Forbidden

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

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ - Патент РФ 2030101
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СИСТЕМА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ
СИСТЕМА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к импульсной технике и касается систем питания импульсной нагрузки от индуктивного, преимущественно сверхпроводящего или криорезистивного, накопителя энергии, заряжаемого от источника знакопостоянного тока (ИЗПТ) практически неизменных напряжения или ЭДС через трехфазный преобразователь неизменной мощности, преобразуемый при отказе одной из его фаз в двухфазный преобразователь неизменной мощности. Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей системы путем уменьшения установленной мощности ИЗПТ и трансформатора преобразователя напряжения (ПН) за счет увеличения коэффициента их использования по мощности и увеличения надежности системы. Система содержит ИЗПТ, три одинаковых ПН с трансформаторным выходом, индуктивный накопитель (ИН), датчик тока, управляемый размыкающий коммутатор, три одинаковых токоограничивающе-дозирующих блока (ТДБ) с тремя входными и двумя выходными клеммами у каждого, ТДБ содержит токоограничивающе-дозирующий конденсатор, зарядный тиристор, подзарядный вентиль, линейный дроссель, блокирующий вентиль, шунтирующий тиристор, дополнительный датчик тока, блок управления, дополнительный блок управления системой. 2 з. п. ф-лы, 6 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: 2030101
Класс(ы) патента: H03K3/53
Номер заявки: 4928143/21
Дата подачи заявки: 16.04.1991
Дата публикации: 27.02.1995
Заявитель(и): Военный инженерный институт им.А.Ф.Можайского
Автор(ы): Додотченко В.В.; Николаев А.Г.
Патентообладатель(и): Додотченко Владислав Владимирович; Николаев Анатолий Григорьевич
Описание изобретения: Изобретение относится к импульсной технике и касается систем питания импульсной нагрузки от индуктивного, преимущественно сверхпроводящего или криорезистивного, накопителя энергии, заряжаемого от источника знакопостоянного тока (ИЗПТ) практически неизменных напряжения или ЭДС через трехфазный преобразователь неизменной мощности, преобразуемый при отказе одной из его фаз в двухфазный преобразователь неизменной мощности.
Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей системы путем уменьшения установленной мощности ИЗПТ и трансформатора преобразователя напряжения (НП) за счет увеличения коэффициента их использования по мощности и увеличение надежности системы.
Система содержит ИЗПТ, выходные шины которого соединены с входами трех одинаковых НП с трансформаторными выходами, индуктивный накопитель (ИН), выходные шины которого связаны через управляемый замыкающий коммутатор с импульсной нагрузкой, датчик тока, управляемый размыкающий коммутатор, три одинаковых токоограничивающе-дозирующих блока (ТДБ) с тремя входными и двумя выходными клеммами у каждого ТДБ содержит токоограничивающе-дозирующий конденсатор, зарядный тиристор, подзарядный вентиль, линейный дроссель, индуктивность которого определяется приведенным в формуле изобретения выражением, блокирующий вентиль, шунтирующий тиристор, дополнительный датчик тока и блок управления, дополнительный блок управления системой, причем оптимальное отношение части витков Wo вторичной обмотки трансформатора НПко всем ее виткам W определяется приведенным в отличительной части формулы изобретения выражением.
На фиг. 1 приведена схема системы питания импульсного индуктивного накопителя согласно изобретению; на фиг. 2 - схема управления токоограничивающе-дозирующим блоком; на фиг. 3 - схема выполнения дополнительного блока управления системой; на фиг. 4 - эквивалентные схемы заряда токоограничивающе-дозирующего конденсатора через линейный дроссель и индуктивного накопителя через токоограничивающе-дозирующий конденсатор; на фиг. 5 - эпюры токов i13з1, i13з2 и i13з3 при заряде ТДК и токов i141, i142 и i143, при заряде индуктивного накопителя через ТДК; на фиг. 6 - графические зависимости КПД заряда ТДК через линейный дроссель (ЛД) в предлагаемой системе ηзс и в прототипе ηзспр, идеального коэффициента использования ИЗПТ и трансформаторов преобразователей при заряде ТДК через ЛД в предлагаемой системе Кипс и в прототипе Кииспр и при заряде индуктивного накопителя (ИН) через ТДК в предлагаемой системе КпиL и в прототипе КипLпр, практического коэффициента использования ИЗПТ и трансформаторов преобразователей по мощности в предлагаемой системе Кипm = (Кипс ηзс + КипL ηзн)/2 и в прототипе Кипmпр = (Кипспр ηзспр + КипLпр ηзспр)/2 от добротности Q системы при заряде ТДК через ЛД.
Система питания импульсного индуктивного накопителя (фиг. 1) содержит источник 1 знакопостоянного тока с практически неизменным напряжением U ≈ const (например, аккумуляторную батарею большой емкости в течение одного заряда индуктивного накопителя 3) или ЭДС E ≈ const, эксплуатируемый при условии 2 ΔU/E ≅ 0,1, где ΔU - максимальное отклонение напряжения источника 1 от своего номинального значения Uн, с положительной (+) и отрицательной (-) выходными шинами; первый 2.1, второй 2.2 и третий 2.3 одинаковые преобразователи напряжения с трансформаторными выходами, образованными вторичными обмотками трансформаторов преобразователей напряжения с двумя выводами и отводом от
части ее витков в каждом, выполненных, например по однофазной нулевой схеме на двух тиристорных ключах К1.1 и К2.1 (К1.2 и К2.2 или К1.3 и К2.3), коммутирующем токи намагничивания трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) конденсаторе Скк.2 или Ск.3) и трансформаторе; индуктивный, преимущественный сверхпроводящий или криорезистивный,
накопитель 3 энергии с двумя выводами; положительную 4 и отрицательную 5 выходные шины системы, между которыми через управляемый замыкающий коммутатор 6 типа тиристорного ключа или управляемого разрядника подключена импульсная нагрузка 7, один вывод которой соединен с положительной выходной шиной 4 системы и с одним выводом индуктивного накопителя 3; первый 8.1, второй 8.2 и третий 8.3 одинаковые токоограничивающе-дозирующие блоки (ТДБ), каждый
с тремя входными клеммами: первым и вторым выводами вторичных обмоток 9.1, 10.1 и отводом от части витков вторичной обмотки преобразователя 2 и двумя выходными клеммами 11.1 и 12.1 (11.2 и 12.2 или 11.3 и 12.3), включающие в себя токоограничивающе-дозирующий конденсатор (ТДК) 13.1 (13.2 или 13.3), зарядный тиристор 14.1 (14.2 или 14.3), подзарядный вентиль 15.1 (15.2 или 15.3), линейный дроссель 16.1 (16.2 или 16.3), включенный между анодом подзарядного вентиля 15.1 (15.2 или 15.3) и первой входной клеммой 9.1 (9.2 или 9.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3), блокирующий вентиль 17, включенный между объединенными первыми выходными клеммами 11.1, 11.2, 11.3 и объединенными вторыми выходными клеммами 12.1, 12.2, 12.3, ТДБ 8.1, 8.2, 8.3, анодом к последним, шунтирующий тиристор 18.1 (18.2 или 18.3), катод которого подключен к отводу вторичной обмотки преобразователя ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3), блок 19.1 (19.2 или 19.3) управления с восемью выводами и дополнительный датчик тока
