РЕЗЕРВИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1994 года по МПК H05K10/00 

Изобретение относится к радиолокационной технике сантиметровых волн и может быть, в частности, использовано в передающих устройствах военных радиолокационных станций дальнего обнаружения и наведения высокой мощности.

Известно устройство защиты передающей системы радиолокационной станции дальнего обнаружения и наведения типа П-20 сантиметрового диапазона волн [1]. Радиолокационная станция обеспечивала круговой обзор и обнаружение целей в зоне своего действия, отражала воздушную обстановку на экране радиолокационной станции и на выносном индикаторе кругового обзора.

Известно устройство защиты высоковольтных цепей магнетронного генератора, входящего в состав радиолокационной станции типа АРС-15, которое значительно увеличивает надежность передающей системы радиолокационной станции [2].

Известно устройство защиты магнетрона радиолокационной станции типа АРС-15, позволяющее значительно увеличить надежность работы станции при длительной непрерывной эксплуатации [3].

Известно устройство защиты мощного клистрона с полупроводниковым логическим унифицированным элементом [4]. В цепь электродинамической системы включен резистор, который шунтируют конденсатором. Резистор и конденсатор образуют датчик, сигнал с выхода которого управляет пороговым устройством. Переключение порогового устройства ведет к выработке единичного сигнала, управляющего работой исполнительного устройства. При выборе логических элементов возникают трудности. В импульсном режиме работы мощного клистрона конденсатор преобразовывает импульсные сигналы на выходе датчика в аналоговое напряжение на выходе. Из-за конечной величины емкости конденсатора напряжение на выходе имеет пульсирующий характер, что создает зону нечувствительности и снижает ее коэффициент возврата. Возрастание постоянной времени интегрирования входного сигнала вызывает задержку в срабатывании защиты. Значение коэффициента возврата существенно при выборе способа управления источником при перегрузке, который может изменяться с изменением напряжения, а не в отключении источника.

Наиболее близким техническим решением является резервированное устройство [5] . При холодном (ненагруженном резервировании) резервный компонент обесточен и исключен из функциональной схемы устройства электропитания. Он начинает функционировать только лишь при отказе основного компонента. Резервный выпрямитель при исправном основном обесточен и исключен из функциональной схемы. При отказе основного выпрямителя устройство переключения УП получает соответствующий сигнал и, воздействуя на переключатели П1 и П2, отключает их схемы отказавший выпрямитель и включает резервный выпрямитель.

Недостатком прототипа является низкая надежность функционирования при выполнении основного и резервного блоков на клистронах.

Целью изобретения является повышение надежности устройства при выполнении основного и резервного блоков на клистронах.

Цель достигается тем, что формирователь управляющих сигналов выполнен на первом и втором компараторах, а в блок переключений введена кнопка, соединенная с управляющим входом первого симистора, включенного в цепь питания катода клистрона основного блока, а второй симистор включен в цепь питания катода клистрона резервного блока.

На фиг. 1 приведена структурная схема; на фиг.2 - схема признака постоянного напряжения к сетевому напряжению.

Резервированное устройство содержит (см. фиг.1) основной блок 1, резервный блок 2, формирователь управляющих сигналов 3, блок 4 переключения (Кн), первый симистор 5 (СО) основного канала, второй симистор 6 (СР) резервного блока, резистивный делитель напряжения 7 (Р1Р2Р3), первую дифференцирующую цепочку 8 (С2Р17), первый развязывающий диод 9 (Д8), первый инвертор 10 (И1), второй развязывающий диод 11 (Д10), первый тиристор 12 (ТО) основного блока, вторую дифференцирующую цепочку 13 (С1Р14), второй инвертор 14 (И2), третий развязывающий диод 15 (Д7), четвертый развязывающий диод 16 (Д11), второй тиристор 17 (ТР) резервного блока, блок сигнализации 18 (БС).

Основной блок 1 содержит высоковольтный выпрямитель 19 (ВВВО), блок питания соленоида 20 (БПСО), мощный клистрон 21 (МКО), фокусирующую катушку 22 (ФКО).

