Система высоковольтного электропитания с резервированием

(21) (22) (46) (72) (53) 2,ЛэАв10 тельство СССР2 3 9/06, 1982. О ЭЛЕКТРО- о электроможет быт йного пит ческои ы,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ(54) СИСТЕМА ВЫСОКОВОЛЬТН ПИТАНИЯ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ (57) Система высоковольтн питания с резервированием использована для беспереб ния высоковольтной электр радиоэлектроннои аппаратуры различного назначения, предназначенной вчастности, для эксплуатации в вакууме. В предложенной системе высоковольтного электропитания с резервированием за счет оптимального использования комбинации электростатическихсил для коммутации высоковольтныхэлектродов и электромагнитных сил длудержания их в замкнутом состояниирасширяется диапазон рабочих токови повышается надежность. Это достигается введением и генераторов 11,и емкостных электродов 12, и, крометого, в каждый из электродов высоковольтного источника питания введенывторой емкостный электрод 13, электроизолированный от электрода высоковольтного источника, и резонансныйконтур, Удержание электродов в замкнутом состоянии происходит, когданапряжение высокой частоты от соответствующего генератора 11 через емкостный промежуток, образованный емкостными электродами 12 и 13, индуцирует в резонансном контуре высокочастотное напряжение, котороепреобразуется выпрямителем в постоянньгй ток, поступающий в обмотку электромагнита. Возникающая в сердечникеэлектромагнита электромагнитная силаудерживает электроды 10 и 4 в замкнутом состоянии. Так как зазор междуэлектродами в их замкнутом состояниипрактически отсутствует, то сила, необходимая для удержания их, оченьнезначительна, а следовательно, мощность генераторов 11 и расход энергии на их питание также незначитель123Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для бесперебойного питания высоковольтной электрической и радиоэлектронной аппаратуры различного 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 15 б 0 3напряжение на электродах 4 отсутствует, между поверхностями электродов 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 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 входыкоммутирующих элементов 2 соединеныс выходами регистра 5 сдвига, управляющий вход которого соединен с выходом тактового генератора б, а запрещающий вход - с выходом блока 7анализа напряжения, вход которого соединен с потребителем 8 высокого напряжения, Потребитель 8 высокого напряжения соединен через гибкий соединитель 9 с полым сферическим высоковольтным электродом 10, выполненнымиз ферромагнитного материала и установленным симметрично относительновысоковольтных электродов 4. Выходыкоммутирующих элементов 2 соединеныс цепями питания соответствующих генераторов 11, выходы которых подключены к первым емкостным электродам12, установленным против вторых емкостных электродов 13, Вторые емкостные электроды 13 электроизолированыот электродов 4 высоковольтных источников питания с помощью изоляторов14 и соединены с резонансным контуром15, состоящими из катушки индуктивности и конденсатора и через выпрямитель 16 с обмоткой электромагнита 17,якорь которого установлен на вогнутойсферической поверхности электродов 4,Параллельно обмотке электромагнитаподключен конденсатор 18.Предлагаемая система высоковольтного электропитания с резервированием работает следующим образом,В исходном состоянии при выключенномпервичном источнике 1 питания высокое 4 и 10 отсутствуют электростатические силы и полый сферический электрод 10 под действием упругой силыгибкого соединителя 9 находится внейтральном состоянии (на одинаковомрасстоянии от электродов 4),При подаче питания на одном из выходов регистра 5 сдвига возникаетвысокий уровень напряжения ("1") исоответствующий коммутирующий элемент 2 управляющий вход которого соединен с этим выходом, открыт. Напряжение первичного источника 1 питанияпоступает на вход соответствующеговысоковольтного источника 3, к выходукоторого подключен электрод 4 и цепьпитания соответствующего генератора11 высокой частоты, Под действиемэлектростатических сил высоковольтный электрод 10 притягивается к соответствуюшему электроду 4. Однако вмомент касания поверхностей электродов электростатическая сила исчезает, так как потенциалы электродов 10и 4 стансвятся одинаковыми.Удержание электродов в замкнутомсостоянии осуществляется следующимобразом.