Система импульсно-периодической зарядки



Система импульсно-периодической зарядки
Система импульсно-периодической зарядки
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 2660171:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Система импульсно-периодической зарядки (СИЗ) с промежуточным емкостным накопителем относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использована при разработке мощных импульсно-периодических ускорителей электронов и СВЧ-генераторов на их основе. Система импульсно-периодической зарядки с промежуточным емкостным накопителем содержит источник высокого напряжения, буферный емкостной накопитель, быстродействующее защитное реле, две индуктивности, два высоковольтных диода, разрядник с двумя группами неподвижных пространственно разнесенных и расположенных в параллельных плоскостях электродов и двумя расположенными друг над другом вращающимися электродами с трехштыревыми контактами каждый, промежуточный емкостной накопитель, генератор высоковольтных импульсов, а также датчик положения вращающихся электродов и два скользящих контакта, электрически связанных с одной стороны с вращающимися электродами, с другой через токоограничивающий элемент с заземленным корпусом разрядника. Технический результат - повышение стабильности работы системы импульсно-периодической зарядки на предельных частотах, надежности ее работы и минимизация последствий некорректной работы основных элементов, входящих в СИЗ и генератор высоковольтных импульсов. 2 ил.

 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано при разработке мощных импульсно-периодических ускорителей электронов и СВЧ-генераторов на их основе.

При создании мощных электрофизических установок и, в частности, ускорителей электронов, работающих в импульсно-периодическом режиме с высокой средней мощностью электронного пучка, весьма актуальной задачей является разработка эффективной и надежной системы импульсно-периодической зарядки (СИЗ) емкостных накопителей генераторов высоковольтных импульсов (ГВИ). При уровнях средней мощности пучка в сотни киловатт и выше наиболее предпочтительным является подход с использованием предварительно заряжаемого высоковольтного буферного емкостного накопителя, энергия из которого с помощью коммутатора-прерывателя дозировано передается в емкостной накопитель генератора высоковольтных импульсов (рабочую емкость).

Основным элементом в схеме с дозированным отбором энергии из буферного накопителя является коммутатор-прерыватель, функции которого в высоковольтных вариантах СИЗ может выполнять разрядник с вращающимся электродом (РВЭ), который периодически замыкает буферную накопительную емкость на накопитель генератора высоковольтных импульсов и после окончания зарядки разрывает цепь. Основными проблемами при эксплуатации РВЭ и всей СИЗ на его основе в целом являются эффективное гашение высоковольтной дуги по окончании зарядки, надежное без пропусков закорачивание промежутков разрядника в начале зарядки и повышение надежности функционирования СИЗ за счет быстрого прерывания ее работы при возникновении нештатных ситуаций.

Следует отметить, что разрядники с вращающимся электродом для коммутации емкостного накопителя на нагрузку - разряд в воде - широко используются в промышленности для дробления щебня, очистки вагонеток от окалины и т.д. (Л.А. Юткин Электрогидравлическое дробление Л. ЛДНТП, ч. 1, 1959, 36 с.). Применение таких систем основано на электрогидравлическом эффекте. Указанные устройства работают в широком интервале запасенной в буфере энергии и питающих напряжений, однако частоты срабатываний ограничиваются единицами герц и лишь при средних мощностях до 50 кВт реализованы режимы с частотой следования импульсов 50…100 Гц.

За аналог заявляемой системы выбран генератор импульсных токов с фильтровой (буферной) емкостью и индуктивной зарядной цепью электрогидравлической установки (Л.А. Юткин Электрогидравлические установки // Ленинград. - Машиностроение. - 1986. - стр. 86-90, рис 3.1д).

Система - аналог содержит источник высокого напряжения, буферный емкостной накопитель, индуктивность, высоковольтный диод, размещенный в заземленном корпусе разрядник с двумя неподвижными электродами и вращающимся электродом и генератор высоковольтных импульсов. (ГВИ)

В основе функционирования системы импульсно-периодической зарядки, выполненной по схеме аналога, лежит процесс дозированного отбора энергии с помощью коммутатора-прерывателя из предварительно заряженного с помощью источника высокого напряжения буферного накопителя. В качестве коммутатора-прерывателя в прототипе использован разрядник с двумя неподвижным электродами и одним вращающимся электродом, для которого величина коммутируемой энергии ограничена электрической прочностью конструкции и эрозионной стойкостью электродов. Расстояние между неподвижными электродами при этом определяется размером вращающегося электрода.

