Устройство для питания импульсной нагрузки

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнх

Соцнаннстнчесннх

Республик

«i>879754

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 1<11.79 (21) 2838582/18-21 р )м. к.з с присоединением эаявни ¹

I (23) Приоритет

Н 03 К 3/53

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений н открытий

Опубликовано 07.1181. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 07.1181 (531УДК 621. 373.. 431 (088. 8) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ

НАГРУЗКИ

Изобретение относится к импульсной технике и преимущественно может быть использовано для питания различных импульсных нагрузок при колебательном разряде накопительных конденсаторов на сопротивление импульсной нагрузки.

Известны устройства для питания импульсной нагрузки, содержащие источник питания, блок заряда, накопительную конденсаторную батарею, ключевой элемент и нагрузку (ll, В таких устройствах, если нагрузка содержит индуктивность, достаточную для возникновения колебательного разряда, происходит переполюсовка накопи-f5 тельных конденсаторов, что сокращает их срок службы и исключает применение в качестве накопительных конденсаторов полярных электролитических конденсаторов, характеризуемых боль- 2О шой удельной энергией.

Наиболее близко к предлагаемому устройство для питания, импульсной нагрузки, выполненное по каскадной схеме умножения напряжения и содержащее 25 источник питания, блок заряда и накопительных конденсаторов равной емкости с развяэывающими разрядными элементами, и накопительных конденсаторов разной емкости и и-1 разрядных ЗО ключевых элементов, подключенных между разноименными обкладками двух смежных накопительных конденсаторов, и нагрузку, подключенную одним выводом к одной из обладок первого накопительного конденсатора (2).

Недостатком этого устройства является то, что в нем, если -нагрузка содержит индуктивность, достаточную для возникновения колебательного разряда, происходит переполюсовка накопительных конденсаторов, что сокращает их срок службы и исключает применение в качестве накопительных конденсаторов полярных накопительных конденсаторов, характеризуемых малыми удельными объемом, массой и стоимостью. Кроме того, в нем сравнительн велика длительность разрядного импульса.

Целью изобретения является уменьше ние удельного объема массы и стоимости устройства и сокращение длительности разрядного импульса.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для питания импульсной нагрузки, выполненное по каскадной схеме умножения напряжения, содержащее источник питания, блок заряда и ,накопительных конденсаторов равной

879754 емкости с развязывающими разрядными элементами, и накопительных конденсаторов равной емкости и и-1 разрядных ключевых элементов, подключенных между разноименными обкладками двух смежных накопительных конденсаторов, 5 и нагрузку, подключенную одним выводом к одной из обкладок первого накопительного конденсатора, снабжено дополнительным конденсатором, подключенным одной обкладкой к свободному () выводу нагрузки, а другой через и-ный разрядный ключевой элемент — к одной из обкладок и-ного накопительного конденсатора, и шунтирующей его ячей кой из соединенных последовательно гасящего резистора и ключевого элемента, при этом число накопительных конденсаторов и емкость дополнительного конденсатора выбраны из условия исключения переполюсовки накопительных конденсаторов при их колебатель- 20 ном разряде на нагрузку.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для питания импульсной нагрузки; на фиг.2 представлен возможный вариант 25 выполнения схемы устройства для питания импульсной нагрузки; на фиг.3 представлены зависимости относительных разрядных напряжений на одном из накопительных конденсаторов U /V„ð и дополнительном конденсаторе U8/V,. от угла ж t в градусах при числе накопительных конденсаторов п=4.

Устройство для питания импульсной нагрузки (фиг.1) содержит источник питания 1, соединенный с ним блок заряда 2, п накопительных конденсаторов равной емкости 3, подсоединенных к блоку заряда параллельно или квазипараллельно через не показанные на схеме развязывающие разрядные эле- 40 менты, и разрядных ключевых элементов 4, включенных между разноименными обкладками соседних накопительных конденсаторов: нагрузку 5, состоящую из резистора 6 и индуктивности 7, и дополнительный конденсатор 8, зашун-. тированный ячейкой из соединенных последовательно гасящего резистора 9 и ключевого элемента 10.

