Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ МОЩНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ ОТ ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ - Патент РФ 2030099
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СИСТЕМА ПИТАНИЯ МОЩНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ ОТ ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ
СИСТЕМА ПИТАНИЯ МОЩНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ ОТ ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ

СИСТЕМА ПИТАНИЯ МОЩНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ ОТ ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, для питания импульсной нагрузки. Цель изобретения - улучшения удельных энергетических показателей при одновременном повышении КПД. Система питания содержит источник 7 переменного напряжения, диоды 2, 9, 10, тиристоры 14, 15, коммутаторы 1, 4, датчик 13 тока, индуктивный накопитель 5, блок 12 управления, конденсатор 11, нагрузку 3, управляемый ключ 6. 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2030099
Класс(ы) патента: H03K3/53
Номер заявки: 4843703/21
Дата подачи заявки: 17.05.1990
Дата публикации: 27.02.1995
Заявитель(и): Военный инженерный институт им.А.Ф.Можайского
Автор(ы): Додотченко В.В.; Николаев А.Г.; Быстров В.К.
Патентообладатель(и): Додотченко Владислав Владимирович; Николаев Анатолий Григорьевич; Быстров Владимир Константинович
Описание изобретения: Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при питании импульсной нагрузки от разделенного на две равные секции индуктивного, преимущественно сверхпроводящего или криорезистивного, накопителя энергии, заряжаемого в режиме неизменной мощности за много периодов изменения напряжения источника от дозирующего конденсатора (ДК).
Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей системы путем уменьшения установленной мощности источника за счет увеличения его практического коэффициента использования по мощности и увеличение КПД системы, что дополнительно уменьшает расход топлива для работы энергетической установки с источником и мощность потерь энергии в системе, а значит, и массу ее подсистемы охлаждения.
На фиг. 1 изображена электрическая схема предложенной системы питания; на фиг. 2 показаны эквивалентные схемы цепей формирования тока в секциях индуктивного накопителя, поясняющие работу системы; на фиг. 3 - эпюры напряжения U7 источника переменного напряжения с ЭДС практически прямоугольной формы (являющегося одновременно напряжением между двумя входами блока управления), напряжения U11 на конденсаторе (являющегося одновременно напряжением на двух входах блока управления), управляющего напряжения U15ук на управляющем периоде второго тиристора (являющегося одновременно напряжением между двумя выходами блока управления), управляющего напряжения U14ук на управляющем электроде первого тиристора (являющегося одновременно напряжением между двумя входами блока управления), токов на верхней i и нижней i секциях индуктивного накопителя 5.
Система питания (фиг. 1) содержит первый коммутатор 1, включенный между анодом первого диода 2 и первым выводом нагрузки 3, второй коммутатор 4, включенный между катодом первого диода 2 и первым выводом индуктивного накопителя 5, который через управляемый ключ 6 соединен со вторым выводом нагрузки 3, источник 7 переменного напряжения, первый вывод 8 которого соединен с анодом второго 9 и третьего 10 диодов, катод второго диода 9 соединен с катодом первого диода 2, анод третьего диода 10 соединен с анодом первого диода 2, конденсатор 11, блок 12 управления, первый выход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа 6, второй выход - с управляющими входами первого и второго коммутаторов 1, 4, датчик 13 тока, первый и второй тиристоры 14, 15, анод первого и катод второго тиристоров соединены со вторым выводом 16 источника 7 переменного напряжения и через конденсатор 11 - со средним выводом индуктивного накопителя 5, который соединен с первым входом блока 12 управления, второй вход которого соединен с первым выводом нагрузки 3 и через датчик 13 тока соединен со вторым выводом индуктивного накопителя 5, который соединен с третьим входом блока 12 управления, четвертый вход которого соединен с катодом третьего диода 10, анод которого соединен с анодом второго тиристора 15, управляющий электрод которого соединен с третьим выходом блока 12 управления, четвертый выход которого соединен с управляющим электродом первого тиристора 14, катод которого соединен с катодом второго диода 9. При этом емкость С конденсатора 11 выбирается (рассчитывается) из условия, чтобы собственная частота f системы при периодическом заряде конденсатора 11 через верхнюю или нижнюю секции индуктивного накопителя 5 была в 2 раза больше частоты fи изменения напряжения источника 7 переменного напряжения, т.е. f = 2fи.
Система работает следующим образом.
Предположим, что собственная круговая частота системы ω при заряде дозирующего конденсатора ДК 11 в два раза больше круговой частоты ωиизменения напряжения источника 7 ( ω = ωи или f = 2fи) и описывается последующий заряд индуктивного накопителя (ИН) 5 с оставшимся в нем конечным током Iр.к его разряда на импульсную нагрузку 3, равным начальному току Iзо заряда ИН 5, который при замыкании контактов первого и второго коммутаторов замыкается через первый диод 2 по цепи (фиг. 1 и 2, а): ИН 5 - датчик 13 тока - коммутатор 4 - диод 2 - коммутатор 1 - ИН 5 и сохраняется практически неизменным до следующего цикла заряда индуктивного, преимущественно сверхпроводящего или криорезистивного, накопителя 5 (СПИН или КРИН), а источник 7 переменного тока является источником с практически прямоугольно изменяющимся напряжением U7 (фиг. 3, а) или ЭДС (в течение половины полупериода изменения напряжения источника).
