батарей // Тезисы докладов Всесоюзного совещания по инженерным проблемам управляемого термоядерного синтеза (26-28 июня 1974 г.), НИИЭФА им. Д.В.Ефремова, г.Ленинград, с.143).

Недостатком известного устройства является низкая надежность работы, обусловленная высокой вероятностью взрыва батареи (модуля) конденсаторов при пробое одного из конденсаторов или случайном коротком замыкании в одном из модулей ЕНЭ, связанная с недостаточным быстродействием токоограничивающих предохранителей.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для защиты емкостного накопителя энергии (Описание изобретения к а.с. СССР №1352583, МПК Н02Н 7/16, Н03К 3/53, опубл. 25.11.87, БИ №42). Устройство содержит зарядное устройство, n параллельно соединенных модулей ЕНЭ, n зарядных диодов и n высоковольтных управляемых разрядников. Первые выводы модулей ЕНЭ соединены с катодами зарядных диодов, вторые выводы модулей ЕНЭ объединены и соединены с отрицательным выводом зарядного устройства и первым выводом нагрузки, первые выводы высоковольтных управляемых разрядников соединены со вторым выводом нагрузки, а вторые выводы - с первыми выводами модулей ЕНЭ.

Основным недостатком этого устройства является невозможность обеспечения эффективной защиты конденсаторов ЕНЭ при пробое одного из конденсаторов или коротком замыкании в одном из модулей ЕНЭ в динамическом режиме, т.е. в режиме зарядки конденсаторов от зарядного устройства или в режиме формирования импульсов тока в нагрузке при срабатывании высоковольтных управляемых разрядников.

Задачей изобретения является повышение надежности устройства.

Техническим результатом изобретения является уменьшение вероятности взрыва конденсаторов в динамическом режиме работы устройства. Технический результат достигается тем, что в устройство для защиты емкостного накопителя энергии, содержащее зарядное устройство, n параллельно соединенных модулей ЕНЭ, n зарядных диодов и высоковольтный управляемый разрядник, причем первые выводы модулей ЕНЭ соединены с катодами зарядных диодов, вторые выводы модулей ЕНЭ объединены и соединены с отрицательным выводом зарядного устройства и первым выводом нагрузки, первый вывод высоковольтного управляемого разрядника соединен со вторым выводом нагрузки, введены n разрядных диодов, аноды которых соединены с катодами зарядных диодов и с первыми выводами модулей ЕНЭ, катоды разрядных диодов объединены и соединены со вторым выводом высоковольтного управляемого разрядника, а аноды зарядных диодов объединены и соединены с положительным выводом зарядного устройства непосредственно.

Кроме того, в устройстве в качестве зарядных диодов использованы полупроводниковые высоковольтные частотные диоды, номинальные параметры которых соответствуют номинальному зарядному току и уровню зарядного напряжения модулей ЕНЭ.

Кроме того, в устройстве в качестве разрядных диодов использованы полупроводниковые высоковольтные диоды, например таблеточной конструкции, номинальные параметры которых соответствуют величинам ударных токов, формируемых каждым модулем ЕНЭ, и уровню зарядного напряжения модулей ЕНЭ.

В предлагаемом устройстве для защиты ЕНЭ введение n разрядных диодов обеспечивает эффективную защиту конденсаторов ЕНЭ от взрыва в режиме формирования импульсов тока в нагрузке при срабатывании высоковольтного управляемого разрядника, что обусловлено их местом и способом присоединения в разрядном контуре, а использование полупроводниковых высокочастотных зарядных диодов уменьшает вероятность взрыва конденсаторов ЕНЭ в режиме заряда, что обусловлено малой энергией, выделяемой в аварийном конденсаторе или модуле ЕНЭ из-за малой величины времени обратного восстановления используемых зарядных диодов.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для защиты ЕНЭ.

