Система питания импульсной нагрузки

(57) Изобретение отехнике и может бытмер, для питания им НИЯ ИМПУЛЬС носится к импульсно ь использовано, напри пульсных ламп накачки ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, напри мер, 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 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 й источник 1 питания, первая шина 2 которого 0 Л соединена с первой обкладкой первого конденсатора 3, вторая шина 4 - с анодом первого и катодом второго вентилей 5, 6, третья СО шина 7 - с первой обкладкой второго конденсатора 8, вторая обкладка которого сое- ф динена с анодом второго вентиля 6 и 0 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 четвертоговентиля 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;012 - напряжение шин 2, 4;02 з - напряжение шин 4, 7;Оз 1 - напряжение шин 7, 2;1 а - ток верхней секции (выводы 19, 18) индуктивного накопителя 17;1 б - 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 012 шин 2, 4 источника отрицательно и возрастает по абсолютной величине до амплитуды линейного напряжения Отл источника по цепи: шина 7 - вентиль 5 - конденсатор 3 - шина 2 заряжается до напряжения Оз конденсатор 3, Когда линейное напряжение 012 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 Оа = 012 + Оз. Под действием этого напряжения в секции индуктивного накопителя пои добротности зарядной цепи Озц =Л 1/С/гзц 1 500, где Ь =/2 - индуктивность одной секции индуктивного накопителя 17 с индуктивностью , С емкость конденсаторов 3 или 8. гзц 1 - 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 ток5 10 15 20 25 где р =у О/С - волновое сопротивлениезарядной цепи,ао = 1 Ю 1 С - идеальная круговая частота контура заряда одной секции индуктивного накопителя 17, в = л 2 1 - круговаячастота изменения напряжения источника счастотой 1,1 - время.Максимальный ток первого приращения тока заряда одной секции индуктивногонакопителя 17 достигается в конце положительного полупериода изменений линейныхнапряжений 012 и 02 з источника при времени= уг = л/со и определяется соотношениемОщд Оал 1,318 ОвлЬаа = Лба = + - 1о л Ь(2)При следующем отрицательном полупериоде изменения линейного напряжения 012 источника этот ток Л 4 п 1 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 1 заряднойцепи и сохраняет свою величину практически неизменной до следующего приращения тока в следующий положительный . полупериод изменения напряжения 012 источника,35 40 45 50 55 Когда линейное напряжение 02 з источника отрицательно(потенциал шины 7 выше потенциала шины 4) и возрастает по абсолютной величине, напряжение конденсатора 8(Оа 1 по цепи: фазные обмотки источника - шина 7 - конденсатор 8 - шина 4 - фаэные обмотки источника возрастает до амплитуды Оп линейного напряжения источника,Когда линейное напряжение 02 з 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 Об = 02 з+ Оа. Под действием этого напряжения через нижнюю секцию индуктивного накопителя 17 протекает ток ее заряда б - а максимальная величина Ь М этого тока определяется выражением(2), В последующем отрицательном полупериоде изменения напряжения 02 з источника этот ток Ь 1 бзамыкается через вентиль 13 по цепи: нижняя секция индуктивного накопителя 17 - вывод 20 - замкнутые контакты коммута 1677849тора 16 - вентиль 13 - верхняя секция индуктивного накопителя 17, имеющей в десятки и сотни раз меньшее сопротивление, чем сопротивление зарядной цепи гзц 1 и практически сохраняет свою величину неизменной до следующего положительного полупериода изменения линейного напря- жЕНИЯ О 2 З ИСтОЧНИКа, КОГДа К ТОКУ Ь бгп ПРИ- плюсуется 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 О 12 и О 2 з источника, их напряжение в конце этих полупериодов (при разряде конденсаторов) уменьшалось на 29,3 О/о (до 0,707 Огпл) по сравнению с их напряжением Огпл заряда (подзаряда) в отрицательные полупериоды изменения напряжения О 12 и О 2 з источника.Когда линейное напряжение Оз 1 источника отрицательно(потенциал шины 2 выше потенциала шины 7), фаэнце обмотки источника соединяются последовательно-согласно с конденсаторами 3 и 8 (с остаточным напряжением Оз = Ов = 0,707 Огпл) 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 - фаэнце обмотки источника, ко всей обмотке индуктивного накопителя 17 прикладывается напряжение О 17 = Оз 1 + О 10 + О 11, Под действием этого напряжения через всю обмотку индуктивного накопителя 17 будет протекать дополнительный ток 17 = М 1+ (, 1 - СОЗЕ,1,414 гпл(3) где обозначения такие же, как и в выражении (1), если вместо1 подставить= 2 1, вместо С - С/2, а вместо г,ц 1: г,ц = 2 гзц 1, Этот ток максимален в конце отрицательного полупериода изменения напряжения Оз 1 источника (при т = туг = л/в) и равен1,414 О, О, 1,762 О17 гп+ я -0,881 Огпл1СКЛаДЫВаЯ Эта ПРИРаЩЕНИЕ тОКа Л Ц 7 гп С приращением тока в секциях Лапг и Л бгп получим суммарные приращения тока во всей обмотке индуктивного накопителя 17 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 4,398 Огпл 2,199 Огпл17 гп 1Так 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 О 12; О 2 з, ОЗ 1 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 1 зк в обшем случае от начального тока З 0 ДО МаКСИМаЛЬНОГО тОКазгп, тО За Этс ВРЕ- мя пройдет ппк = 1(зк периодов изменения напряжения источника и максимальный ток индуктивного накопителя 17 определится очевидным из закона сохранения энергии выражениемЗгп 30 + Л г 17 гп ЧПг 1 К 30 +(6) Легко показать, что при этом заряд индуктивного накопителя 17 будет происходить в режиме неизменной в каждый период заРЯДНОй МОЩНОСТИ Рзсг, = згп - З 0 )/(21 зк) И2ПОтрЕбЛяЕМОй От ИСтОЧНИКа (Рц = Рзг;Р/ 7/зГ.) мощности, Здесь 1 р( - КПД заряданно индуктивного накопителя определяется выведенным выражением 1 +0,5 Г 1 ггэс )/рдс + 0,703 гэц ( Г.г Г 1 10,807 где 71 зс 0,98- КПД заряда конденсаторов 3 и 8 для реальной добротности контура их заряда 010.Когда ток заряда индуктивного накопителя достигает свсего максимального значения згп, 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 зо (например, зо =. 0,707 згп), блок управления замыкает контакты управляемого коммутатора и оставшийся в индуктивном накопителе ток замыкается через блокирующие вентили 1 г 2, 13, 14, Управляемый вакуумный разрядник самопогасает, и начинается описанный выше новый цикл подзаряда индук1677849 ставител ь А. Горбачевхред М.Моргентал едактор В,Фельдман ректор Л.Бески Заказ 3122 ВНИИПИ Тираж 447 Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 Пр тивного накопителя от начального токаэо до максимального конечного тока 1,п.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, о т л и ч а ю щ а я с я 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 вто рым выводом индуктивного накопителя и совторым выводом нагрузки,