При положительном полупериоде изменения напряжения U7 (фиг. 3, а) источника 7 происходит заряд ДК 11 через верхнюю секцию ИН 5 по цепи (фиг. 2, а и 3, в) источник 7 - вывод 8 - диод 9 - коммутатор 4 - верхняя секция ИН 5 - ДК 11 - вывод 16 - источник 7 током
iUиesin2ωиt/Xc, где Хс = 1/ ωиС) - емкостное сопротивление ДК 11 с емкостью С при круговой частоте ωи = 2 π fи источника 7, Qc= /rc - добротность системы при заряде ДК 11 через секцию ИН 5; L - полная индуктивность СПИН или КРИН 5 с учетом взаимоиндуктивной связи секций ИН 5, rc = R + Rвп + Rк + Rш + Rин/2, активное сопротивление системы при заряде ДК 11, Rои - внутреннее сопротивление источника 7 на его выходе, Rв.п - среднее сопротивление вентиля 9 или 10 в проводящем направлении, Rк - сопротивление замкнутых контактов коммутатора 1 или 4, Rш - активное сопротивление токоведущих шин, Rин - активное сопротивление индуктивного накопителя 5 (для СПИН Rин ≈ 0, а для КРИН Rин = L/τL', где τL'= 50-70 с - постоянная времени тороидального КРИН 5 с обмоткой из сверхчистого алюминия, охлаждающего жидким или кипящим водородом), t - время, которое достигает своей максимальной величины Iсзm ≈ Uи ωиС примерно через четверть полупериода изменения напряжения U7 источника 7 и суммируется по определенному ниже закону с начальным током Iзо заряда СПИН или КРИН 5.
Когда через половину полупериода изменения напряжения U7 источника 7 ωиt = π/2 напряжение на ДК 11 достигает максимальной величины UcmU1+e блок 12 управления открывает второй тиристор 15 и следующую половину полупериода изменения напряжения U7 источника 7 происходит разряд ДК 11 на нижнюю секцию ИН 5 по цепи (фиг. 2, б): ДК 11 - нижняя секция ИН 5 - датчик 13 тока - коммутатор 1 - тиристор 15 - ДК 11 током
i= 2U1+eesin2ωиt/Xc, где Θ=/r≥ 1000 - добротность системы при разряде ДК 11 на секцию ИН 5, r = Rт.п. + Rк + Rш + Rин/2 - активное сопротивление системы при разряде ДК 11 на секцию ИН 5, Rт.п. - среднее сопротивление тиристора 15 или 14 в проводящем направлении. Своего максимального значения ток разряда ДК 11 и подзаряда секции ИН 5 достигает после начала его разряда через четверть полупериода изменения напряжения U7 источника 7 ωиt = 3π /4 и составляет величину Im≈2U1+e/Xc, которая по определенному закону суммируется с предыдущим током iз ИН 5. В оставшуюся часть положительного полупериода и первую четверть отрицательного полупериода изменения напряжения U7 источника 7 ток iз' заряда ИН 5 замыкается через вентиль и сохраняется практически неизменным до следующего приращения тока. В конце положительного полупериода изменения напряжения U7 источника 7 ток i разряда ДК 11 приближается к нулю и тиристор 15 естественным образом закрывается (самопогасает), а ДК 11 полностью разряжается.
При отрицательном полупериоде изменения напряжения U7 источника 7 происходит заряд ДК 11 через нижнюю секцию ИН 5 током по цепи (фиг. 2, в): источник 7 - вывод 16 - ДК 11 - нижняя секция ИН 5 - датчик 13 тока - коммутатор 1 - диод 10 - вывод 8 - источник 7, который достигает своей максимальной величины примерно через четверть отрицательного полупериода изменения напряжения U7 источника 7 (ωиt ≈/4). Максимальный ток Iсзmподзаряда секции ИН 5 по определенному закону суммируется с предыдущим током iз заряда СПИН или КРИН 5.