Резервный блок 2 содержит высоковольтный выпрямитель 23 (ВВВР), блок питания соленоида 24 (БПСР), мощный клистрон 25 (МКР), фокусирующую катушку 26 (ФКР).

Формирователь управляющих сигналов 3 содержит первый компаратор 27 (КР1), выполненный на операционном усилителе ОУмин минимальной защиты, второй компаратор 28 (КР2), выполненный на операционном усилителе ОУмах максимальной защиты. В статическом положении высоковольтный выпрямитель 19 основного блока и высоковольтный выпрямитель 23 резервного блока соединены с катодами соответствующих клистронов. Один контакт блока 4 переключений соединен с шинами питания, а другой контакт - с управляющим входом первого симистора 5. Последний включен в цепь питания катода клистрона 21 основного блока. Второй симистор 6 включен в цепь питания катода клистрона 25 резервного блока. При этом одни выводы фокусирующих катушек 22 и 26 подключены к шинам питания соответственно, а другие выводы объединены и через резистивный делитель 7 подключены к общей шине.

Один отвод резистивного делителя напряжения 7 соединен с входом первого компаратора 27, выход которого через последовательно соединенную первую дифференцирующую цепочку 8 и первый развязывающий диод 9 подключен к входу первого инвертора 10 и к одному выводу второго развязывающего диода 11. Другой вывод последнего соединен с управляющим входом первого тиристора 12, включенного в цепь управления первым симистором 5. Другой отвод резистивного делителя напряжения 7 подключен к входу второго компаратора 28, выход которого через последовательно соединенную вторую дифференцирующую цепочку 13, второй инвертор 14 и третий развязывающий диод 15 подключен к входу первого инвертора 10, выход которого через четвертый развязывающий диод 16 подключен к управляющему входу второго тиристора 17, включенного в цепь управления второго симистора 6. В цепь резистивного делителя 7 включен амперметр А.

Резервированное устройство работает следующим образом.

При нажатии оператором кнопки Кн блока 4 переключений положительный потенциал подается на управляющий электрод первого симистора 5 и он включает стабилизированное переменное напряжение 220 В к первичным обмоткам высоковольтного выпрямителя 19 и блока 20 питания соленоида. На фокусирующую катушку 22 поступает напряжение и отрицательный высоковольтный потенциал подается на катод клистрона 21, который начинает генерировать мощные СВЧ-колебания. С резистивного делителя напряжения 7 снимается напряжение, пропорциональное току фокусирующей катушки 22, которое поступает на входы первого компаратора 27 через резистор Р5 и второго компаратора 28 через резистор Р6. При нормальном токе фокусирующей катушки 22 создается оптимальная напряженность магнитного поля внутри этой катушки, соответствующей паспортному значению. При этом включается первый компаратор 27, выполненный на операционном усилителе ОУмин минимальной защиты, и напряжение на его выходе возрастает от нулевого значения до максимального значения за счет положительной обратной связи, образованной резистором Р16.

Положительный скачек напряжения через первую дифференцирующую цепочку 8 (С2Р17) превращается в остроконечный импульс положительной полярности, который через левый первый развязывающий диод 9 (Д9) и второй развязывающий диод 11 (Д10) подается на управляющий электрод первого тиристора 12 (ТО). Первый тиристор 12 начинает проводить ток (открывается) и положительный потенциал поступает на управляющий электрод первого симистора 5 (СО). Этот потенциал действует длительное время. Первый симистор 5 открывается и переменное стабилизированное напряжение 220 В поступает на высоковольтный выпрямитель 19 и блок питания соленоида 20 фокусирующей катушки 22. Мощный клистрон 21 основного блока 1 генерирует СВЧ-колебания. Таким образом, после кратковременного нажатия на кнопку Кн открывается первый симистор 5 за счет включения первого компаратора 27. Это рабочий режим работы мощного клистрона 21 основного блока 1. В аварийном режиме происходит отключение мощного клистрона 21 и включается резервный клистрон 25.