Следует особо отметить, что в аналоге в составе РВЭ использован один вращающийся электрод, неподвижные электроды расположены друг напротив друга и зазор между ними определяется размерами вращающегося электрода, что ограничивает электрическую прочность конструкции и скорость гашения дуги.

Система импульсно-периодической зарядки, выполненная по схеме аналога, позволяет получать практически любую частоту следования импульсов при небольших рабочих емкостях до 0,1 мкФ. Это достигается тем, что буферная емкость работает в режиме частичного разряда, а рабочая - заряжается в течение одного полупериода в колебательном режиме через индуктивность с малыми омическими потерями. При этом буферная емкость превышает рабочую в 15…20 раз.

Вместе с тем, повышение средней мощности, передаваемой в накопитель генератора высоковольтных импульсов, с помощью системы импульсно-периодической зарядки по схеме аналога требует существенного увеличения емкости буферной батареи, а значит и энергетики, запасаемой в ней, что существенным образом повышает негативные последствия нештатных ситуаций. Эти нештатные ситуации в подавляющем большинстве случаев связаны с не восстановлением электрической прочности до номинального уровня, либо самопробоем коммутатора (либо коммутаторов) генератора высоковольтных импульсов и самопробоя самого разрядника с вращающимися электродами на землю. С учетом большой запасаемой в буфере энергии, последствия нештатной работы ключевых элементов носят взрывной характер, что связано с существенно растущим по амплитуде и длительности током разрядки буферной емкости. Кроме того, при наличии закороченного коммутатора рабочего накопителя, либо РВЭ на землю, оборвать ток в цепи СИЗ, многократно превышающий номинальный, без принятия специальных мер, не представляется возможным. Происходит полная разрядка буферной емкости с выгоранием или повреждением электродов РВЭ и коммутаторов высоковольтного генератора. Установка плавкого предохранителя в цепи СИЗ способна частично решить проблему защиты, но его эффективность и быстродействие в импульсных схемах существенно ограничены. Кроме того, восстановление работоспособности системы зарядки в этом случае возможно только после замены предохранителя.

Недостатками системы импульсно-периодической зарядки, выбранной в качестве аналога, являются относительно невысокий уровень средней мощности, передаваемой в нагрузку, отсутствие защиты цепи от возникающего сквозного тока из-за не восстановления электрической прочности коммутатора генератора высоковольтных импульсов, а также периодические пропуски срабатывания РВЭ из-за наличия остаточного потенциала на вращающемся электроде от предыдущего импульса.

За прототип, наиболее близкий к заявляемой системе импульсно-периодической зарядки по совокупности признаков, выбрана система импульсно-периодической зарядки в соответствии с патентом РФ №2560716, опубликовано 20.08.2015, патентообладатель ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», ГК в “Росатом”.

Прототип содержит источник высокого напряжения, буферный емкостной накопитель, индуктивность, высоковольтный диод, разрядник, содержащий два пространственно разнесенных неподвижных электрода и вращающийся электрод с тремя штыревыми контактами, быстродействующее защитное реле, датчик положения вращающегося электрода, скользящий контакт, электрически связанный с одной стороны с вращающимся электродом, с другой через токоограничивающий элемент с корпусом разрядника и генератор высоковольтных импульсов.