20.1 (20.2 или 20.3), включенный силовыми клеммами между второй выходной клеммой 12.1 (12.2 или 12.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3) и точкой соединения его первой входной клеммы 9.1 (9.2 или 9.3) с одним из выводов линейного дросселя 16.1 (16.2 или 16.3), управляемый размыкающий коммутатор 21.1 с управляющим механизмом 21.2; датчик тока 22 с двумя силовыми и двумя потенциальными клеммами и дополнительный блок 23 управления системой с двадцатью тремя выводами. Положительные входы первого 2.1, второго 2.2 и третьего 2.3 преобразователей напряжения объединены и подключены
к положительной выходной шине источника 1. Отрицательные входы первого 2.1, второго 2.2 и третьего 2.3 преобразователей напряжения объединены и подключены к отрицательной выходной шине источника 1. Объединенные первые выходные клеммы 11.1, 11.2 и 11.3 ТДБ 8.1, 8.2 и 8.3 через управляемый размыкающий коммутатор (УРК) 20.1 подключены к отрицательной выходной шине 5 системы, связанной через датчик тока 21 с другим выводом индуктивного накопителя 3. Объединенные вторые выходные клеммы 12.1, 12.2 и 12.3 ТДБ 8.1, 8.2 и 8.3 подключены к положительной выходной шине 4 системы. Первый вывод преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) соединен со второй входной клеммой 10.1 (10.2 или 10.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3) и анодом зарядного тиристора
14.1 (14.2 или 14.3), второй вывод преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) - с первой входной клеммой 9.1 (9.2 или 9.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3), а отвод от части витков вторичной обмотки преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) - с третьей входной клеммой ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3). Первый вывод блока 19.1 (19.2 или 19.3) управления связан с третьей входной клеммой ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3), а второй вывод блока 19.1 (19.2 или 19.3) управления - с первой входной клеммой 9.1 (9.2 или 9.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3). Третий и четвертый выводы блока 19.1 (19.2 или 19.3) управления подключены к управляющему электроду и катоду зарядного тиристора 14.1 (14.2 или 14.3), катод которого соединен с анодом шунтирующего тиристора 18.1 (18.2 или 18.3) и первым выводом ТДК 13.1 (13.2 или 13.3). Пятый и шестой выводы блока
19.1 (19.2 или 19.3) управления подключены к управляющему электроду и катоду шунтирующего тиристора 18.1 (18.2 или 18.3). Второй вывод токоограничивающе-дозирующего конденсатора (ТДК) 13.1 (13.2 или 13.3) связан с катодом подзарядного вентиля 15.1 (15.2 или 15.3) и первой выходной клеммой 11.1 (11.2 или 11.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3). Первый и второй выводы дополнительного блока 23 управления системой связаны с потенциальными клеммами датчика 22 тока, а третий и четвертый его выводы - с положительной и отрицательной выходными шинами источника 1. Пятый и шестой выводы дополнительного блока 23 управления системой соединены с управляющими электродами
первого К1.1 и второго К2.1 тиристорных ключей первого преобразователя 2 напряжения, седьмой и восьмой его выводы - с управляющими электродами первого К1.2 и второго К2.2 тиристорных ключей второго преобразователя 2.2 напряжения, а девятый и десятый его выводы - с управляющими электродами первого К1.3 и второго К2.3 тиристорных ключей преобразователя 2.3 напряжения. Одиннадцатый и двенадцатый выводы дополнительного блока 23 управления системой связаны с потенциальными клеммами дополнительного датчика 20 тока ТДБ 8, тринадцатый и четырнадцатый его выводы - с потенциальными клеммами дополнительного датчика 20.2 тока ТДБ 8.2, а пятнадцатый и шестнадцатый его выводы - с потенциальными кламмами
дополнительного датчика 20.3 тока ТДБ 8.3. Семнадцатый и восемнадцатый выводы дополнительного блока 23 управления системой связаны с управляющим (поджигающим) электродом и катодом управляемого замыкающего коммутатора 6, а его девятнадцатый, двадцатый и двадцать первый выводы - с тремя выводами управляющего механизма 21.2 управляемого размыкающего коммутатора 21.1. Двадцать второй и двадцать третий выводы дополнительного блока 23 управления системой подключены к седьмому и восьмому выводам блоков 19.1, 19.2 и 19.3 управления. При этом оптимальная индуктивность L линейного дросселя 16.1 (16.2 или 16.3) определяется выражением:
L ≅ - Lрт, (1) где С - емкость ТДК 13.1 (13.2 или 13.3);
f - частота изменения выходных напряжений трансформаторов преобразователей 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения;
Lрт - индуктивность рассеяния трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения;
Q= /(Rиo+Rлд+Rпв+Rшт - добротность системы при заряде ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) через линейный дроссель 16.1 (16.2 или 16.3) с активным сопротивлением RLD;
Rио - внутреннее сопротивление источника 1 и преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения, приведенное к первой 9.1 (9.2 или 9.3) и третьей входным клеммам ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3);
Rпв и Rшт - среднее значение сопротивления подзарядного вентиля 15.1 (15.2 или 15.3) и шунтирующего тиристора 18.1 (18.2 или 18.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3) в проводящем направлении.
Управляющие импульсы пятого и шестого, седьмого и восьмого, девятого и десятого выводов дополнительного блока 23 управления системой k первому 2.1, второму 2.2 и третьему 2.3 преобразователям напряжения в исправной системе сдвинуты относительно друг друга на электрический угол π/3 и образуют трехфазную систему, а при отказе одной из фаз такой трехфазной системы в оставшихся двух исправных фазах системы - на электрический угол π/2 и образуют двухфазную систему, причем отношение части витков Wo вторичной обмотки трансформатора из преобразователей 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения между отводом с и вторым выходным выводом δ упомянутого преобразователя напряжения ко всем виткам W вторичной обмотки определяется выражением:
= + , (2) где ηзL - КПД системы при заряде индуктивного накопителя 3 через ТДК 13.1 (13.2 или 13.3); k = lзо/lзm - отношение начального тока Iзо последующих зарядов индуктивного накопителя 3 к максимальному току Iзm его заряда.
Блок 19.1 (19.2 или 19.3) управления, примерная схема которого и его подключение между входными и выходными клеммами ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3) приведены на фиг. 2, содержит импульсный трансформатор 24 управления с первичной и вторичной обмотками; двоичный счетчик 25 первых двух положительных полупериодов изменения выходного напряжения трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения, когда потенциал клеммы 9.1 (9.2 или 9.3) выше потенциала третьей входной клеммы ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3); управляющий запираемый тиристор 26, первый диод 27, второй диод 28, делитель выходного напряжения трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) на двух резисторах 29 и 30, параллельно резистору 30 которого включена первичная обмотка импульсного трансформатора 24 управления; источник 31 стабилизированного напряжения трансформатора с двумя выходными клеммами 32 и 33 для питания двоичного счетчика 25 и дополнительного блока 23 управления системой. Один конец вторичной обмотки импульсного трансформатора 24 управления связан через диод 28 с управляющим электродом шунтирующего тиристора 18.1 (18.2 или 18.3) и с одним входом двоичного счетчика 25, а другой ее конец - с катодом шунтирующего тиристора 18.1 (18.2 или 18.3) и через диод 27 - с другим входом двоичного счетчика 25, два выхода которого подключены к управляющему переходу управляющего запираемого тиристора 26.