Когда через половину отрицательного полупериода изменения напряжения U7 источника 7 напряжение на ДК 11 достигает своей максимальной величины Ucm, блок 12 управления открывает первый тиристор 14 и следующую половину отрицательного полупериода изменения напряжения U7 происходит разряд ДК 11 на верхнюю секцию ИН 5 по цепи (фиг. 2, г): ДК 11 - тиристор 14 - коммутатор 4 - верхняя секция ИН 5 - ДК 11 током i. Своего максимального значения ток i разряда ДК 11 и подзаряда секции ИН 5 достигает через четверть отрицательного полупериода изменения напряжения U7 источника после начала разряда ДК 11 (ωиt ≈ /4) и составит величину Im, которая по определенному закону суммируется с предыдущим током iз заряда СПИН или КРИН 5. В оставшуюся часть отрицательного и первую четверть следующего положительного полупериода изменения напряжения U7 источника 7 полученный за счет приращения током Iсзm и Im с начальным током Iзо заряда ИН 5 текущий ток iз заряда СПИН или КРИН замыкается через диод 2 и сохраняется практически неизменным до следующего положительного полупериода изменения напряжения U7 источника (последующее приращение токов Iсзm и Im). В конце отрицательного полупериода изменения напряжения U7 источника ток разряда ДК 11 i ≈ i11р (фиг. 3, а), приближается к нулю и первый тиристор 14 естественным образом закрывается (самопогасает), а дозирующий конденсатор 11 полностью разряжается.
И так далее, циклически в течение каждого последующего периода изменения напряжения U7 источника 7 каждая секция ИН 5 и весь индуктивный накопитель 5 подзаряжается током Im+Icзm=U3+2e/Xc по следующему из баланса энергии закону в общем случае (при наличии начального тока Iзо заряда ИН 5), определяемому выражением:
iз= Im+I/, где iз - текущий ток заряда индуктивного накопителя 5 от начального тока Iзо до тока iз в течение времени заряда tз, k = Iзо/Iзm - относительный начальный ток заряда ИН 5, нормированный по максимальному току Iзсm его заряда, а СПИН и КРИН 5 заряжаются в режиме неизменной за каждый период изменения напряжения U7 источника 7 его средней мощности. Максимальный ток Iз заряда индуктивного накопителя 6 достигается в конце его заряда при времени tз = tзк и определяется выражением:
Iзm= Im+I/= U3+2e/X, из которого, зная величину максимального тока Iзm заряда ИН 5, можно определить напряжение Uи или ЭДС Е, источника 7 и сумму токов (Im + Iсзm) подзаряда СПИН или КРИН 5 за каждый период изменения напряжения U7источника 7.
Когда ток iз индуктивного накопителя 5 достигает своего заданного максимального значения Iзm, выходное напряжение датчика 13 тока становится равным опорному напряжению коммутатора блока 12 управления и последний выдает управляющие импульсы напряжения на открытие управляемого ключа 6 и размыкание исполнительных механизмов коммутаторов 1 и 4 - их контактов. Происходит разряд ИН 5 на импульсную нагрузку 3 током iр от начального Iро = Iзm до конечного Iрк тока. Когда ток iрразряда ИН 5 достигает заданного конечного значения iр = Iрк = Iзо, блок 12 управления через исполнительный механизм коммутаторов 1 и 4 замыкает их контакты и следует описанный ранее новый цикл заряда индуктивного накопителя 5 от начального (Iзо) до максимального (Iзm) тока и т.д. циклически.
Рассчитанный по выведенному нами выражению для реальной добротности системы Qc ≈ 20 КПД заряда дозирующего конденсатора 11 составляет ηзс≈ 0,966. КПД подзаряда секций индуктивного накопителя 5 от ДК 11 рассчитан по выведенному нами выражению и для реальной добротности системы при разряде ДК 11 Q ≥ 1000 составляет ηзн ≈ 0,999. КПД предлагаемой системы ηз = ηзс ηзн ≈ ηзс = 0,966. Мощность потерь энергии в предлагаемой системе ΔРп = Рзар (1 - ηз)/ ηз = Рзар (1 - 0,966)/0,966 = 0,0352 Рзар, где Рзар = L (Iзm2 - Iзо2)/(2tзк) ≈Еп.и/tзк - средняя мощность заряда СПИН или КРИН 5, а Еп.и. - энергия импульса питания нагрузки.
Формула изобретения: СИСТЕМА ПИТАНИЯ МОЩНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ ОТ ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ, содержащая первый коммутатор, включенный между анодом первого диода и первым выводом нагрузки, второй коммутатор, включенный между катодом первого диода и первым выводом индуктивного накопителя, который через управляемый ключ соединен с вторым выводом нагрузки, источник переменного напряжения, первый вывод которого соединен с анодом второго и катодом третьего диодов, катод второго диода соединен с катодом первого диода, анод третьего диода соединен с анодом первого диода, конденсатор, блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа, второй вход - с управляющими входами первого и второго коммутаторов, отличающаяся тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей системы и увеличения КПД, в нее введены датчик тока, первый и второй тиристоры, анод первого и катод второго соединены с вторым выводом источника переменного напряжения и через конденсатор - со средним выводом индуктивного накопителя, который соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с первым выводом нагрузки и через датчик тока - с вторым выводом индуктивного накопителя, который соединен с третьим входом блока управления, четвертый вход которого соединен с катодом третьего диода, вход которого соединен с анодом второго тиристора, управляющий электрод которого соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющим электродом первого тиристора, катод которого соединен с катодом второго диода.