В основе функционирования системы импульсно-периодической зарядки, выполненной по схеме прототипа, лежит процесс дозированного отбора энергии с помощью коммутатора-прерывателя из предварительно заряженного с помощью источника высокого напряжения буферного накопителя. В качестве коммутатора-прерывателя в прототипе использован разрядник с двумя пространственно разнесенными неподвижными электродами и одним расположенным на валу вращающимся электродом с тремя штыревыми контактами с возможностью вращения его штыревых контактов (штырей) относительно неподвижных электродов, для которого величина коммутируемой энергии ограничена электрической прочностью конструкции и эрозионной стойкостью электродов. Причем, штыревые контакты вращающегося электрода, как и два пространственно разнесенных неподвижных электрода расположены в одной плоскости и относительно друг друга под углом 120°. Такая конструкция позволяет за один оборот вала получить три срабатывания разрядника. Расстояние между неподвижными электродами при этом определяется диаметром вращающегося электрода. В схеме СИЗ прототипа буферная емкость через индуктивность и высоковольтный диод электрически связана с неподвижным электродом РВЭ, второй неподвижный электрод РВЭ соединен с емкостным накопителем генератора высоковольтных импульсов. При этом один из неподвижных электродов находится под потенциалом зарядки буферной емкости, второй, поскольку рабочая емкость изначально не заряжена, находится под нулевым потенциалом. При сближении вращающегося электрода с неподвижными за счет разности потенциалов первоначально происходит пробой воздушного промежутка между высоковольтным неподвижным электродом и вращающимся. В результате подвижный электрод попадает под высокий потенциал, что в свою очередь ведет к пробою второго межэлектродного промежутка между подвижным и вторым неподвижным, связанным с рабочей емкостью. Таким образом, электрическая цепь замыкается и начинается зарядка генератора, которая носит резонансный характер. Подвижный электрод продолжает свое вращательное движение и расстояние между ним и неподвижным электродом непрерывно увеличивается. При этом ток зарядки рабочей емкости продолжает течь через электрическую дугу, образовавшуюся между электродами. По мере роста напряжения на рабочей емкости ток зарядки падает, в момент окончания зарядки он становится равным нулю и в штатном режиме работы дуга самопроизвольно гаснет. Этому способствует и наличие в цепи защитного высоковольтного диода, который предотвращает возникновение колебательного процесса в системе буферная емкость - рабочая емкость - индуктивность. Наличие защитного диода, кроме того, позволяет за счет организации принудительной временной задержки между окончанием процесса зарядки (нулем тока) и коммутацией рабочей емкости на нагрузку гарантированно обеспечить обрыв высоковольтной дуги в разряднике с вращающимся электродом за счет паузы тока. Чтобы исключить пропуски срабатывания РВЭ из-за наличия остаточного потенциала на вращающемся электроде от предыдущего импульса в конструкцию введен скользящий контакт, электрически связанный с одной стороны с вращающимся электродом, с другой через токоограничивающий элемент с заземленным корпусом разрядника.

Система импульсно-периодической зарядки, выполненная по схеме прототипа, позволяет получать частоту следования импульсов порядка 300 Гц при рабочих емкостях до 15 мкФ, Это достигается тем, что буферная емкость работает в режиме частичного разряда, а рабочая - заряжается в течение одного полупериода и колебательном режиме через индуктивность с малыми омическими потерями. При этом величина буферной емкости превышает рабочую в 500…600 раз. Запасенная энергия будет составлять порядка 0.5 МДж. Все это существенным образом повышает негативные последствия нештатных ситуаций. Эти нештатные ситуации в подавляющем большинстве случаев связаны с не восстановлением электрической прочности до номинального уровня, либо самопробоем коммутатора (либо коммутаторов) генератора высоковольтных импульсов. С учетом большой запасаемой в буфере энергии, последствия нештатной работы ключевых элементов носят взрывной характер, что связано с существенно растущим по амплитуде и длительности током разрядки буферной емкости. Происходит полная разрядка буферной емкости с выгоранием или повреждением электродов РВЭ и коммутаторов высоковольтного генератора. Для устранения таких проблем в цепи СИЗ установлено быстродействующее защитное реле. В случае нештатной работы коммутаторов генератора высоковольтных импульсов возникает сквозной ток из буферной емкости на землю, амплитуда и длительность которого существенно превышает штатные рабочие значения. Установленный в цепи пороговый токовый датчик при этом формирует сигнал на запуск защитного высоковольтного реле, которое быстро разрывает зарядную цепь на заранее выбранный временной интервал.

Недостатком системы импульсно-периодической зарядки, выбранной в качестве прототипа, является то, что при частоте следования импульсов близкой к 300 Гц технические возможности защитного высоковольтного реле не всегда позволяют вовремя отключить буферную емкость. Да и ресурс такого реле ограничен из-за подгорания контактных площадок. Все это негативно сказывается на работе коммутаторов генератора высоковольтных импульсов.

Следует особо отметить, что без принятия специальных мер дальнейшее повышение средней мощности системы импульсно-периодической зарядки, построенной по схеме прототипа, и увеличение частоты следования импульсов вызовет еще большие трудности в обеспечении ее функционирования из-за существенно возрастающей вероятности возникновения нештатных ситуаций.