Дополнительный блок 23 управления системой, примерная схема которого и его подключение к управляющим переходам первого К1.1, К1.2 и К1.3 и второго К2.1, К2.2, К2.3 первого 2.1, второго 2.2 и третьего 2.3 преобразователей напряжения, к потенциальным клеммам датчика тока 22, к потенциальным клеммам дополнительных датчиков 20.1, 20.2 и 20.3 тока, к управляющему (поджигающему) электроду и катоду управляемого замыкающего коммутатора 6, к трем выводам управляющего механизма 21.1 управляемого размыкающего коммутатора 21.2 к положительной и отрицательной выходным шинам источника 1, приведенные на фиг. 3, содержит стабилизатор 31 напряжения источника 1 с двумя выходными клеммами 32 и 33 питания этого блока и блоков 19.1, 19.2 и 19.3 управления; генератор 34 импульусов, например, кварцевого типа; три переключаемых фазосдвигающих устройства 35, 36 и 37, первое 35 из которых в исправной трехфазной предлагаемой системе имеет нулевой сдвиг по фазе и может переключаться на сдвиг по фазе на электрический угол π/2; второе устройство 36 в исправной трехфазной системе имеет сдвиг по
фазе на электрический угол π/3 и может переключаться на сдвиг по фазе на элеткрический угол ноль или π/2; третье устройство 37 в исправной трехфазной системе имеет сдвиг по фазе на электрический угол 2 π/3 и может переключаться на сдвиг по фазе ноль или π/2; три одинаковых импульсных трансформатора 38, 39 и 40 с одной первичной обмоткой и двумя вторичными обмотками в каждом; интегрирующе-логический блок 41, включающий в себя три интегрирующих RC зарядно-разрядных цепочки с тремя усилителями и логическое устройство, которое при равенстве выходных напряжений всех трех усилителей одинаковым трем опорным напряжениям не выдает управляющих сигналов, а при отсутствии или значительного отличия напряжения на выходе одного из усилителей от опорного напряжения, когда отказывает одна из фаз системы, выдает управляющие сигналы на переключение двух из переключаемых фазосдвигающих устройств исправных двух фаз системы: одного на эл. угол сдвига по фазе "ноль", а другого - на эл. угол сдвига по фазе π/2; компаратор 42 с усилителем и двумя
опорными напряжениями, обеспечивающий замыкание управляемого замыкающего коммутатора 6, замыкание и размыкание контактов (через управляющий механизм 21.2) УРК 21.1 и подачу и снятие постоянного запирающего напряжения на тиристоры (с тиристоров) 26 управления блоков 19.1, 19.2 и 19.3 управления. Два входа стабилизатора 31 напряжения источника 1 подключены к положительной и отрицательной выходным шинам источника 1. Выходные клеммы 32 и 33 стабилизатора 31 напряжения источника 1 соединены с двумя входами задающего генератора 34, интегрирующе-логического устройства 41, компаратора 42 и двоичного счетчика 25 в блоках 19.1, 19.2 и 19.3 управления. Один выход задающего генератора 34 через переключаемые фазосдвигающие устройства 35, 36 и 37 подключены к началам первичных обмоток импульсных трансформаторов первой 38, второй 39 и третьей 40 фаз системы, а концы первичных обмоток этих импульсных трансформаторов - непосредственно к другому выходу задающего генератора 34. Вторичные обмотки импульсных трансформаторов 38, 39 и 40 через развязывающие диоды
связаны с управляющими электродами тиристорных ключей К1.1 и К2.1, К1.2 и К2.2 и К1.3 и К2.3 первого 2.1, второго 2.2 и третьего 2.3 преобразователей напряжения первой, второй и третьей фаз предложенной системы. Потенциальные клеммы дополнительных датчиков 20.1, 20.2 и 20.3 тока первого 8.1, второго 8.2 и третьего 8.3 ТДБ первой, второй и третьей фаз соответственно связаны с четырьмя входами интегрирующе-логического устройства 41, шесть выходов логических устройств которого соединены с двумя входами каждого из трех переключаемых фазосдвигающих устройств 35, 36 и 37. Два входа компаратора 42 соединены с потенциальными клеммами датчика 22 тока, два его выхода - с управляющим (поджигающим) электродом и катодом управляемого замыкающего коммутатора 6, еще три его выхода - с тремя выводами управляющего механизма 21.2 управляемого размыкающего коммутатора 21.1, а еще два выхода ж и з - с управляющим переходом запираемого тиристора 28 управления блоков 19.1, 19.2 и 19.3 управления ТДБ 8.1, 8.2 и 8.3.
Работа системы. Энергия источника 1 знакопостоянного тока с практически неизменными напряжением U ≈ const или ЭДС E ≈ const, эксплуатируемого при условии 2 ΔU/E ≅ 0,1, где ΔU - максимальное отклонение напряжения источника 1 от своего номинального значения преобразуется првым 2.1, вторым 2.2 и третьим 2.3 преобразователями напряжения первой, второй и третьей фаз системы соответственно в энергию переменного тока с практически неизменным в течение времени полупериода напряжением Uн = Ukтр ≈const между второй 10 (10.2 или 10.3) и первой 9.1 (9.2 или 9.3) входными клеммами ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3) и Uио = U kтро≈ const между первой 9.1 (9.2 или 9.3) и третьей (отводом) входными клеммами ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3), где kтр и kтро - коэффициенты трансформации трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 между входными клеммами ТДБ 8.1, 8.2 и 8.3, которые в исправной системе на входе в первый 8.1, второй 8.2 и третий 8.3 токоограничивающе-дозирующие блоки сдвинуты по фазе относительно друг друга на электрический угол π/3.
При положительном полупериоде изменения выходного напряжения Uботрансформаторов преобразователей 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения, когда потенциал клеммы 9.1 (9.2 или 9.3) выше потенциала клеммы отвода, импульсный трансформатор 24 управления (фиг.2) открывает по переднему фронту напряжения Uбо шунтирующий тиристор 18 и происходит заряд токоограничивающе-дозирующего конденсатора (ТДК) 13.1 (13.2 или 13.3) с емкостью С через линейный дроссель (ЛД) 16.1 (16.2 или 16.3) с индуктивностью L в квазирезистивном режиме, когда оптимальная (по максимуму КПД заряда ТДК и максимуму идеального коэффициента использования источника 1 и трансформатора преобразователей 2.1, или 2.2, или 2.3 по мощности при заряде ТДК 13.1,или 13.2, или 13.3) индуктивность зарядной цепи Lc = L + Lрт системы определяется выражением:
Lc=L+Lрт = , (3) где Lрт - индуктивность рассеяния трансформатора преобразователя 2.1, или 2.2, или 2.3 по цепи (см. фиг. 4, г): трансформатор преобразователя 2.1 (3.2 или 2.3) - клемма 9.1 (9.2 или 9.3) - ЛД 16.1 (16.2 или 16.3) - подзарядный вентиль 15.1 (15.2 или 15.3) - ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) - шунтирующий тиристор 18.1 (18.2 или 18.3) - клемма отвода трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) током
Uс=Uио/(ωLc) esinωt, где ω = 2 πf - круговая частота изменения выходных напряжений трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3;
Q= rc - добротность системы при заряде ТДК через ЛД;
rc = Rио + Rлд + Rпв + Rшт - активное сопротивление системы при заряде ТДК через ЛД;
t - время (остальные обозначения такие же, как и в выражении (1) - до максимального напряжения в конце положительного полупериода (при t = tπ = π / ω) Uсм=U1+e, когда ток iс заряда ТДК приближается к нулю и шунтирующий тиристор 18.1 (18.2 или 18.3) естественным образом закрывается (самопогасает).
При первом отрицательном полупериоде изменения выходного напряжения Uба и Uбс трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) (когда потенциал 10.1 (10.2 или 10.3) выше потенциала клеммы 9.1 (9.2 или 9.3) пропорциональная часть Uбо которого снимается с резистора 30 делителя напряжения Uбо трансформатора и поступает на первичную обмотку импульсного трансформатора 24 управления, с его вторичной обмотки на два входа двоичного счетчика 25 через диод 27 подается положительный импульс напряжения, соответствующий переднему фронту отрицательного полупериода изменения напряжений Uба и Uбс. Двоичный счетчик 25 отсчитывает первый импульс.
