Способ управления устройством для питания импульсной нагрузки

(19) (11)Н ОЗ К 3/53 л ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИЯ. л ающиис тем, что, с ельных объема, мкостного накопия коэффициента ри поддержании на практически нея, измеряют ток в уменьшения уи стоимости сс тем повыше го использования сн пу напряж зме кающего коммутато осудАРственный Комитет сссРпо делАм изОБРетений и ОтнРытий(56) 1. Питман П., Пэйдж Д. Коммутирование импульсов большой мощности с помощью полупроводниковых приборов. - В кн.: Импульсные системы большой мощности. М., "Мир", 1981, с. 77, рис, 9, с. 78, рис. 11, с. 77, рис.10.2, Гильмур А. мл. Достигнутые и ожидаемые характеристики вакуумнодуговых коммутаторов,-В кн.: Импульсные системы большой мощности. М., Ъир", 1981, с. 87-94 (прототип).(54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ПИТАНИЯ И 1 ПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ,например модулятора радиолокационнойстанции, от заряженного емкостногонакопителя через вакуумно-дуговойразмыкающий коммутатор с поджигающимэлектродом и катушкой магнитногоуправления, заключающийся в том, чтоформируют запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод, измеряют мгновенное значение напряженияна емкостном накопителе, сравниваютего с заданным значением и при ихравенстве формируют импульс тока вкатушке магнитного управления, которая своим магнитным нолем прерываетдугу между электродами вакуумно-дугового размыкающего коммутатора, о т -катушке магнитного управления и его производную по времени, а в момент достижения его максимального значения подают запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод упомя-. нутого коммутатора, параметры цепи.lпитания Матушки магнитного управления подбирают таким образом, чтобы ток управленияв ней изменялся от максимального значения 1до нуля за относительное время СА 1, где с =С Г - постоянная времени, С н - емкость емкостного накопителя; Г - сопротивление импульсной на- Нгр зки по закону /11-г./Т , и выбором величйны максимального тока управления обеспечивают равенство в начальный момент времени при й/н =О сопротивления вакуумно-дугового размыкающего коммутатора сопротивлению импульсной нагрузки, а в момент равенства нулю тока управления при отрицательной производной его по времени формируют импульс тока в катушке магнитного управления, прерывающий дугу между электродами вакуумно-дугового размы Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания мощных импульсных нагрузок, например модуляторов мощных радиолокационных станций, с практи чески неизменным в течение импульса напряжением.Известен способ управления устройством для питания мощной импульсной нагрузки от заряженной импульсной формирующей линии через последова-;тельно соединенные и коммутаторов в виде динисторов, запираемых по аноду, при котором динисторы включают общим запускающим сигналом, прикладывае мым сразу ко всем последовательно соединенным динисторам, а выключают обратным напряжением импульсной нагрузки,или путем самопогасания при приближении прямого тока к ну лю 1)3.Недостатки указанного способа заключаются в большом времени включения и выключения динисторов, которое превышает время выключения тиристо ров и в изменении напряжения на импульсной нагрузке в широких пределах (от максимального до нуля), что применительно к модулятору мощной радиолокационной станции значительно сни- Зо жает КПД преобразования энергии импульсной формирукяцей линни в энергию заданной СВЧ и уменьшает коэффициент использования емкостного накопителя,Наиболее близким к предлагаемому35 является способ управления устройством для питания импульсной нагрузки, например модулятора мощной радиолокационной станции, от заряженного ем 40 костного накопителя энергии через вакуумно дуговой размыкающий коммутатор с поджигающим электродом и катушкой магнитного управления, заключающийся в том, что формируют за 45 пускающий импульс напряжения на поджигающий электрод, измеряют мгновенное значение напряжения на емкостном накопителе, сравнивают его с заданным значением и при их равенстве формируют импульс тока в ка-, 50 тушке магнитного управления, которая своим магнитным полем прерывает дугу между электродами вакуумно-дугового коммутатора. Достоинства способа в сравнительно малом времени включения и выключения вакуумно-дугового размыкающего коммутатора, примерно в сто раз меньше, чем время выключения тиристоров и динисторов и в значительном повышении КПД преобразования энергии емкостного накопителя импульсной формирующей линии в энергию заданной СВЧГ 2 3,Недостатком известного способа является сравнительно малый коэффициент использования емкостного накопителя энергии импульсной формирующей линии, который не может превысить значенияКен ф( н) (Цфн)где ДУ/Цн - максимальная относительная погрешность поддержания заданного номинального напряжения Б на импульсН ной нагрузке, что приводит к увеличению удельных объема, массы и стоимости емкостного накопителя, и изменению напряжения на импульсной нагрузке.