Таким образом, для повышения частоты следования импульсов и среднего уровня мощности, передаваемой в нагрузку с помощью системы импульсно-периодической зарядки с защитным высоковольтным реле на основе дозированного отбора энергии с использованием разрядника с вращающимся электродом, и увеличения надежности функционирования СИЗ в этом режиме, необходим ряд усовершенствований, минимизирующих последствия некорректной работы элементов.

Техническая проблема состоит в совершенствовании схемы построения системы импульсно-периодической зарядки (СИЗ) на базе дозированного отбора энергии из высоковольтного буферного накопителя в разрядник путем введения в систему промежуточного емкостного накопителя (ПН), что позволит усилить энергетические возможности и надежность системы.

Ожидаемым техническим результатом предполагаемого решения является увеличение средней мощности и частоты следования импульсов системы импульсно-периодической зарядки, повышение надежности ее работы и минимизация последствий некорректной работы основных элементов, входящих в СИЗ и генератор высоковольтных импульсов.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известной системы импульсно-периодической зарядки, содержащей электрически связанные между собой источник высокого напряжения, буферный емкостной накопитель, индуктивность, высоковольтный диод, разрядник и генератор высоковольтных импульсов, содержащий рабочую емкость и коммутатор, причем разрядник содержит группу электродов в виде двух пространственно разнесенных неподвижных электродов и вращающегося электрода, содержащего как минимум два штыревых контакта, установленного на валу с возможностью вращения его штыревых контактов относительно неподвижных электродов, разрядник оснащен датчиком положения вращающегося электрода и скользящим контактом, электрически связанным с одной стороны с вращающимся электродом с другой через токоограничивающий элемент с корпусом разрядника, в предлагаемой системе, в разрядник введена вторая группа электродов, идентичная первой, введен дополнительный скользящий контакт, электрически связанный с одной стороны с вращающимся электродом второй группы, с другой через идентичный первому токоограничивающий элемент с корпусом разрядника, причем неподвижные электроды первой группы ориентированы относительно неподвижных электродов второй группы под углом, исключающим возможность одновременного протекания зарядного тока через обе группы электродов при относительном вращении, вращающиеся электроды первой и второй групп расположены друг под другом и находятся также, как и неподвижные, в параллельных плоскостях, неподвижные электроды первой и второй группы соединены электрической цепью, к которой подключен промежуточный емкостной накопитель, причем между промежуточным емкостным накопителем и второй группой неподвижных электродов установлена индуктивность и высоковольтный диод, идентичные подключенным к первой группе неподвижных электродов, при этом емкость промежуточного накопителя равна рабочей емкости генератора высоковольтных импульсов

Технический прием, связанный с использованием предварительно заряжаемого высоковольтного буферного емкостного накопителя, энергия из которого с помощью коммутатора-прерывателя дозировано передается через промежуточный емкостной накопитель в рабочую емкость генератора высоковольтных импульсов, наиболее обоснован при уровнях средней мощности пучка в сотни киловатт и выше. Скорость передачи энергии из буфера через промежуточный емкостной накопитель в высоковольтный генератор наиболее просто регулировать с помощью индуктивностей, величина которых в совокупности с величинами промежуточной и рабочей емкостей определяет длительность зарядки промежуточной и рабочей емкости и, соответственно, частоту следования импульсов. Немаловажным преимуществом данной схемы является возможность работать с удвоением напряжения на генераторе высоковольтных импульсов. Кроме того, разрыв цепей прерывателем по окончании цикла зарядки осуществляется в момент нуля тока (в максимуме напряжения на промежуточной и рабочей емкости), что положительно сказывается на эффективности и надежности работы всей системы в целом.

Коммутатор-прерыватель, функции которого в высоковольтных вариантах СИЗ с ПН выполняет разрядник с неподвижными и вращающимися электродами (РВЭ), периодически замыкает буферную накопительную емкость на промежуточный емкостной накопитель с последующим разрывом зарядной цепи, а промежуточный накопитель на накопитель (рабочую емкость) генератора высоковольтных импульсов и после окончания зарядки разрывает цепь.