Работа системы при положительнoм полупериоде изменения напряжения Uбс трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) описана выше. При втором отрицательном полупериоде изменения напряжения Uба и Uбстрансформаторов преобразователей двоичный счетчик 25 описанным путем отсчитывает второй положительный импульс вторичной обмотки импульсного трансформатора 24 управления и, насыщаясь, выдает с двух своих выводов на управляющий переход управляющего запираемого тиристора 26 открывающее напряжение и он открывается. С вторичной обмотки импульсного трансформатора 24 управления через открытый запираемый тиристор 26 на управляющий переход зарядного тиристора 14.1 (14.2 или 14.3) подаются в начале каждого следующего отрицательного полупериода изменения напряжений Uба и Uбс трансформаторов преобразователей отпирающие импульсы напряжения, и он открывается и остается открытым весь отирцательный полупериод в течение времени tπ = π / ω. При открытии зарядного тиристора 14.1 (14.2 или 14.3) в любой отрицательный полупериод изменения напряжения Uба (Uбс) трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 вся вторичная обмотка этих трансформаторов соединяется последовательно-согласно с ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) и от них к выходным шинам 4 и 5 системы прикладывается максимальное суммарное напряжение
Uи+Uсм=U1+1+eUио/U. Под действием этого напряжения через индуктивный накопитель 3 с индуктивностью Lн по цепи (фиг. 8, б): вторичная обмотка трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) - вывод а - клемма 10.1 (10.2 или 10.3) - зарядный тиристор 14.1 (14.2 или 14.3) - ТДК 13.1 (13.2 или 13.2) - клемма 11.1 (11.2 или 11.3) - УРК 21.1 - шина 5 - датчик 22 тока - индуктивный накопитель 3 - шина 4 - клемма 12.1 (12.2 или 12.3) - датчик 20.1 (20.2 или 20.3) тока - клемма 9.1 (9.2 или 9.3) - вывод б - вторичная обмотка трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) будет протекать ток iL≈U1+1+eUио/Ut/Lн. Этот ток максимален в конце отрицательного полупериода при t = tπ= π / ω и достигает величины
ILm≈U1+1+eUио/U/(ωLн).
В следующий после рабочего отрицательного полупериода положительный полупериод снова происходит заряд ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) до максимального напряжения Uст, а ток заряда iз индуктивного накопителя 3, замыкаясь через блокирующий вентиль 17 с весьма малым сопротивлением (порядка тысячной доли Ома) по цепи (см. фиг. 4, б): индуктивный накопитель 3 - шина 4 - клемма 12 - блокирующий вентиль 17 - клемма 11 - УРК 21.1 - шина 5 - датчик 22 тока - индуктивный накопитель 3, суммируется по определенному закону с приращением тока ILm подзаряда индуктивного накопителя 3. И т.д. циклически с частотой изменения выходных напряжений Uба и Uбс трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3. При этом текущий ток iз заряда индуктивного накопителя 3 определяется по следующему из закона сохранения энергии выражению:
iз= L/, где tз - текущее время заряда индуктивного накопителя (ИН) 3 от начального тока Iзо до тока iз;
k = Iзо/Iзm - относительный начальный ток заряда ИН 3, нормированный по максимальному току Iзm его заряда, а заряд индуктивного накопителя 3 происходит в режиме неизменной средней за период изменения напряжений Uба и Uбс трансформаторов преобразователей 2.1 (2.2 или 2.3) потребляемой от источника 1 мощности.
Когда ток заряда индуктивного накопителя 3 достигнет заданного максимального значения
iз=Iзm=I/, где tзк - конечное время заряда ИН 3 от начального Iзо до максимального Iзm тока, усиленное усилителем компаратора 42 падение напряжения на сопротивлении Rш датчика 22 тока (например шунта) Uш = Rш Iзm становится равным опорному напряжению vom компаратора 42, и компаратор 42 выдает постоянный управляющий импульс напряжения на управляющий переход запираемого тиристора 26 управления, который закрывает этот тиристор и прекращает подачу положительных импульсов вторичной обмотки импульсного трансформатора 24 управления на открытие зарядного тиристора 14.1 (14.2 или 14.3). Процесс заряда индуктивного накопителя 3 прекращается. Одновременно с компаратора 42 дополнительного блока 23 управления системой подается открывающий (поджигающий) импульс управления на управляющий (поджигающий) электрод и катод управляемого замыкающего коммутатора 6, например, типа тиристорного ключа, и он открывается, а на управляющий механизм 21.2 управляемого размыкающего коммутатора (УРК) 21.1 - импульс тока, размыкающий контакты УРК 21.1. Управляемый размыкающий коммутатор 21.1 размыкает свои контакты и накопленная в индуктивном накопителе 3 энергия передается через управляемый замыкающий коммутатор 6 в мощную импульсную нагрузку 7. Когда ток в импульсной нагрузке 7 достигает величины начального тока заряда ИН 3, усиленное усилителем компаратора 42 падение напряжения на датчике 22 тока (шунте) Umo = Rш Iзо становится равным второму опорному напряжению Uоокомпаратора 42, и последний подает управляющий импульс тока на управляющий механизм 21.2 УРК 21.1, который замыкает свои контакты и запирающий импульс напряжения с управляющего перехода запираемого тиристора 26 управления снимается, и он открывается выходным сигналам насыщенного двоичного счетчика 25. Происходит следующий описанный выше цикл заряда индуктивного накопителя 3 от начального Iзо до максимального Iзm тока и его последующий заряд на импульсную нагрузку 7. И т.д. циклически.
Из оптимального для работы каждой из трех фаз системы (каждая фаза состоит из преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения и токоограничивающе-дозирующего блока 8.1 (8.2 или 8.3) условия равенства средней относительной мощности трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) при заряде ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) через ЛД 16.1 (16.2 или 16.3)
P* сср=Pсср/Pн = (ic/Iпн)(Uпо/Uи)dt и при заряде индуктивного накопителя 3 через ТДК 13.1 (13.2 или 13.3).
P* нср=Pнср/Pн = (iL/Iин)dt
(P*ccp ≈ P*нср) где Рн = Uин Iин - номинальная мощность трансформатора при его номинальных токе Iин и напряжении Uин ≈ Uи, с учетом выведенного нами из уравнения баланса энергии системы выражения для емкости ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) нами выведено соотношение для определения оптимального отношения выходных напряжений Uно/Uи трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3), равного отношению части витков Wo вторичной обмотки трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) между отводом О и вторым выводом б упомянутого преобразователя ко всем виткам W вторичной обмотки:
+, (4) где ηзL = 1/[1 + 1/(3f τ)] (5) - КПД системы при заряде ИНЗ через ТДК 13.1 (13.2 или 13.3)
τ = Lн/rн - постоянная времени системы
rн ≈ Rоп + Rзт + Rин + Rурк - активное сопротивление системы при заряде индуктивного накопителя 3 через ТДК 13.1 (13.2 или 13.3);
Rон - приведенное к входным клеммам 10.1 (10.2 или 10.3) и 9.1 (9.2 или 9.3) ТБД 8,1 (8,2 или 8,3) внутреннее сопротивление источника 1 и преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3);
Rзт - среднее значение сопротивления зарядного тиристора 14.1 (14.2 или 14.3) в проводящем направлении;
Rин - активное сопротивление индуктивного накопителя 3, которое для сверхпроводящего индуктивного накопителя (СПИН) 3 равно нулю (Rин ≈ 0), а для охлаждаемого жидким или кипящим водородом тороидального криорезистивного индуктивного накопителя (КРИН) 3 Rин = Lн',
τ' ≈ Lн/Rин≈ 40-70 с - постоянная времени КРИН 3;
Rурк≈ (1-3) . 10-4 Ом - активное сопротивление замкнутых контактов управляемого размыкающего коммутатора 21.1.
Рассчитанная по выведенному нами выражению графическая зависимость КПД предложенной системы ηзс при заряде ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) через ЛД 16.1 (16.2 или 16.3) и КПД прототипа ηзспрзспр ≈ ηзс) при заряде ТДК 13 через ЛД 16 от добротности Q системы приведена на диаграмме фиг.6.