При этом число накопительных конденсаторов 3 и емкость дополнительного конденсатора 8 выбраны из условия исключения переполюсовки накопительных конденсаторов 3 при их колебательном разряде на импульсную нагрузку 5.

Вариант устройства для питания импульсной нагрузки (фиг.2), выполнейный по схеме каскадного умножителя напряжения Аркадьева-Маркса, содержит источник питания ll и связанный с ним блок заряда 12, состоящий из 49 одного или двух зарядных токоограничивающих линейных дросселей 13, ключевого элемента 14 для подключения источника питания и 2 (и-1) развязывающих безжелезных дросселей 15, индуктив- 65 ность которых много меньше индуктивности зарядных токоограничивающих линейных дросеелей 13, и накопительных конденсаторов 16 равной емкости, подключенных к источнику питания через зарядные токоограничивающие линейные дроссели 13 и 2 (n-1) развязывающих безжелезных дросселей 15.

При этом первый накопительный конденсатор подсоединен к источнику питания через ключевой элемент 14 и один или два зарядных токоограничивающих линейных дросселя 13; обкладки первого накопительного конденсатора соединены с обкладками второго через два развязывающих безжелезных дросселя 15, установленных как в прямой, так и в обратной цепях; обкладки второго накопительного конденсатора соединены с обкладками третьего также через два дросселя 15 и разрядных ключевых элементов 17, подключенных между разноименными обкладками двух смежных накопительных конденсаторов, дополнительный конденсатор

18, зашунтированный ячейкой из гасящего резистора 19 и ключевого элемента 20 и подсоединенный через и-ный ключ 17 и нагрузку 21, состоящую из резистора 22 и индуктивности

24, к выходу схемы каскадного умножителя напряжения Аркадьева-Маркса.

Работает предлагаемое устройство следующим образом (фиг.1) °

При подключении источника питания

1 к блоку заряда 2 последний через зарядные и развязывающие элементы заряжает все подсоединенные параллельно к блоку заряда накопительные конденсаторы 3 до напряжения Ч ц каждый, близкого к напряжению источника питания. Нужный закон изменения тока заряда от времени, например, для за- . ряда неизменной мощностью, обеспечивает блок заряда 2 через. свои зарядные элементы. При необходимости разрядить конденсаторы 3 на нагрузку 5 замыкаются разрядные ключевые элементы 4, и все конденсаторы 3 соединяются последовательно друг с другом ичерез дополнительный конденсатор 8— с нагрузкой 5, состоящей из резистора.

6 и индуктивности 7. В начальный момент времени разряда при Ф=О напряжение на сопротивлении нагрузки

Чo UV)a . Относительное напряжение иа любом иэ конденсаторов 3 U„-/U в зависимости от времени разряда t. изменяется по закону (С нар в

" I%o ф 7 » ц, sm(» о)) i И где Vqy - напряжение иа накопительном конденсаторе 3 в начале разряда, равное напряжению на нем в конце его заряда; .

n - число накопительных конденсаторов в каскадной схеме умножения напряжения;

879754

Прн разряде накопительных конденсаторов на импульсную нагрузку дополнительный конденсатор заряжается напряжением обратной полярности по отношению к полярности накопительных конденсаторов. При времени t это

5 напряжение Чд„/Ч; ЧпС; /С*) / (и+С;/Сд) 1

По окончанип разряда накопительных* конденсаторов ключевой элемент 10 замыкается, и следует апериодический разряд дополнительного конденсатора !