Принципиальным в данном техническом подходе является то, что введение в СИЗ промежуточного емкостного накопителя позволяет избежать появления сквозного тока из буферной емкости на землю через ГВИ, что может привести к выходу из строя коммутаторов генератора.

Для реализации предложенного технического решения в РВЭ произведено усовершенствование разрядного узла. Над установленной изначально первой группой электродов (прототип) установлена вторая группа электродов, идентичная первой по составу, состоящая из разнесенных двух пространственно разнесенных неподвижных электродов и вращающегося электрода, содержащего как минимум два штыревых контакта, установленного на валу с возможностью вращения его штыревых контактов относительно неподвижных электродов. Взаиморасположение электродов первой и второй групп электродов (неподвижные электроды первой группы разрядников ориентированы относительно неподвижных электродов второй группы разрядников под углом, исключающим возможность одновременного протекания зарядного тока через обе группы электродов при относительном вращении, вращающиеся электроды первой и второй групп расположены друг под другом и находятся также, как и неподвижные, в параллельных плоскостях) с учетом заявленного электрического подключения приводит к следующему. При срабатывании первой группы электродов вторая будет разомкнута и будет находиться на максимальном расстоянии от первой. Ко второму неподвижному электроду первой группы и первому неподвижному электроду второй группы подключена промежуточная емкость с индуктивностью и высоковольтным диодом, а ко второму неподвижному электроду второй группы подключен ГВИ. Величина промежуточной емкости равна по величине емкости ГВИ. Таким образом, в процессе работы буферная емкость через времязадающую индуктивность сначала зарядит промежуточную, а затем промежуточная емкость через времязадающую индуктивность зарядит емкость ГВИ. Причем промежуточная емкость разрядится практически до нуля. Т.е. отбор энергии из буферного накопителя в емкость ГВИ не будет происходить напрямую, что исключит появление сквозного тока.

Таким образом, построение мощной высоковольтной системы импульсно-периодической зарядки емкостных накопителей по предлагаемой схеме позволит повысить среднюю мощность и частоту следования импульсов системы импульсно-периодической зарядки с промежуточным емкостным накопителем по сравнению с прототипом. Внедрение такой СИЗ позволит значительно увеличить надежности работы системы и минимизировать последствия некорректной работы основных элементов, входящих в состав СИЗ.

На фиг. 1 приведена схема заявляемой системы импульсно-периодической зарядки, где:

1 - источник высокого напряжения;

2 - быстродействующее защитное реле;

3 - буферный емкостной накопитель;

4, 8 - высоковольтный диод;

5, 9 - времязадающая индуктивность:

6 - разрядник с двумя группами электродов и двумя скользящими контактами;

7 - промежуточный емкостной накопитель;

10 - генератор высоковольтных импульсов;

где Ср - рабочая емкость; К - коммутатор; R - сопротивление.

На фиг. 2 приведена схема разрядника с двумя группами электродов, датчиком положения электродов и двумя скользящими контактами, электрически связанными с вращающимися электродами и через токоограничивающий элемент с корпусом разрядника,

где:

11 - неподвижные электроды второй группы:

12 - вращающийся электрод с штыревыми контактами второй группы;

13 - скользящий контакт второй группы;

14 - вращающийся электрод с штыревыми контактами первой группы;

15 - неподвижные электроды первой группы;

16 - корпус разрядника;

17 - диэлектрический ват;

18, 19 - токоограничивающий элемент;

20 - скользящий контакт первой группы;

21 - диск с датчиком положения вращающихся электродов.

Заявляемая система импульсно-периодической зарядки с промежуточным емкостным накопителем реализована на практике. В состав СИЗ с ПН, схема которой представлена на фиг. 1, входят: источник высокого напряжения 1 в виде высоковольтного выпрямителя, буферный емкостной накопитель 3, набранный из параллельно включенных энергоемких высоковольтных конденсаторов, быстродействующее защитное реле 2, представляющее из себя герметичный объем, заполненный трансформаторным маслом, в котором с помощью электромагнита происходит коммутация и размыкание цепи зарядки с использованием подвижных электродов ножевого типа, индуктивностей 5 и 9, защитных сборок 4 и 8 из высоковольтных сильноточных диодов, разрядник с двумя группами электродов и двумя скользящими контактами 6, промежуточный емкостной накопитель 7, набранный из параллельно включенных энергоемких высоковольтных конденсаторов, генератор высоковольтных импульсов 10 с рабочей емкостью Ср и газовым управляемым коммутатором К. Разрядка ГВИ после срабатывания коммутатора осуществлялась на активную нагрузку, которая на схеме представлена сопротивлением R. При этом величина емкости промежуточного накопителя равна величине рабочей емкости генератора высоковольтных импульсов.