Рассчитанная по выражению (5) графическая зависимость КПД предложенной системы ηзL при заряде индуктивного накопителя 3 через ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) и КПД прототипа ηзLпрзLпр ≈ ηзL) от добротности Q системы приведена на фиг.6.
Рассчитанная по выведенному нами выражению для эпюр токов i13.1, i13.2 и i13.2 заряда ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) через линейный дроссель 16.1 (16.2 или 16.3) (фиг. 5, а) графическая зависимость идеального коэффициента использования источника 1 и трансформаторов преобразователей 2.1 (2.2 или 2.3) по мощности Кинс, под которым понимается отношение средней мощности этих источников к их максимальной мощности, от добротности Q системы приведена на фиг. 6. Для сравнения там же приведена графическая зависимость идеального коэффициента использования источника 1 и трансформатора преобразователя 2 прототипа по мощности Кинспр при заряде ТДК 13 через ЛД 16 от добротности Q системы. Видим, что при Q ≥ 2 Кинс = 0,720 = const, а Кинстр ≈0,637 = const.
Рассчитанная по выведенному нами выражению для эпюр токов i14.1, i14.2 и i14.3 предложенной системы при подзаряде индуктивного накопителя 3 через ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) (см. фиг. 5, б) графическая зависимость идеального коэффициента использования источника 1 и трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 по мощности КинL от добротности Q системы приведена на фиг. 6. Там же для сравнения приведена графическая зависимость идеального коэффициента использования источника 1 и трансформатора преобразователя 2 прототипа по мощности КинLпр при заряде ИН 3 через ТДК 13 от добротности Q системы. Видим, что при Q ≥ 2KииL≈ 0,667≈const, а КинLпр = 0,5 = const.
Практический коэффициент использования источника 1 и трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 по мощности Кипm при заряде индуктивного накопителя 3 через описанный трехфазный преобразователь неизменной мощности (ТПИМ), под которым понимается отношение средней зарядной мощности ИН 3 Рзср = Lн (Iзm2 - Iзо2)/(2tзк) ≈ Епи/tзк к максимальной мощности Рm источника 1 и трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 Ртрmтрm ≈ Рm), определяется выражением:
Кипm = Рзсрm = (Кипc ηзс + КипL ηзL)/2, (6) а практический коэффициент использования источника 1 и трансформатора преобразователя 2 прототипа по мощности Кипmпр при зaряде индуктивного накопителя 3 через однофазный преобразователь неизменной мощности (ОПИМ) - выражением:
Кипmпр = Рзсрmпр =
= (Кииспр ηзспр + КинLпр ηзLпр)/2 (7)
Рассчитанные по выражениям (6) и (7) графические зависимости практического коэффициента использования источника 1 и трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 предложенной системы Кипm и источника 1 и трансформатора преобразователя 2 прототипа Кипmпр по мощности от добротности Q системы приведены на фиг. 6. Видим, что при увеличении добротности Q системы от 4 до 20 Кипm монотонно увеличивается от 0,552 до 0,668, а Кипmпр монотонно увеличивается от 0,413 до 0,558.
Так как максимальная установленная мощность источника 1 и трансформаторов 2.2, 2.3 и 2.3 Рm ≈ Ртрm = Рзсрипm обратно пропорциональна практическому коэффициенту их использования по мощности Кипm, то чем больше этот коэффициент Кипm, тем при заданной средней зарядной мощности Рзср индуктивного накопителя 3 энергии меньше максимальная установленная мощность источника 1 Рm и трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 Ртрm и их масса, составляющая основную долю массы системы mпс, а это улучшает (увеличивает) удельную энергию предложенной системы по массе (WEmпс = Епи/mпс, где Епи - эрергия импульса питания импульсной нагрузки 7).
При выходе из строя , т.е. отказе одной из трех фаз предложенной трехфазной системы по фиг. 1 (например, первой фазы, состоящей из преобразователя 2 напряжения и токоограничивающе-дозирующего блока 8) значительно уменьшается или становится равным нулю пропорциональное току iL подразряда индуктивного накопителя 3 падение напряжения на дополнительном датчике 20 тока (шунте), а значит, и выходное напряжение первой интегрирующей зарядно-разрядной RC-цепочки интегрирующе-логического блока 41 и его первого усилителя, а выходные напряжения усилителей напряжения остальных двух (второй и третьей) интегрирующих зарядно-разрядных цепочек будут иметь расчетную величину и совпадать с опорными напряжениями интегрирующе-логического блока 41. Логическое устройство этого блока 41 выдает сигналы на переключаемые фазосдвигающие устройства 36 и 37 и переключает первое (36) на нулевой сдвиг по фазе и второе (37) на сдвиг по фазе π/2, а переключающее фазосдвигающее устройство 35 первой фазы системы прекращает подачу переменного напряжения с генератора 34 на первый импульсный трансформатор 38. В результате этого трехфазная система с трехфазным преобразователем неизменной мощности (ТПНМ) преобразуется в двухфазную систему с двухфазным преобразователем неизменной мощности (ДПНМ) и система остается работоспособной при некотором ухудшении ее удельных энергетических показателей, а это существенно увеличивает надежности предложенной системы. Аналогично происходит преобразование трехфазной системы (с ТПНМ) в двухфазную систему (с ДПНМ) и при отказе второй или третьей фазы и исправных двух других фазах системы.
При преобразовании трехфазной системы в двухфазную (ТПНМ в ДПНМ) нами показаны следующие параметры преобразованной системы: идеальный коэффициент использования источника 1 и трансформаторов ДПНМ по мощности при заряде ТДК через ЛД Кинс = 0,675, а при заряде индуктивного накопителя 3 через ТДК КинL = 0,625; КПД системы при заряде ТДК через ЛД ηзс = 0,985, а при заряде ИН 3 через ТДК ηзс ≈ 0,993; подсчитаный по выражению (6) практический коэффициент использования источника 1 и трансформаторов ДПНМ по мощности при заряде индуктивного накопителя 3 через ДПНМ Кипm = 0,643, а время заряда СПИН или КРИН 3 в двухфазной системе с ДПНМ увеличивается в 1,47 раз по сравнению с исходной трехфазной системой с ТПНМ.
Для обоснования технико-экономических преимуществ предложенной системы над базовой системой-прототипом (индекс ПР) предположим, что мощная импульсная нагрузка 7 и применяемый в системе и прототипе сверхпроводящий индуктивный накопитель (СПИН) 3 характеризуются общими для обеих систем параметрами: энергия импульса питания нагрузки 7 Епи =5 МДж; длительность импульса питания нагрузки 7 τпи = 0,02 с; длительность последующих зарядов СПИН 3 от начального Iзо до максимального Iзm тока tзк=10 с; среднее напряжение импульса питания нагрузки 7 Uписр = 10 кВ; максимальная запасаемая в СПИН 3 энергия Езm = 10 МДж; энегия последующих зарядов СПИН 3 от начального Iзо до максимального Iзm тока Езп = Езm - Езо = Lн(Iзm2 - Iзо2)/2 ≈ Епи = 5 МДж; откуда следует, что начальный ток последующих зарядов СПИН 3 Iзо= Iзm = kIзm = 0,707 Iзm, где k = Iзо/Iзm = 0,707; удельная энергия СПИН 3 с соосно расположенными накопительной и компенсирующей катушками, выполненными из ниобий-титанового сверхпроводника НТ 50 в алюминиевой матрице вместе с криогенной установкой WЕmин = 6 кДж/кг; удельная масса токоограничивающе-дозирующего конденсатора (ТДК) αТДК = 0,065 кВтр; частота изменения выходных напряжений трансформаторов преобразователей f = 1000 Гц; удельная масса и объем трансформаторов преобразователей напряжения и линейных дросселей αтр≈αЛД = 1,31 кг/кВт и γтр ≈ γЛД = 0,210 дм3/кВт и не зависят от их мощности; удельная масса управляемого размыкающего коммутатора (УРК) 21.1 вместе с управляющим механизмом 21.2 αурк ≈ 0,03 кг/кДж.
