Forbidden

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

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ ОТ ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ - Патент РФ 2030100
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СИСТЕМА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ ОТ ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ
СИСТЕМА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ ОТ ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ ОТ ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, при заряде емкостного накопителя энергии. Цель изобретения - улучшение удельных энергитических показателей системы при одновременном увеличении КПД. Система питания содержит инвертор 1, диоды 8, 9, тиристоры 6, 10, управляемый ключ 3, конденсаторы 2, 7, 11, блок 5 управления, линейный дроссель 12, нагрузку 4. 4 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: 2030100
Класс(ы) патента: H03K3/53
Номер заявки: 4843704/21
Дата подачи заявки: 17.05.1990
Дата публикации: 27.02.1995
Заявитель(и): Военный инженерный институт им.А.Ф.Можайского
Автор(ы): Николаев А.Г.; Додотченко В.В.
Патентообладатель(и): Николаев Анатолий Григорьевич; Додотченко Владислав Владимирович
Описание изобретения: Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания импульсной нагрузки от разделенного на две равные секции емкостного накопителя энергии, заряжаемого в режиме неизменной мощности за много периодов изменения выходного напряжения инвертора от дозирующего конденсатора, который, в свою очередь, периодически заряжается от трансформатора инвертора через линейный дроссель.
Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей системы в основном путем уменьшения установленной мощности источника электрической энергии за счет увеличения его практического коэффициента использования по мощности и увеличение КПД системы, что дополнительно уменьшает расход топлива для работы энергетической установки с упомянутым 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 - эквивалентные цепи формирования напряжения на конденсаторах емкостного накопителя энергии; на фиг. 3 - эпюры напряжения U1 на выходе инвертора (это же напряжение U1 на двух входах блока управления), тока i заряда второго конденсатора (ДК), тока iразряда ДК, напряжения U7 на ДК (это же напряжение U7 на двух входах блока 5 управления), напряжения U12 на линейном дросселе (ЛД), управляющего напряжения U1оук между управляющим электродом и катодом второго тиристора, управляющего напряжения U6ук между управляющим электродом и катодом первого тиристора; на фиг. 4 приведены графические зависимости КПД заряда емкостного накопителя (ЕН) в предлагаемой системе ηз и в прототипе ηз.пр, идеального коэффициента использования источника с практически неизменным напряжением (U ≈ const) КииmU или с практически неизменной ЭДС (Е ≈ const) КииmE по мощности при заряде ЕН предлагаемой системы и прототипа Кииm.пр, практического коэффициента использования источника (U ≈ const) КипU или (Е ≈ const) КипЕ по мощности при заряде ЕН предлагаемой системы и прототипа Кип.пр от добротности Qс предлагаемой системы при зарядке ДК через ЛД.
Система питания (фиг. 1) содержит инвертор 1 с трансформаторным выходом, первый конденсатор 2, первая обкладка которого соединена через управляемый ключ 3 с первым выводом нагрузки 4, управляющий вход управляемого ключа 3 соединен с первым выходом блока 5 управления, первый тиристор 6, катод которого соединен с первой обкладкой первого конденсатора 2, а управляющий электрод - с вторым выходом блока 5 управления, второй конденсатор 7, первый диод 8, анод которого соединен с первым выходом инвертора 1, второй диод 9, второй тиристор 10, третий конденсатор 11, линейный дроссель 12, первый вывод которого соединен с анодом первого 6 и катодом второго 10 тиристоров, второй вывод через второй конденсатор 7 - с второй обкладкой первого конденсатора 2, которая через третий конденсатор 11 соединена со вторым выводом нагрузки 4, который соединен с анодом второго тиристора 10, анодом второго диода 9, катод которого соединен с анодом первого диода 8 и выводом первого входа блока 5 управления, второй вывод которого соединен с анодом первого тиристора 6, катодом второго тиристора 10, вторым выводом инвертора 1, катод первого диода 8 соединен с катодом первого тиристора 6, третий выход блока 5 управления соединен с управляющим электродом второго тиристора 10, второй и третий входы блока 5 управления подключены параллельно второму и третьему конденсаторам 7, 11 соответственно. При этом собственная круговая частота системы при заряде второго дозирующего конденсатора 7 через линейный дроссель 12 в два раза больше частоты изменения выходного напряжения инвертора 1.
Система работает следующим образом.