Разрядник с вращающимися электродами (см. фиг. 2) состоит из заземленного металлического корпуса 16 с первой и второй группой электродов с размещенными внутри него на диэлектрическом валу 17 двумя трех штыревыми вращающимися электродами (вращающиеся электроды с тремя штыревыми контактами каждый) 12 и 14 расположенными друг под другом, двумя группами 11 и 15 пространственно разнесенных неподвижных электродов, жестко связанного с валом РВЭ диска с датчиком положения электродов 21 и двух касающихся вращающихся электродов скользящих контактов 13 и 20, соединенных с корпусом разрядника через токоограничивающие элементы 18 и 19 в виде резисторов,

Над установленной изначально первой группой электродов в той же плоскости была установлена вторая группа, состоящая из разнесенных под углом 120° неподвижных электродов и вращающегося на валу электрода с тремя штыревыми контактами. Причем вращающийся электрод второй группы расположен над вращающимся электродом первой группы, а неподвижные электроды первой группы ориентированы относительно неподвижных электродов второй группы под углом, исключающим возможность одновременного протекания зарядного тока через обе группы электродов при относительном вращении. Оптимально этот угол равен 60°.

Система импульсно-периодической зарядки с промежуточным емкостным накопителем работает следующим образом. В соответствии с фиг. 1 источник высокого напряжения 1 относительно медленно заряжает буферный емкостной накопитель 3. Перед окончанием зарядки асинхронный двигатель с регулятором оборотов раскручивает вал 17 (см. фиг. 2) с вращающимися электродами 12 и 14. По окончании процесса зарядки буферной емкости и достижения требуемой частоты вращения вала блок управления формирует импульс на замыкание быстродействующего защитного реле 2. которое подключает буферную емкость к неподвижному вводу РВЭ через высоковольтную диодную сборку 4 и индуктивность 5. При этом полярность подключения диода допускает протекание тока из буферной емкости в рабочую, но препятствует обратному течению. При сближении штыря (штыревого контакта) подвижного электрода первой группы с первым неподвижным электродом первой группы происходит пробой и на подвижном электроде появляется высокий потенциал, что, в свою очередь, приводит к пробою со второго штыря (штыревого контакта) подвижного электрода этой группы на второй неподвижный, который связан с промежуточным емкостным накопителем. Начинается зарядка емкости промежуточного накопителя. При этом время запаздывания полной коммутации разрядника (время включения РВЭ) в зависимости от напряжения на буферной емкости составляет 50…100 мкс и не влияет на работу СИЗ с ПН. По окончании процесса зарядки дуга в межэлектродных промежутках РВЭ гаснет, ток становится равным нулю. После того, как штыри (штыревые контакты) подвижного электрода первой группы отходят от неподвижных электродов, начинается сближение штырей подвижного электрода второй группы с неподвижными электродами второй группы. Согласно схеме приведенной на фиг. 1, ко второму неподвижному электроду первой группы подключены промежуточный емкостной накопитель и первый неподвижный электрод второй группы через индуктивность и диод. То есть, первый неподвижный электрод второй группы находится под высоким потенциалом. Происходит пробой и на подвижном электроде второй группы появляется высокий потенциал, что, в свою очередь, приводит к пробою со второго штыря подвижного электрода этой группы на второй неподвижный, к которому подключена емкость Ср генератора высоковольтных импульсов. Начинается зарядка рабочей емкости. По окончании процесса зарядки дуга в межэлектродных промежутках РВЭ гаснет, ток становится равным нулю, подвижный электрод отходит от неподвижных. Из устройства синхронизации и задержки поступает сигнал на пуск коммутатора К ГВИ и запасенная в рабочей емкости энергия выделяется на активной нагрузке. Длительность выделения энергии существенно короче процесса зарядки. По окончании цикла заряд-заряд - разряд с неподвижными электродами первой группы начинает сближаться следующая пара подвижных электродов первой группы и цикл повторяется. При этом средняя коммутируемая мощность ограничивается только эрозионной стойкостью электродов разрядника и возможностями двигателя, обеспечивающего вращение электродов. В случае возникновения нештатной ситуации из-за не восстановления электрической прочности коммутатора генератора высоковольтных импульсов отбор энергии из буферного накопителя в емкость ГВИ не будет происходить напрямую, что исключает возможность появления сквозного тока. Отпадает необходимость применения защитного реле, так как не восстановившийся коммутатор ГВИ в следующий период работы СИЗ с ПН начинает функционировать в штатном режиме.