В результате расчета по разработанной нами методике получены следующие технико-экономические параметры предложенной системы питания импульсного индуктивного накопителя энергии с ТПНМ: максимальный ток заряда СПИН 3 Iзm = 29,2 кА и его начальный ток последующих зарядов Iзо= 20,7 кА; индуктивность СПИН 3 Lн = 0,0234 Гн и его индуктивность, приходящаяся на одну фазу ТПНМ Lиф = 3Lн ≈ 0,07 Гн; максимальный ток через зарядный тиристор 14.1 или 14.2 или 14.3 (ток одного импульса подзаряда СПИН 3) ILm = 69 А; средняя зарядная мощность СПИН 3 Рзср ≈ Епи/tзк = 500 кВт; идеальные коэффициенты использования источника 1 и трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 по мощности при заряде ТДК 13.1, 13.2 и 13.3 через ЛД 16.1, 16.2 и 16.3 Кинс = 0,720, а при заряде СПИН 3 через ТДК 13.1, 13.2 и 13.3 - КинL = 0,667; полученная методом последовательных приближений добротность Q системы при заряде ТДК через ЛД Q ≈ 40; КПД заряда ТДК через ЛД ηзс = 0,985 и КПД заряда СПИН 3 через ТДK ηзL = 0,9933; подсчитанный по выражению (6) практический коэффициент использования источника 1 и трансформаторов преобразователей мощности Кипm = 0,668; максимальная установленная мощность источника 1 и трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 Рm ≈ Ртрm = Рзсрипm = 726 кВт; найденное по выражению (2) или (4) отношение выходных напряжений трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) Uпо/Uн и отношение числа витков его вторичной обмотки между отводом с и выводом б Wо к числу витков W всей обмотки Wo/W = Uпо/Uп = 0,654; выходное напряжение трансформатoров преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 между выводами б и а Uп = 4220 В, а между выводом б и отводом с - Uпо = 2760 В; максимальная установленная мощность трансформатора преобразователя Ртрmср = Ртрm/3 = 263 кВт; приведенное к входным выводам 9 и отводам ТДБ 8 (при 2 ΔU/E = 0,075) внутреннее сопротивление источника 1, приходящееся на одну фазу ТПНМ, и преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) Rно = 0,587 Ом; емкость ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) С = 6,04.10-6 Ф; индуктивность контуров заряда ТДК Lc =L + Lрт = 4,2.10-3 Гн и их волновое сопротивление ρ==26,4 Ом, приведенное к входным клеммам 10.1 и 9.1 (10.2 и 9.2 или 10.3 и 9.3) сопротивление источника 1, приходящееся на одну фазу ТПНМ, и преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) Rон = 1.37 Ом; максимальное напряжение заряда ТДК Uсm = 5420 В и запасаемая в нем энергия Еcm = 86,5 Дж и его мощность и масса трех ТДК Qcm = 86,5 кВтр и mТДК = 16,9 кг; максимальный и средний ток заряда ТДК через ЛД Icm = 105 А и Icср = 67 A; масса всех трех подзарядных вентилей, набранных каждый из трех последовательно включенных частотных диодов типа ДЧ 151-100 вместе с шунтирующими резисторами и ошиновкой mпв = 2 кг, а его сопротивление в проводящем направлении Rпв ≅ 5,1.10-3 Ом; масса всех трех шунтирующих тиристоров, набранных каждый из трех последовательно включенных тиристоров типа ТБ 133-250 вместе с шунтирующими резисторами, элементами управления и ошиновкой mшт = 2,7 кг, а его сопротивление в проводящем направлении Rшт ≅ 3,9 . 10-3 Ом; активное сопротивление каждого линейного дросселя при его сравнительно невысокой (для частоты f = 1000 Гц) добротности QL ≈ωLc/RЛД ≈ 250 составит RЛД = 5,28 .10-2 Ом; активное сопротивление системы при заряде ТДК через ЛД rc = Rпо + RЛД + Rтв + Rшт ≈ 0,649 Ом; средний ток через зарядный тиристор Iзтср = ILm/2 = 25 А и его максимальное напряжение в закрытом состоянии Uзmз = 9620 В; масса всех трех зарядных тиристоров, набранных каждый из 10 последовательно включенных быстродействующих тиристоров типа ТБ 151-63, вместе с шунтирующими резисторами, элементами управления и ошиновкой mзт= 8,1 кг, а его сопротивление в проводящем направлении Rзт ≅ 0,0375 Ом; активное сопротивление каждой фазы системы при заряде СПИН 3 через ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) rL = Rон + Rзт + Rурк = 1,408 Ом, где Rурк ≈ 3 .10-4 Ом - сопротивление замкнутых контактов УРК 20; масса и объем всех трех трансформаторов ТПНМ mтр = 3 αтр Ртрmф = 1050 кг и Vтр = 3 γтрРтрmф = 155 дм3 максимальная энергия, запасаемая в ЛД 16.1 (16.2 или 16.3) ЕЛДm = 23,1 Дж и его действующая мощность РЛД = 11,6кВт; масса и объем трех линейных дросселей ТПНМ mЛД = 47,2 кг и Vлд = 7,55 дм3; масса блокирующего вентиля 17, набранного из восьми последовательно включенных групп диодов по 30 параллельно включенных диодов типа ДЧ148 = 1000 в группе, с шунтирующими резисторами и ошиновкой mбв = 75 кг, а его сопротивление в проводящем направлении Rбв ≅ 1,04 .10-4 Ом; средний ток через тиристорные ключи К1 и К2 при номинальном напряжении источника 1 vн = 220 В составит Iткср = Рm/(3vн) = 1100 А; масса всех шести тиристорных ключей преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3, каждый из которых набран из двух параллельно включенных тиристоров типа ТБ 153-800 с элементами управления и ошиновкой mтк = 10,1 кг, а сопротивление каждого тиристорного ключа в проводящем направлении Rтк ≅ 1,2 . 10-4 Ом; примерная масса трех коммутирующих конденсаторов Ск.1, Ск.2 и Ск.3 преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3, предназначенных для коммутации тока намагничивания трансформаторов преобразователей, mск ≈ 0,9 кг; масса и объем всех трех преобразователей с крепежными элементами и ошиновкой mп2= 1255 кг и vп2 = 209 дм3; масса и объем всех трех токоограничивающе-дозирующих блоков с крепежными элементами и ошиновкой mтдБ = 163 кг и vтдБ = 108 дм3; масса и объем трехфазного преобразователя неизменной мощности mтпнм = 1418 кг и vтпнм = 317 дм3 и его удельные масса и объем по средней зарядной мощности СПИН 3 αтпнм = mтпнмзcр= 2,836 кг/кВт и γтпнм =Vтпнмзср = 0,634 дм3/кВт; масса и объем управляемого размыкающего коммутатора 20 mурк = αурк Епи = 150 кг и Vурк = 180 дм3; масса и объем СПИН 3 с криогенной установкой mин = Езт/Wеmин = 1330 кг и γин ≈ 1200 дм3; масса и объем управляемого замыкающего коммутатора 6 типа тиристорного ключа, набранного из 10 последовательно включенных групп тиристоров по 24 параллельно включенных тиристора типа Т253-1250 в группе с шунтирующими резисторами, элементами управления и ошиновкой mузк = 180 кг и Vузк = 150 дм3 масса и объем энергетической установки (ЗУ) с источником 1 без подсистемы ее охлаждения при ее удельной массе αэу = 4,7 кг/кВт составит mэу = αэу/Pm = 3400 кг и Vэу ≈1700 дм3; масса и объем предложенной системы с ТПНМ mпс = mтпнм + mэу + mпн + mузк +mурк = 6468 кг и Vпс = Vтпнм + Vэу + Vин + +Vузк + Vурк = 3547 дм3 и ее удельные энергия и объем Wеmпс = Епн/mпс = 0,772 кДж/кг и Wеvпс = Епн/Vпс = 1,33 кДж/дм3.