Устройство для защиты ЕНЭ содержит зарядное устройство 1, n зарядных диодов 2 (2.1…2.n), n разрядных диодов 3 (3.1…3.n), высоковольтный управляемый разрядник 4, n конденсаторных модулей 5 ЕНЭ (5.1…5.n) и нагрузку 6. Первые выводы модулей 5 ЕНЭ соединены с катодами зарядных диодов 2, вторые выводы модулей 5 ЕНЭ объединены и соединены с отрицательным выводом зарядного устройства 1 и первым выводом нагрузки 6, первый вывод высоковольтного управляемого разрядника 4 соединен со вторым выводом нагрузки 6. Аноды разрядных диодов 3 соединены с катодами зарядных диодов 2 и с первыми выводами модулей 5 ЕНЭ, катоды разрядных диодов 3 объединены и соединены со вторым выводом высоковольтного управляемого разрядника 4, а аноды зарядных диодов 2 объединены и соединены с положительным выводом зарядного устройства 1 непосредственно.

В качестве зарядных диодов 2 использованы полупроводниковые высоковольтные частотные диоды, номинальные параметры которых соответствуют номинальному зарядному току и уровню зарядного напряжения модулей ЕНЭ.

В качестве разрядных диодов 3 использованы полупроводниковые высоковольтные диоды, например таблеточной конструкции, номинальные параметры которых соответствуют величинам ударных токов, формируемых каждым модулем ЕНЭ, и уровню зарядного напряжения модулей ЕНЭ.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы устройства высоковольтный управляемый разрядник 4 разомкнут и конденсаторы n модулей ЕНЭ через зарядные диоды 2 заряжаются до уровня номинального напряжения. При подаче поджигающего импульса на высоковольтный управляемый разрядник 4 все конденсаторы n модулей ЕНЭ разряжаются через разрядные диоды 3 на нагрузку 6.

Если в процессе заряда (в динамическом режиме) происходит пробой одного из конденсаторов модуля 5 или в случае короткого замыкания в одном из n модулей 5 все конденсаторы (n-1) модулей 5 ЕНЭ разряжаются на аварийный конденсатор или на аварийный модуль через зарядные диоды 2. Но такой разряд будет происходить только в течение времени их обратного восстановления, которое не превышает единиц мкс, что и уменьшает вероятность взрыва аварийного конденсатора или модуля.

Если после окончания процесса зарядки, когда конденсаторы находятся под номинальным напряжением (в статическом режиме) происходит пробой одного из конденсаторов или короткое замыкание в одном из модулей ЕНЭ, все остальные конденсаторы не могут разрядиться на аварийный конденсатор или модуль из-за наличия зарядных диодов 2. Таким образом, исключается вероятность аварийного взрыва конденсаторов ЕНЭ в статическом режиме.

Если после заряда конденсаторов ЕНЭ до номинального напряжения и срабатывания высоковольтного управляемого разрядника 4 (динамический режим), происходит пробой одного из конденсаторов ЕНЭ или короткое замыкание в одном из модулей 5 ЕНЭ, то обратный ток через аварийный элемент будет ограничен разрядными диодами 3, и вероятность аварийного взрыва конденсаторов ЕНЭ будет снижена.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство для защиты ЕНЭ обеспечивает надежную защиту элементов ЕНЭ как в статическом, так и в динамическом режимах работы.

1. Устройство для защиты емкостного накопителя энергии (ЕНЭ), содержащее зарядное устройство, n параллельно соединенных модулей ЕНЭ, n зарядных диодов и высоковольтный управляемый разрядник, причем первые выводы модулей ЕНЭ соединены с катодами зарядных диодов, вторые выводы модулей ЕНЭ объединены и соединены с отрицательным выводом зарядного устройства и первым выводом нагрузки, первый вывод высоковольтного управляемого разрядника соединен со вторым выводом нагрузки, отличающееся тем, что введены n разрядных диодов, аноды которых соединены с катодами зарядных диодов и с первыми выводами модулей ЕНЭ, катоды разрядных диодов объединены и соединены со вторым выводом высоковольтного управляемого разрядника, а аноды зарядных диодов объединены и соединены с положительным выводом зарядного устройства непосредственно.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве зарядных диодов использованы полупроводниковые высоковольтные высокочастотные диоды, номинальные параметры которых соответствуют номинальному зарядному току и уровню зарядного напряжения модулей ЕНЭ.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в качестве разрядных диодов использованы полупроводниковые высоковольтные диоды, например, таблеточной конструкции, номинальные параметры которых соответствуют величинам ударных токов, формируемых каждым модулем ЕНЭ, и уровню зарядного напряжения модулей ЕНЭ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании управляющих вычислительных систем реального времени, работающих при воздействии мощных электромагнитных импульсных излучений, в том числе импульсов ионизирующего излучения как естественного, так и искусственного происхождения.