Таким образом, в результате проведенных экспериментальных исследований и компьютерного моделирования было показано, что заявляемая мощная импульсно-периодическая система зарядки с промежуточным емкостным накопителем на основе дозированного отбора энергии из высоковольтного буферного накопителя с помощью разрядника с вращающимся электродами улучшенной конструкции способна эффективно работать с высокой мощностью. При этом надежность заявляемой СИЗ существенно выше систем с заведомо более низкими выходными характеристиками.

Система импульсно-периодической зарядки, содержащая электрически связанные между собой источник высокого напряжения, буферный емкостной накопитель, индуктивность, высоковольтный диод, разрядник и генератор высоковольтных импульсов, содержащий рабочую емкость и коммутатор, причем разрядник содержит группу электродов в виде двух пространственно разнесенных неподвижных электродов и вращающегося электрода, содержащего как минимум два штыревых контакта, установленного на валу с возможностью вращения его штыревых контактов относительно неподвижных электродов, разрядник оснащен датчиком положения вращающегося электрода и скользящим контактом, электрически связанным с одной стороны с вращающимся электродом с другой через токоограничивающий элемент с корпусом разрядника, отличающийся тем, что в разрядник введена вторая группа электродов, идентичная первой, введен дополнительный скользящий контакт, электрически связанный с одной стороны с вращающимся электродом второй группы, с другой через идентичный первому токоограничивающий элемент с корпусом разрядника, причем неподвижные электроды первой группы ориентированы относительно неподвижных электродов второй группы под углом, исключающим возможность одновременного протекания зарядного тока через обе группы электродов при относительном вращении, вращающиеся электроды первой и второй групп расположены друг под другом и находятся так же, как и неподвижные, в параллельных плоскостях, неподвижные электроды первой и второй группы соединены электрической цепью, к которой подключен промежуточный емкостной накопитель, причем между промежуточным емкостным накопителем и второй группой неподвижных электродов установлена индуктивность и высоковольтный диод, идентичные подключенным к первой группе неподвижных электродов, при этом емкость промежуточного накопителя равна рабочей емкости генератора высоковольтных импульсов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке средств радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), в частности, размещаемых на самолетах, крылатых ракетах, беспилотных летательных аппаратах, в системах высокоточного оружия и т.д.

Изобретение относится к устройству генерации случайных чисел для предоставления случайного числа. Техническим результатом является получение реального случайного числа, которое невозможно предсказать или сгенерировать при помощи аналогичного устройства.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в электротехнических и электронных устройствах для формирования импульсов напряжения, а также может применяться в измерительной технике для наладки различных цифровых устройств.

Изобретение относится к устройствам для генерации импульсов затухающих колебаний и может быть применено, в частности, в устройствах, предназначенных для зажигания газовых разрядов с целью возбуждения низкотемпературной плазмы.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат – возможность использовать магнитный усилитель в качестве электрического генератора.

Устройство относится к области ускорителей заряженных частиц, а точнее сильноточным импульсным ускорителям электронов прямого действия с индуктивным промежуточным накопителем энергии.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования прямоугольных импульсов стабильной длительности блокинг-генератора, работающего в ждущем режиме.

Изобретение относится к области радиосвязи, а именно к устройствам, предназначенным для сетей беспроводной связи при многолучевом распространении радиосигнала OFDM, и может быть использовано на базовых станциях и в мобильных терминалах.

Изобретение относится к области усилительной и генераторной техники и может быть использовано в акустических излучающих трактах для возбуждения ультразвуковых излучателей.

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в качестве источника импульсного электропитания различных установок. Технический результат: заключается в автономности работы малогабаритного генератора импульсных токов, с повышенным коэффициентом полезного действия, без промежуточного преобразования выделяющейся энергии в электрическую.