Для сравнения у прототипа получены следующие параметры базовой системы: максимальный и начальный токи заряда СПИН 3 Iзm = 29,2 кА и Iзо= 20,7 кА; максимальный ток через зарядный тиристор 14 ILm = 207 А; средняя зарядная мощность СПИН 3 Рзср = 500 кВт; идеальные коэффициенты использования источника 1 и трансформатора преобразователя 2 по мощности при заряде ТДК 13 через ЛД16 Кинспр = 2/ ≈0,637, а при заряде СПИН 3 через ТДК 13 - КинLпр = 0,5; найденная методом последовательных приближений добротность базовой системы при заряде ТДК 13 через ЛД 16 Qпр ≈ 48; КПД заряда ТДК 13 через ЛД 16 ηзcпр = 0,985 и КПД заряда СПИН 3 через ТДК 13 ηзLпр = 0,994; подсчитанный по выражению (7) практический коэффициент использования источника 1 и трансформатора преобразователя 2 по мощности Кипmпр = 0,562; максимальная установленная мощность источника 1 и трансформатора преобразователя 2 Рmпр ≈ Ртрmпрзcрипmпр = 890 кВт; найденное по выражению (2) или (4) отношение выходных напряжений (Uпо/Uп) трансформатора преобразователя 2 или отношение витков вторичной обмотки трансформатора преобразователя 2 между отводом и выводом б Wо ко всем виткам W вторичной обмотки (Wo/W)пр= (Uпо/Uп)пр = 0,652; напряжение трансформатора преобразователя 2 между клеммами 10 и 9 ТДБ 8 Uипр = 4220 В, а между клеммами 9 и отводом - Uпопр = 2760 В; приведенное к входным клеммам 9 и отводом ТДБ 8 внутреннее сопротивление источника 1 и преобразователя 2 при 2 ΔU/E = 0,075 составит Rнопр = 0,160 Ом; емкость ТДК 13 Спр = 1,81 . 10-5 Ф; индуктивность системы при заряде ТДК 13 через ЛД 16 Lспр =(L + Lрт)пр =1,49 . 10-3 Гн и ее волновое сопротивление ρпр==8,8 Ом; внутреннее сопротивление источника 1 и преобразователя 2, приведенное к входным клеммам 10 и 9 ТДБ 8, Rоипр = 0,376 Ом; максимальное напряжение заряда ТДК 13 Uсmпр = 5440 В, запасаемая в нем энергия Есmпр = 269 Дж и его максимальная мощность и масса Qсmпр = 269 кВтр и mтдкпртдкQсmпр = 17,4 кг; максимальный и средний ток заряда ТДК 13 через ЛД 16 Iсmпр =314 А и Iсmсрпр = 220 А; масса подзарядного вентиля 15, набранного из трех последовательно включенных диодов типа ДЧ171-320, с шунтирующими резисторами и ошиновкой mпвпр = 1,91 кг, а его сопротивление в проводящем направлении Rпвпр ≅ 1,95 . 10-3 Ом; масса шунтирующего тиристора 18, выбранного из трех последовательно включенных тиристоров типа ТБ 143-400, с шунтирующими резисторами, элементами управления и ошиновкой mштпр = 1,26 кг, а его сопротивление в проводящем направлении Rштпр ≅ 2,4 . 10-3 Ом; активное сопротивление линейного дросселя 16 при его сравнительно невысокой (для частоты f = 1000 Гц) добротности QL = 250 составит Rлдпр =ωLспр/QL = 0,0176 Ом; активное сопротивление системы при заряде ТДК 13 через ЛД 16 rспр = Rпопр + Rлдпр + Rпвпр + Rштпр≈ 0,182 Ом; средний ток через зарядный тиристор 14 Iзтсрпр = 104 А и его максимальное напряжение в закрытом состоянии Uзтзпр = 9640 В; масса зарядного тиристора 14, выбранного из 10 последовательно включенных тиристоров ТБ 133-250, вместе с шунтирующими резисторами, элементами управления и ошиновкой mзтпр = 3 кг, а его сопротивление в проводящем направлении Rзтпр ≅ 0,0125 Ом; активное сопротивление системы при заряде СПИН 3 через ТДК 13 rL = Rоп + Rзт + Rурк = 0,389 Ом, где Rурк ≈ 3 . 10-3 Ом - сопротивление замкнутых контакторов УРК 20; масса и объем трансформатора преобразователя 2 mтрпр = =αтр Ртрmпр = 1170 кг и Uтрпр = γтр Ртрmпр ≈ 187 дм3; максимальная энергия, запасаемая в линейном дросселе 16 ЕЛДmпр = 69,4 Дж, его мощность и масса Рлдпр ≈35 кВт и mЛДпр = αЛД РЛДпр = 45,8 кг; масса блокирующего вентиля 17 такая же, как и в предложенной трехфазной системе mбвпр = mбв =75 кг, а его сопротивление в проводящем направлении Rбвпр = Rбв≅1,04x x10-4 Ом; средний ток через тиристорные ключи К1 и К2 преобразователя 2 при номинальном напряжении источника 1 Uн = 220 В, Iтксрпр =2280 А; масса тиристорных ключей К1 и К2 преобразователя 2, набранных каждый из трех параллельно включенных диодов типа ТБ 253-1000, с элементами управления и ошиновкой mткпр = 4,32 кг, а его сопротивление в проводящем направлении Rткпр ≅ 6,67 .10-5 Ом; примерная масса коммутирующего конденсатора Ск составит mскпр≈0,8 кг; масса и объем преобразователя 2 с крепежными элементами и ошиновкой mп2пр = 1410 кг и Uп2пр = 246 дм3; масса и объем токоорганичивающе-дозирующего блока 8 с крепежными элементами и ошиновкой mтдбпр= 158 кг и Uтдбпр = 106 дм3; масса и объем однофазного преобразователя неизменной мощности (ОПНМ) без подсистемы его охлаждения mопим = mп2пр + +mтдбпр = 1570 кг и Uопим = Uп2пр + Uтдбпр =352 дм3; удельные масса и объем ОПНМ по средней зарядной мощности СПИН 3 αопим = mопимзср = 3,14 кг/кВт и γопим =Uопимзcр = 0,704 дм3/кВт; масса и объем управляемого размыкающего коммутатора 21.1 с управляющим механизмом 21.2 такие же, как и в трехфазной системе mурк = 150 кг и Uурк = 180 дм3; масса и объем управляемого замыкающего коммутатора 6 типа тиристорного ключа такие же, как и в трехфазной системе mузк = 180 кг и Uузк = 150 дм3; масса и объем энергетической установки с источником 1 без подсистемы ее охлаждения при удельной массе ЭУ αэупр≈ 4,5 кг/кВт mэупр = αэупр Рmпр = 4000 кг и Uэупр≈ 2000 дм3; масса и объем СПИН 3 с криогенной установкой такие же, как и в трехфазной системе mин = 1330 кг и Uин = 1200 дм3; масса и объем базовой системы-прототипа mпр = mопим + mэупр + mузк + mурк + mин = 7380 кг и Vпр = Vопим + Vэупр + Vузк + Vурк + Vин = 4022 дм3 и ее удельная энергия по массе и объему Wеmпр = Епн/mпр = 0,676 кДж/кг и Vеvпр = Епн/vпр = 1,24 кДж/дм3.