Напряжение высокой частоты от соответствующего генератора 11 череземкостный промежуток, образованныйпервым 12 и вторым 13 емкостнымиэлектродами, 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 электроды10 и 4 в замкнутом состоянии. Таккак зазор между электродами в их зам"кнутом состоянии практически отсутствует, то сила, необходимая для ихудержания, очень незначительна, а,следовательно, мощность генератора11 и расход энергии на их питаниетакже незначительны и практическине сказываются на энергопотреблениивсей системы.Если напряжение включенного в дан.ный момент времени высоковольтногоисточника 3 питания соответствуетнорме, то на выходе блока 7 анализанапряжения потребителя формируется сигнал, з апирающий ре гис тр 5 с дви га, приэтом импульсы тактового генератора б невызывают изменения его;.1 гического3 1231состояния. Потребитель 8 напряженияоказывается подключенным к соответствующему высоковольтному источнику3 питания,В случае отказа источника 3 высокого напряжения или изменения его5выходного напряжения больше установленных норм блок 7 анализа выходногонапряжения формирует разрешающийсигнал, подаваемый на запрещающийвход регистра 5 сдвига, которыйсдвигается под действием импульсовтактового генератора 6 на один такт,при этом на том выходе регистра 5сдвига, на котором отсутствовал высокий уровень напряжения, возникаетнизкий уровень напряжения ("0"),который закрывает ранее открытый коммутирующий элемент 2 и прерываетцепь питания ранее включенного высоковольтного источника 3 и соответствующего генератора 11, Одновременно на следующем выходе регистра 5сдвига появляется высокий уровень напряжения, который открывает следующий коммутирующий элемент 2 и подключает следующий высоковольтный источник 3 к первичному источнику 1питания. При отключении ранее включенного высоковольтного источника 330питания и генератора 11 исчезает электростатическая и электромагнитная силы между поверхностями электродов 4и 10, полый сферический высоковольтный электрод 10 под действием силыупругости соединителя 9 возвращается З 5в нейтральное состояние, а под действием электростатической силы, создаваемой выходным напряжением следующего включенного высоковольтного источника 3, притягивается.к соответствующему высоковольтному электроду4 и удерживается в замкнутом состоянии вследствие включения соответствующего генератора 11, Выходное напряжение включенного высоковольтногоисточника 3 поступает к потребителю8 и на блок 7 анализа выходного напряжения, который формирует запрещающий сигнал, поступающий на регистр5 сдвига, Импульсы тактового генера Отора 6 прекращают сдвиг регистра 5.В случае отказа второго высоковольтного источника 3 питания иливыхода его рабочего напряжения запределы нормы процесс коммутации повторяется и включается следующий вЫсоковольтный источник 3 питания, сферический высоковольтный электрод 10 560 4притягивается 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 радио- приемным 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 изобретенияСистема 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 выходами1231560 10 20 Составитель Г.ДамскаяТехред Г.Гербер Редактор Л,Пчелинская Коррек тор А, Ференц Заказ 2658/55 Тираж б 12 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород ул, Проектная, 4 регистра сдвига, управляющий вход которого соединен с выходом тактовогогенератора, а запрещающий вход - свыходом блока анализа напряжения потребителя, коммутирующий элемент потребителя содержит и подключенных квысоковольтным источникам питанияэлектродов и подключенный к потребителю через гибкий соединитель полыйсферический электрод, установленныйсимметрично между электродами высоковольтных источников питания, о т -л и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью повышения надежности и расширения диапазона рабочих токов, в неевведены и генераторов и п первых емкостных электродов, в каждый изэлектродов высоковольтного источника питания введены второй емкостныйэлектрод, электроизолированный от электрода. высоковольтного источника,электромагнит, якорь которого установлен на вогнутой сферической поверхности электрода высоковольтногоисточника, и резонансный контур, соединенный с поверхностью электрода высоковольтного источника и вторым емкостным электродом, к которому черезвыпрямитель подсоединен один выводобмотки электромагнита, второй выводкоторой соединен с поверхностью электрода высоковольтного источника, причем цепи питания п генераторов соединены с выходами соответствующихкоМмутирующих элементов высоковольтных источников, а выходы подключенык и первым емкостным электродам, установленным соответственно противкаждого иэ и вторых емкостных электродов.