Изобретение относится к плазменной электронике и может быть использовано при создании СВЧ-генераторов мультимегаваттной мощности с использованием плазменного релятивистского мазера.

Генератор электрического тока на потоке плазмы относится к области электротехники и может быть использован для получения и накопления статического электричества, а также получения электрического тока для питания аккумуляторов, систем и агрегатов космических аппаратов, транспортных средств.

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) и высокочастотной (ВЧ) электронике и может быть использовано в локации, ВЧ-связи, науке, бытовой технике для генерации электромагнитного излучения в различных диапазонах длин волн.

Изобретение относится к нерелятивистской электронике сверхвысоких частот, а именно к устройствам для генерирования широкополосных шумоподобных СВЧ колебаний малого и среднего уровня мощности, и может быть использовано в различных системах радиолокации, радиопротиводействия, системах связи на основе хаотических сигналов, установках промышленного применения, а также в устройствах медицинского назначения.

Изобретение относится к электронике сверхвысоких частот, а именно к устройствам для генерации широкополосных хаотических СВЧ-колебаний среднего уровня мощности, и может быть использовано в различных системах радиолокации, радиопротиводействия, системах связи на основе хаотических сигналов, установках промышленного применения, а также в устройствах медицинского назначения.

Изобретение относится к радиотехнике и электронике сверхвысоких частот, а именно к устройствам для генерации последовательностей импульсов с хаотическим СВЧ заполнением среднего и большого уровня мощности, и может быть использовано в различных системах радиолокации и системах связи на основе хаотических сигналов.

Изобретение относится к технике СВЧ, может быть использовано при разработке мощных источников сверхвысокочастотного излучения для целей радиолокации, навигации и техники ускорителей элементарных частиц.

Изобретение относится к сверхвысокочастотной технике. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к генератору электрического тока, работающему на потоке плазмы, и может быть использовано для получения электрического тока и питания им систем и агрегатов спускаемых аппаратов космических кораблей.

Магнетрон // 2334301
Изобретение относится к технике генерации электромагнитного излучения и может быть использовано для создания генераторов мощного сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для разрушения объектов электроимпульсным способом. Технический результат - повышение эффективности выделения энергии в канале разряда в разрушаемом объекте. Высоковольтный импульсный генератор содержит высоковольтный электрод, подведенный к разрушаемому объекту и подключенный к высоковольтному выводу вторичной обмотки линейного импульсного трансформатора (ЛИТ), емкостный накопитель С1, подключенный через коммутаторы к первичным обмоткам ЛИТ, зарядное устройство, заряжающее емкостный накопитель С1, искровой разрядник с импульсным конденсатором СГИТ, заряжаемым от отдельного зарядного устройства, при этом сердечник ЛИТ выполнен с сечением, позволяющим находиться сердечнику в ненасыщенном состоянии до электрического пробоя разрушаемого объекта и переходить в насыщенное состояние после пробоя разрушаемого объекта. За счет применения дополнительного импульсного конденсатора СГИТ и насыщения сердечника ЛИТ после пробоя разрушаемого объекта во много раз увеличивается ток в канале разряда. 1 ил.

Система импульсно-периодической зарядки с промежуточным емкостным накопителем относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использована при разработке мощных импульсно-периодических ускорителей электронов и СВЧ-генераторов на их основе. Система импульсно-периодической зарядки с промежуточным емкостным накопителем содержит источник высокого напряжения, буферный емкостной накопитель, быстродействующее защитное реле, две индуктивности, два высоковольтных диода, разрядник с двумя группами неподвижных пространственно разнесенных и расположенных в параллельных плоскостях электродов и двумя расположенными друг над другом вращающимися электродами с трехштыревыми контактами каждый, промежуточный емкостной накопитель, генератор высоковольтных импульсов, а также датчик положения вращающихся электродов и два скользящих контакта, электрически связанных с одной стороны с вращающимися электродами, с другой через токоограничивающий элемент с заземленным корпусом разрядника. Технический результат - повышение стабильности работы системы импульсно-периодической зарядки на предельных частотах, надежности ее работы и минимизация последствий некорректной работы основных элементов, входящих в СИЗ и генератор высоковольтных импульсов. 2 ил.

Наверх