Цель изобретения - уменьшение удельных объема, массы и стоимости емкостного накопителя путем повышения коэФфициента его использования при поддержании на импульсной нагрузке практически неизменного напря .ения,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления устройством для питания импульсной нагрузки, например модулятора радиолокационной станции, от заряженного емкостного накопителя энергии через вакуумно-дуговой размыкающий коммутатор с поджигающим электродом и катушкой магнитного управления, заключающемуся в том, что формируют запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод, измеряют мгновенное значение напряжения на емкостном накопителе, сравнивают его с заданным значением и при их равенстве формируют импульс тока в катушке магнитного управления, которая своим магнитным полем прерывает дугу между электродами вакуумно-дугового размыкающего коммутатора, измеряют ток в катушке магнитного управления и его производную по времени, в момент достижения его максимального значения подают запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод упомянутого коммутатора, параметры цепи питания катушки магнитного управления подбирают таким образом, чтобы ток управления 1 в ней изменялся от максимального значения 1. до нуля за относительное время г,/н =1 где н - С- постоянная времени, С н - емкость емкостногосоединен через дополнительный резистор 16 с анодом дополнительного замыкающего коммутатора 18 управления, катод которого подключен к выводу 9 катушки магнитного управления, связанной своим выводом 10 со второй обкладкой нелинейного конденсатора 17 управления.Устройство работает следующим образом.После заряда от первичного источника 1 электрической энергии черкезблоки 2 и 3 заряда емкостного накопителя 6 и линейного 15 и нелинейного 17 конденсаторов управления наподжигающий - управляющий электрод20 замыкающего коммутатора 8 управления, которым может быть вакуумнодуговой коммутатор, подают запускающий импульс напряжения, который инициирует дугу ме;ду электродами замыкающего коммутатора 18 управления.Происходит колебательный разряд нелинейного конденсатора 17 на катушкумагнитного управления коммутаторапо цепи: конденсатор 17, резистор 16,коммутатор 18, вывод 9,катушка магнитного управления вакуумно-дуговогоразмыкающего коммутатора 7, вывод10, конденсатор 17. Когда ток управления 1 первой полуволны достигаетсвоего максимального значения 1 рс коммутатора 18, который определяетмаксимум тока управления, например,по падению напряжения на резисторе16, подают запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод 8вакуумно-дугового размыкающего коммутатора 7. Между электродами вакуумнодугового размыкающего коммутатора 7 воз никает дуга и происходит разряд емкостного накопителя 6 на сопротивление импульсной нагрузки по цепи: емкостныйнакопитель 6, клемма 4, вакуумцо-дуговой размыкающий коммутатор 7, нагрузка 11, клемма 5, емкостный накопитель 6. Так как параметры цепи разряда нелинейного конденсатора управления подобраны таким образом, чтобыотносительный ток управления изменялся от своего максимального значе" ния 11 до нуля за относительное время Разряда Фф=1, гдето.=, , - постоянная времени, а максимальньп ток управления 1обеспечивает равенствосопротивления вакуумно-дугового рвзмыкающего коммутатора 7 гко . сопротивлению импульсной нагрузки г вначальный момент времени разряда ем 3 1091320накопителя; 1. - сопротивление импульсной нагрузки, по закону 1/1 умаксд 0-/ми и выборам величины максимального тока управления обеспечивают равенство в начальный момент времени пРи Сl 1 и =0 сопРотивлениЯ вакУумно-дугового размыкающего коммутатора сопротивлению импульсной нагрузки, а в момент равенства нулютока управления при отрицательной Опроизводной его по времени формируютимпульс тока В катушке магнитногоуправления, прерывающий дугу междуэлектродами вакуумно-дугового коммутатора. 