Следовательно, такие удельные энергетические показатели предложенной системы с ТПНМ, как удельная энергия по массе и объему улучшаются, т.е. увеличиваются по сравнению с базовой системой-прототипом в 1,14 раз путем уменьшения максимальной установленной мощности источника 1 и трансформаторов преобразователей напряжения в 1,23 раз за счет увеличения практического коэффициента их использования по мощности в 1,23 раз, а отказ одной из трех фаз ТПНМ не приводит к отказу системы питания импульсного индуктивного накопителя энергии, которая способна выполнять поставленную задачу питания импульсной нагрузки 7 при увеличенном в 1,47 раз времени заряда СПИН 3 от начального Iзо до максимального Iзm тока, что существенно увеличивает эксплуатационную надежность предлагаемой системы.
Таким образом, снабжение в системе питания импульсного индуктивного накопителя первого токоограничивающего-дозирующего блока (ТДБ) 8 дополнительным датчиком 20 тока, а системы в целом - дополнительно вторым и третьим, точно такими же, как и первый, преобразователями напряжения, вторым и третьим, такими же, как и первый, токоограничивающе-дозирующими блоками, блоком 23 управления системой, новыми связями между ее элементами, выбор отношения части витков W2вторичной обмотки трансформатора любого из преобразователей напряжения системы между отводом и вторым выводом б упомянутого преобразователя ко всем виткам W вторичной обмотки в соответствии с выражением (2) и (4) и преобразование при отказе одной из трех фаз системы ТПНМ в ДПНМ обеспечивает неочевидность схемно-технического и параметрического решения задачи и, отличая заявленную систему от прототипа, в 1,14 раз улучшает удельные энергетические показатели системы путем уменьшения максимальной установленной мощности источника 1 и трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 напряжения в 1,23 раз за счет увеличения практического коэфициента их использования по мощности в 1,23 раз, а также увеличивает надежность системы.
Формула изобретения: 1. СИСТЕМА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ, содержащая источник знакопостоянного тока с практически неизменным напряжением или ЭДС, положительная и отрицательная выходные шины которого соединены с входом первого преобразователя напряжения с трансформаторным выходом, образованным вторичной обмоткой трансформатора преобразователя с двумя выводами и отводом от части ее витков, индуктивный накопитель энергии с двумя выводами, положительную и отрицательную выходные шины системы, между которыми через управляемый замыкающий коммутатор подключена импульсная нагрузка, один вывод которой связан с положительной выходной шиной системы и с одним выводом индуктивного накопителя, первый токоограничивающе-дозирующий блок с тремя входными и двумя выходными клеммами, включающий в себя токоограничивающе-дозирующий конденсатор, зарядный тиристор, подзарядный вентиль, линейный дроссель, включенный между анодом подзарядного вентиля и первой входной клеммой токоограничивающе-дозирующего блока, блокирующий вентиль, включенный между первой и второй выходными клеммами токоограничивающе-дозирующего блока, анодом к последней, шунтирующий тиристор, блок управления с восемью выводами, управляемый размыкающий коммутатор с управляющим механизмом, включенный между первой выходной клеммой токоограничивающе-дозирующего блока и отрицательной выходной шиной системы, датчик тока с двумя силовыми и двумя потенциальными клеммами, при этом второй вывод преобразователя напряжения соединен с первой входной клеммой токоограничивающе-дозирующего блока, первый вывод преобразователя напряжения соединен с второй входной клеммой токоограничивающе-дозирующего блока и анодом зарядного тиристора, а отвод от части витков вторичной обмотки трансформатора преобразователя напряжения с третьей входной клеммой токоограничивающе-дозирующего блока и катодом шунтирующего тиристора, первый вывод блока управления связан с третьей входной клеммой токоограничивающе-дозирующего блока, а второй вывод соединен с первой входной клеммой, третий и четвертый выводы блока управления подключены к управляющему электроду и катоду зарядного тиристора, катод которого соединен с анодом шунтирующего тиристора и первым выводом токоограничивающе-дозирующего конденсатора, пятый и шестой выводы блока управления подключены к управляющему электроду и катоду шунтирующего тиристора, второй вывод токоограничивающе-дозирующего конденсатора связан с катодом подзарядного вентиля и первой выходной клеммой токоограничивающе-дозирующего блока, а индуктивность L линейного дросселя определяется выражением

где C - емкость токоограничивающе-дозирующего конденсатора;
f - частота изменения выходных напряжения преобразователя напряжения;
Lр.т - индуктивность рассеяния трансформатора преобразователя напряжения;

добротность системы при заряде токоограничивающе-дозирующего конденсатора через линейный дроссель с активным сопротивлением Rл.д;
Rи.о - приведенное к первой и третьей входным клеммам токоограничивающе-дозирующего блока внутреннее сопротивление источника и преобразователя напряжения;
Rп.в и Rш.т - среднее значение сопротивления подзарядного вентиля и шунтирующего тиристора в проводящем направлении,
отличающаяся тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей системы путем уменьшения максимальной установленной мощности источника и трансформатора преобразователя напряжения за счет увеличения коэффициента их использования по мощности и увеличения надежности системы, ее первый токоограничивающе-дозирующий блок снабжен дополнительным датчиком тока, включенным своими силовыми клеммами между второй выходной клеммой токоограничивающе-дозирующего блока и точкой соединения его первой входной клеммы с одним из выводов линейного дросселя, а система снабжена дополнительно вторым и третьим такими же, как и первый, токоограничивающе-дозирующими блоками и блоком управления системой с двадцатью тремя выводами, входы второго и третьего преобразователей напряжения подключены к положительной и отрицательной выходным шинам источника, первые выходные клеммы всех трех токоограничивающе-дозирующих блоков объединены вместе, вторые выходные клеммы всех трех токоограничивающе-дозирующих блоков объединены вместе, датчик тока своими силовыми клеммами включен между отрицательной выходной шиной системы и другим выводом индуктивного накопителя, а своими потенциальными клеммами соединен с первым и вторым выводами дополнительного блока управления системой, третий и четвертый выводы которого соединены с положительной и отрицательной выходными шинами источника, пятый и шестой выводы дополнительного блока управления системой связаны с управляющими электродами первого и второго тиристорных ключей первого преобразователя напряжения, седьмой и восьмой выводы блока управления системой - с управляющими электродами первого и второго тиристорных ключей второго преобразователя напряжения, девятый и десятый выводы блока управления системой - с управляющими электродами первого и второго тиристорных ключей третьего преобразователя напряжения, одиннадцатый и двенадцатый выводы блока управления системой - с потенциальными клеммами дополнительного датчика тока первого токоограничивающе-дозирующего блока, тринадцатый и четырнадцатый выводы блока управления системой - с потенциальными клеммами дополнительного датчика тока второго токоограничивающе-дозирующего блока, пятнадцатый и шестнадцатый выводы блока управления системой - с потенциальными клеммами дополнительного датчика тока третьего токоограничивающе-дозирующего блока, семнадцатый и восемнадцатый выводы блока управления системой - с управляющим электродом и катодом управляемого замыкающего коммутатора, девятнадцатый, двадцатый и двадцать первый выводы блока управления системой - с тремя выводами управляющего механизма управляемого размыкающего коммутатора, двадцать второй и двадцать третий выводы блока управления системой - с седьмым и восьмым выводами трех блоков управления.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в ней применен индуктивный накопитель преимущественно сверхпроводящего или криорезистивного типа.
3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что отношение части витков ωo вторичной обмотки трансформатора любого из преобразователей напряжения между отводом и вторым выходным выводом упомянутого преобразователя напряжения ко всем виткам ω вторичной обмотки определяется по формуле

где ηзL - КПД системы при заряде индуктивного накопителя через токоограничивающе-дозирующий конденсатор;
K= Iзо/Iзm - отношение начального тока Iз.о последующих зарядов индуктивного накопителя к максимальному току Iзm от его заряда.