О 8 от напряжения V*< практически до нуля, который занимает часть времени последующего подзаряда накопительных конденсаторов. С учетом изложенного предельный КПД разряда накопительных 5 конденсаторов 3 на нагрузку 5 мС; !Сд во + 1C;!Сд

d=r (2L) предельная кру говая частота;

О собственная круговая частота разрядной цепи. з» Ао-8

ЮИ УЕ(Ш IIIp}<0

1 ем е 1 р,et+4 ) сС;, С из которого можно при заданных пара. метрах схемы ri Lr С*, dumps м и $a методом последовательных приближений определить число п.накопительных конденсаторов и относительную емкость дополнительного конденсатора С4/С;, 30 при которых исключается переполюсовка накопительных конденсаторов. Здесь

С - С;/n - эквивалентная емкость и накопйтельных конденсаторов, равная емкости при их последовательном сое- 35 динении.

Можно показать, что при выполнении условия (2) исключается и переполюсовка дополнительного конденсатора 8 при колебательном разряде накопительных 40 конденсаторов на активно-индуктивную нагрузку 5.

Устранение переполюсовки накопительных и дополнительного конденсаторов позволяет при обычном их исполнении увеличить срок службы конденса- 45 торов или применять в качестве накопительных и дополнительного конденсаторов полярные электролитические конденсаторы, характеризуемые существенно меньшими удельными объемом, массой и 59 стоимостью, чем обычные импульсные конденсаторы. Кроме того, включение в разрядную цепь последовательно с нагрузкой 5 дополнительного конденсатора 8 позволяет в (n+C

Формула изобретения

С; и C> — емкости одного накопи- тельного и дополнительного конденсаторов соответственно; параметр затухания (гактивное сопротивление, а Ь вЂ” индуктивность цепи разряда);

Ч/О= Ог.ctq; ш/а .

Из выражения (1) получается условие исключения переполюсовки накопительных конденсаторов при их колебательном разряде на активно-индуктивную импульсную нагрузку 5

Расчеты показыэают, что при числе накопительных конденсаторов в каскадной схеме умножения напряжения предложенного устройства п=4 и С;= С* исключается переполюсовка накопительных и дополнительного конденсаторов и в качестве их можно применить полярные электролитические конденсаторы прн питании следующих импульсных нагрузок: импульсных электродинамических ускорителей плазмы; импульсных газоразрядных ламп накачки ОКГ, последовательно в разрядную цепь питания которых для предотвращения их выхода из строя включены дроссели-; разрядных камер импульсных газовых лазеров и других импульсных на" . грузок.

Устройство для питания импульсной нагрузки, выполненное по каскацной схеме умножения напряжения и содержащее источник питания, блок заряда и накопительных конденсаторов равной емкости с развязывающими разрядными элементами, и накопительных конденса- . торов равной емкости и и-1 разрядных ключевых элементов, подключенных между разноименными обкладками двух смежных накопительных конденсаторов, и нагрузку, подключенную одним выво- . дом к одной из обкладок первого накопительного конденсатора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью

I уменьшения его удельных объема, массы и стоимости и сокращения длительности разрядного импульса, оно снабжено дополнительным конденсатором, подключенным одной обкладкой к свободному выводу нагрузки, а другой через и-ный разрядный ключевой элемент - к одной из обкладок п-ного накопительного конденсатора, и шунтирующей его ячейкой из соединенных последовательно гасящего резистора и ключевого элемента, при этом число накопительных конденсаторов и емкость

879754 деполнительного конденсатора выбран г иэ условия исключения переполюсовки накопительных конденсаторов при их колебательном разряде на нагрузку.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

1. Колесников П.М. Электродинамнческое ускорение плазвею. М., йтомиздат, 1971, с.198-199.

2. Фрюнгель Ф. Импульсная техника.

Генерирование и..применение разрядов конденсатоРов . М.-Л., Энергия, 1965, с.ll6 прототип).

879754 оа

Ю 2М

Фиг. 3

Сос тавн тель B . .Чорба

Техред E.Õàðèòoí÷èê Корректор М.Шароши

Редактор Т.Федотов

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, yJ1.ÏðÎåìòHàÿ, 4

Заказ 9740/28 Тираж 991 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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