15На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующегоспособ.Устройство содержит первичныйисточник 1 электрической энергии,блоки 2 и 3 заряда емкостного накопителя ирлинейного конденсаторауправления, соединенные с первичнымисточником 1 электрической энергии,положительную 4 и отрицательную 5 25выходные клеммы, к которым подключены соответствующие выводы емкостного накопителя 6 и блока 2 его заряда,вакуумцо-дуговой размыкающий коммутатор 7 с поджигающим электродом 8и катушкой магнитного управления,которая имеет выводы 9 и 1 О, анод .которого связан с положительнойвходной клеммой 4, импульсная нагрузка 11, включенная между отрицательнойвходной клеммой и катодом вакуумно 35дугового размыкающего коммутатора 7,замыкающий коммутатор 12 управленияс поджигающим - управляющим электродом 13, например вакуумно-дуговой40коммутатор, резистор 14, линейныйконденсатор 15 управления, дополнительные резистор 16, нелинейный конденсатор 17 управления и замыкающийкоммутатор 18 управления, с поджига 45ющим - управляющим электродом, например вакуумно-дуговой коммутатор, иблок 19 контроля напряжений и управления вакуумно-дуговыми коммутаторами,Линейный конденсатор 15 управленияподключен одной своей обкладкой черезрезистор 14 к аноду замыкающего коммутатора 12 управления, катод которого связан с выводом 9 катушки магнитного управления, соединенной своимвыводом 1 О с второй обкладкой линей-.ного конденсатора 15 управления. Дополнительный нелинейный конденсатор17 управления одной своей обкладкойкостного накопителя 6 (при г./ г =О), то при разряде емкостного накопителя 6 на сопротивление импульсной нагрузки 1 на последней поддерживается в течение разрядного импульса неизменное оптимальное напряжение н)щ, = 0,50 с ,где 11 с - начальное разрядное напряжение емкостного накопителя 6, при котором обеспечивают максимальный коэффициент использования емкостного накопителя 6 Ке,=0,522. Когда ток управления 1. в катушке магнитного управления коммутатора 7 приближается к нулю, с блока 19 управления подается запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод замыкающего коммутатора 12 управления, которым может быть ваку- умно-дуговой коммутатор, и между электродами последнего возникает дуга, через которую происходит разряд линейного конденсатора 15 управления на катушку магнитного управления вакуумно-дугового размыкающего коммутатора 7 по цепи конденсатор 15, резистор 14, вакуумно-дуговой коммутатор 12, вывод 9, катушка магнитного управления, вывод 10, конденсатор 15. Параметры цепи разряда линейного конденсатора 15 управления по добраны таким образом, чтобы максимальный ток его разряда 1 т создавал в межэлектродном пространстве ваку- умно-дугового раэмыкающего коммутатора 7 магнитное поле с индукцией В 7 м, несколько превьппающей предельную индукцию В , Магнитное поле управлеУпния с индукцией В , создаваемое током разряда линейного конденсатора 15 управления, гасит дугу и вакуум но-дуговой размыкающий коммутатор 7, отключает импульсную нагрузку 11 от емкостного накопителя 6.Затем вновь следует заряд емкостного накопителя 6 и линейного 15 и нелинейного 17 конденсаторов управления до требуемых напряжений и оиисанный вьппе разряд емкостного накопителя 6 на сопротивление импульсной нагрузки 11, при котором на нагрузке поддерживается примерно неизменное оптимальное напряжение (11 )=0,5 Цс, соответствующее максимальному коэффициенту использования емкостного накопителЯ 6 Кенм=0,522.При одинаково полезной энергии, выделяемой на сопротивлении импульсной нагрузки 11, относительный выигрьпп в массе ш /ш , объеме Ч /7, и стоимости С /С в предлагаемом способе по сравнению с прототипом равен отношению коэффициента использования емкостного накопителя в предлагаемом способе К=0,522 и коэфенм ф фициенту использования емкостного накопителя, импульсной формирующей линии в прототипе К е (1)0 522 1+Ь 1 сй )пс СпсЦ 11 нНапример, при приемлемой относительной погрешности поддержания напряжения на сопротивлении импульсной нагрузки пИ 11=+0,05, ф = - - = -Д- = ш ЧС шс ос Спс Кенм в он 2 9ем т.е, масса, объем и стоимость емкостного накопителя в предлагаемом способе примерно в 2,9 раза меньше массы, объема и стоимости емкостного накопителя импульсной формирующей линии в прототипе.,Коцюбняк Корре илипе аж 862твениого комитобретений и отЖ, Раушска акаэ 3098753 Ти ВНИИПИ Государ по делам и 113035, Иосква