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к интегральным микросхемам и может быть использовано в синхронных системах приема, обработки и передачи цифровых данных, в которых установлены жесткие требования к времени задержки распространения и скважности управляющих сигналов.

Изобретение относится к электротехнике, к сильноточной коммутационной технике и может быть использовано для формирования в низкоимпедансных нагрузках мультимегаамперных импульсов тока с временем нарастания порядка одной и менее микросекунды.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технологии и оборудованию для передачи электроэнергии по одному проводящему каналу. .

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к инфранизкочастотным импульсным устройствам с термозависимыми времязадающими элементами, и может быть использовано в приборах автоматического контроля и регулирования.

Изобретение относится к мощной импульсной технике и может использоваться для генерации конечных последовательностей импульсов тока килоамперного диапазона в активной нагрузке.

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам генерирования субнаносекундных импульсов. .

Триггер // 2453987
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при создании переключающих устройств, схем включения (запуска) аппаратуры с малыми тепловыми потерями при значительных токах нагрузки.

Изобретение относится к технике высоких напряжений, а именно к устройствам высоковольтного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением субмикросекундного диапазона.

Изобретение относится к схемному устройству с, по меньшей мере, двумя конденсаторами (C1 С(n)), которые подключены последовательно к напряжению (U), причем параллельно к, по меньшей мере, двум конденсаторам (C1 С(n)) расположен делитель напряжения, который делит напряжение (U) на, по меньшей мере, два конденсатора (C 1 С(n)), причем параллельно каждому конденсатору (Ci) последовательно с последовательным сопротивлением (RSi) размещен защитный диод (Di), причем пороговое напряжение защитного диода (Di) меньше, чем допустимое напряжение размещенного параллельно защитному диоду конденсатора (Ci), и, кроме того, параллельно последовательным сопротивлениям (RS1 RS(n)) размещена защитная схема.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к защите силовых трансформаторов и батарей статических конденсаторов в высоковольтных сетях 6÷220 кВ с изолированной нейтралью от воздействия внутренних перенапряжений.

Изобретение относится к области высоковольтной техники, в частности к силовым конденсаторным батареям (ОКБ) в энергосистемах. .

Изобретение относится к области высоковольтной техники, в частности к силовым конденсаторным батареям (СКБ) в энергосистемах. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите и сигнализации, и может быть использовано для защиты силовых конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности нагрузок, а также многозвенных фильтров высших гармоник преобразовательных подстанций электропередачи постоянного тока, статических компенсаторов дуговых сталеплавильных печей и приводов крупных прокатных станов с общей или индивидуальной коммутацией фильтров.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите и сигнализации, и может быть использовано для защиты силовых конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности нагрузок, а также конденсаторных батарей фильтров высших гармоник преобразовательных подстанций электропередачи постоянного тока, приводов крупных прокатных станов, дуговых сталеплавильных печей, статических компенсаторов и т.д.

Изобретение относится к электротехнике , а именно к технике защиты электрооборудования высокого напряжения, и может быть использовано в электроустановках с изолированной или компенсированной нейтралью для ограничения перенапряжений при однофазных замыканиях на землю и коммутационных перенапряжений.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока системы 25 кВ и 2×25 кВ
Наверх