Энергия первичного источника электрической энергии практически неизменного напряжения U ≈ const (например, аккумулятор батареи большей емкости) или практически неизменной ЭДС Е ≈ const (эксплуатируемого при условии 2 ΔU/E ≅ 0,1, где ΔU - максимальное отклонение напряжения источника от номинального значения) преобразуется инвертором 1, выполненным, например, по однофазной нулевой схеме на двух тиристорных ключах, коммутирующих токи намагничивания трансформатора инвертора 1 в конденсаторе и трансформаторе в энергию переменного тока с практически прямоугольным напряжением U1 (фиг. 3, а).
В положительном полупериоде изменения выходного напряжения инвертора 1 (фиг. 3, а) происходит заряд второго (дозирующего) конденсатора (ДК) 7 и первого конденсатора 2 емкостного накопителя (ЕН) по цепи (фиг. 2, а): инвертор 1 - диод 8 - конденсатор 2 - ЕН - ДК 7 - линейный дроссель (ЛД) 12 -инвертор 1 током (фиг. 3, а)
i= Uиesin2ωиt/Xc, где Uии) - выходное напряжение или ЭДС инвертора 1; ωи = 2 πfи - круговая частота изменения выходного напряжения инвертора 1; t - время; Qc=/rз добротность системы при заряде ДК 7; Хс = 1 / ωиС - емкостное сопротивление ДК 7; rз = Rои + Rв.п + RЛД + Rш - активное сопротивление системы при заряде ДК 7; Rои - приведенное к выводам инвертора 1 внутреннее сопротивление первичного источника и инвертора 1; Rв.п - среднее сопротивление первого диода - вентиля в проводящем направлении; RЛД - активное сопротивление ЛД 12 и Rш - активное сопротивление шин и проводов. Когда через половину положительного полупериода изменения выходного напряжения инвертора ДК 7 зарядится до максимального напряжения Ucm= U1+e (фиг. 3, а), компаратор блока управления системой выдает управляющий импульс напряжения U1оук на управляющий переход второго тиристора 10 и происходит разряд ДК 7 на конденсаторе 11 ЕН по цепи (фиг. 2, б): ДК 7 - конденсатор 11 ЕН - тиристор 10 - ЛД 12 - ДК 7 током
i7p=2U1+eesin2ωиt/Xc, где Qc= rp - добротность системы при разряде ДК 7; rр = Rт.п + RЛД + Rш - активное сопротивление системы при разряде ДК 7; Rт.п - среднее сопротивление тиристора 10 в проводящем направлении. В результате этого в конце второй половины полупериода конденсатора 2 ЕН зарядится до напряжения
ΔU2= U1+eXc/Cнс, где Снс = 2См - емкость конденсатора (секций) 2 и 11 ЕН с общей емкостью Сннс/2, и ток i разряда ДК 7 становится равным нулю и второй тиристор 10 естественным образом закрывается (самопогасает), а ДК 7 полностью разряжается.
При отрицательном полупериоде изменения выходного напряжения U1инвертора 1 (фиг. 3, а) происходит заряд ДК 7 и подзаряд конденсатора 11 ЕН током i по цепи (фиг, 2, в): инвертор 1 - ЛД 12 - ДК 7 - конденсатор 11 ЕН - диод 9 - инвертор 1. Когда через половину отрицательного полупериода изменения напряжения инвертора 1 напряжение на ДК 7 достигнет максимальной величины Uсm, компаратор блока 5 управления системой выдает открывающий управляющий импульс напряжения Uвук на управляющий переход первого тиристора 6 (фиг. 3, б), тиристор 6 открывается и в следующую половину отрицательного полупериода изменения напряжения U1 инвертора 1 происходит разряд ДК 7 на конденсатор 2 ЕН током i по цепи (фиг. 2, г): ДК 7 - ЛД 12 - тиристор 6 - конденсатор 2 - ДК 10. В конце отрицательного полупериода изменения напряжения инвертора 1 ток i разряда ДК 7 приближается к нулю, тиристор 6 закрывается естественным путем (самопогасает), ДК 7 полностью разряжается, а конденсатор 2 ЕН подзаряжается следую- щий порцией энергии ΔE2=CU1+e.
И т.д. циклически в течение каждого последующего полупериода изменения напряжения U1 инвертора, пока двухсекционный емкостный накопитель (конденсаторы 2 и 11) не зарядится до максимального напряжения UЕнm (фиг. 3, в). Если ограничить максимальное напряжение заряда ЕН величиной UEHm= U1+e, то конденсаторы 2 и 11 емкостного накопителя будут заряжаться неизменной за каждый период изменения напряжения U1 инвертора 1 средней зарядной мощностью Rзар = СиUЕНm2/2tзк ≈ Епи/tзк, где tзк - время заряда ЕН 4 до максимального напряжения UЕНm, Епи - энергия импульса питания нагрузки 4.
Когда емкостной накопитель зарядится до максимального напряжения UЕНm, другой компаратор блока 5 управления системой выдает короткий прямоугольный управляющий импульс напряжения на управляющие переходы тиристоров управляемого ключа 3. Управляемый ключ 3 срабатывает и происходит разряд емкостного накопителя на импульсную нагрузку 4. Затем следует описанный выше цикл заряда ЕН за много периодов изменения выходного напряжения U1 инвертора 1 снова до максимального напряжения UЕНm и его разряд на импульсную нагрузку 4. И т.д. циклически с частотой fпи ≈ 1/tзк. КПД заряда ДК 7 через линейный дроссель 12 ηзс, рассчитанный по выведенному нами выражению для разных значений добротности Qc системы, изменяющейся от 1 до 25, приведен в виде графической зависимости ηзс = f(Qc) на фиг. 4, а КПД заряда ЕН от ДК 7 - соотношением
1/[1 + 2t ωQ x (1 - e-π /Q)], где t = tрС постоянная времени системы. Так как добротность системы при заряде секций 2 и 11 от ДК 7 ≥ 1000, то ηзи ≈ 0,999. Для сравнения КПД заряда ЕН прототипа при оптимальной величине сопротивления токоограничивающего резистора
ηз.пр = 1/[1 + (1 - e8)/(1 - e-1,5)] = 0,450 и приведен в виде прямой горизонтальной линии на фиг. 4. Максимальный идеальный коэффициент использования источника по мощности, под которым понимается отношение средней мощности источника (с практически неизменным Е ≈ const или напряжением U ≈ const) к его максимальной мощности, в предлагаемой системе КииmЕ (при Е ≈ const) или КииmU (при U ≈ const), рассчитанный по выведенным нами выражениям для разных значений добротности Qc системы, изменяющейся от 1 до 26, приведен в виде графических зависимостей КииmE = f(Qc) или КииmU = f(Qc) на фиг. 4. Видим, что при Qc ≥ 4КииmЕ ≈ 0,81, а при Qc ≅ 4 КииmU ≈ 0,637. У прототипа при оптимальных сопротивлениях токоограничивающего резистора идеальный коэффициент использования источника по мощности Кииm.пр = 0,847 при заряде ЕН и Кииспр = 0,686 при заряде дозирующего конденсатора прототипа. Практический коэффициент использования источника с Е ≈ const или U ≈ const по мощности, под которым понимается отношение средней мощности заряда емкостного накопителя Rзср = СиUЕнm2/2(tзк) ≈ Епи/tзк к максимальной мощности Рm источника, в предлагаемой системе Кип= Рзср/Pm = Кииm . ηзс . ηзн = Кииm ηз ≈ Кииm ηзс приведен на фиг. 4 в виде графических зависимостей КипЕ = f(Qc) при Е ≈ const и КипU = f(Qc) при источнике U ≈ const. Для сравнения у прототипа практический коэффициент использования источника по мощности
Киипр = ηз.прииm.пр + Киис.пр)/2 ≈ 0,346.
Так как максимальная установленная мощность источника Рm = Рзсрипобратно пропорциональна практическому коэффициенту использования источника по мощности Кип, то чем он больше, тем меньше максимальная установленная мощность Рm источника и его масса, а также масса m системы, что приводит к увеличению удельной энергии системы по массе WEm= Епи/m.
Формула изобретения: СИСТЕМА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ ОТ ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ, содержащая инвертор с трансформаторным выходом, первый конденсатор, первая обкладка которого соединена через управляемый ключ с первым выводом нагрузки, управляющий вход управляемого ключа соединен с первым выходом блока управления, первый тиристор, катод которого соединен с первой обкладкой первого конденсатора, а управляющий электрод - с вторым выходом блока управления, второй конденсатор, первый диод, анод которого соединен с первым выходом инвертора с трансформаторным выходом, отличающаяся тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей системы и увеличения КПД, в нее введены второй диод, второй тиристор, третий конденсатор, линейный дроссель, первый вывод которого соединен с анодом первого и катодом второго тиристоров, второй вывод через второй конденсатор - с второй обкладкой первого конденсатора, которая через третий конденсатор соединена с вторым выводом нагрузки, который соединен с анодом второго тиристора, анодом второго диода, катод которого соединен с анодом первого диода и первым выводом первого входа блока управления, второй вывод которого соединен с анодом первого тиристора, катодом второго тиристора, вторым выводом инвертора с трансформаторным выходом, катод первого диода соединен с катодом первого тиристора, третий выход блока управления соединен с управляющим электродом второго тиристора, второй и третий входы блока управления подключены параллельно второму и третьему конденсаторам соответственно.