Сначала рассмотрим случай уменьшения тока фокусирующей катушки 22 ниже минимального значения, указанного в паспорте на клистрон. Резное снижение тока приводит к отключению первого компаратора 27. При этом с его выхода снимается положительное напряжение. В результате на выходе первой дифференцирующей цепочки 8 возникает остроконечный импульс отрицательной полярности, который через правый развязывающий диод 9 (Д8) и 1 импульсный трансформатор 29 (ИТ1) поступает на анод первого тиристора 12, который запирается и снимает положительное напряжение с первого симистора 5, запирая его. Это приводит к прекращению подачи переменного напряжения на блоки 19 и 20 и отключению мощного клистрона 21 основного блока 1. Отрицательный импульс поступает также на первый инвертор 10 и в положительной полярности через четвертый развязывающий диод 16 (Д11) поступает на управляющий электрод второго тиристора 17, открывая его. Положительный потенциал поступает на управляющий электрод второго симистора 6, также отпирая его. Переменное стабилизированное напряжение 220 В поступает на высоковольтный выпрямитель 23 и блок питания соленоида 24 резервного блока 2. Резервный мощный клистрон 25 начинает генерировать СВЧ-колебания. Постоянный потенциал на управляющем электроде второго симистора 6 удерживается длительное время.

Таким образом, произошло переключение мощного клистрона 21 основного блока 1 на мощный клистрон 25 резервного блока 2. Одновременно включается блок 18 сигнализации. После замены вышедшей из строя фокусирующей катушки 22 основного блока 1 оператор нажимает кнопку Кн блока 4 переключений. Происходит включение мощного клистрона 21 основного блока 1 и отключение мощного клистрона 25 резервного блока 2. Для этого остроконечный импульс с выхода первой дифференцирующей цепочки 8 (С2Р17) в положительной полярности поступает на управляющий электрод первого тиристора 12. После этого включается первый симистор 5. Одновременно с выхода первого инвертора 10 отрицательный импульс через второй импульсный трансформатор 30 (ИТ2) поступает на анод второго тиристора 17 и запирает его. Одновременно запирается второй симистор 6 и отключается мощный клистрон 25 резервного блока 2. Так происходит переключение клистронов. Рассмотрим второй случай аварийного режима. Если ток фокусирующей катушки 22 основного блока 1 превышает допустимый предел, например, при межвитковом замыкании из-за тяжелого теплового режима соленоида, помещенного в многослойную защитную радиационную оболочку, происходит включение второго компаратора 28 максимальной защиты, собранного на операционном усилителе ОУмах. На его выходе возникает положительный потенциал, который преобразуется второй дифференцирующей цепочкой 13 (С1Р14) в остроконечный импульс, который после прохождения через второй инвертор 14 превращается в остроконечный импульс отрицательной полярности.

Этот импульс поступает через третий развязывающий диод 15 (Д7) и первый импульсный трансформатор 29 (ИТ1) на анод первого тиристора 12 и отключает его. Отключение первого тиристора 12 вызывает отключение первого симистора 5 и мощного клистрона 21 основного блока 1. Одновременно отрицательный импульс превращается в положительный импульс после прохождения первого инвертора 10. Положительный импульс поступает также на управляющий электрод второго тиристора 17 и открывает его. Одновременно открывается второй симистор 6 и включается мощный клистрон 25 резервного блока 2. После ремонта фокусирующей катушки 22 основного блока 1 происходит включение мощного клистрона 21 основного блока 1 нажатием кнопки Кн блока 4 переключений, как было описано ранее. Таким образом, резервированное устройство переключает мощный клистрон 21 основного блока 1 на мощный клистрон 25 резервного блока 2 при отклонении напряженности магнитного поля от нормы. Регулировка порогов компараторов осуществляется потенциометрами резистивного делителя 7 напряжения.

Эффект от применения резервированного устройства заключается в значительном увеличении надежности передающего устройства мощной радиолокационной станции дальнего обнаружения и наведения сантиметрового диапазона. Переключение клистронов в аварийном режиме работы позволяет сохранить в целостности рабочий дорогостоящий клистрон, своевременно заменить вышедшую из строя фокусирующую катушку. Все это значительно увеличивает надежность работы радиолокационной станции.

1. М.М.Лобанов. Развитие советской радиолокационной техники. М.: Военное издательство, 1982, с.239.

2. Г. Б. Белоцерковский. Радиолокационные устройства. М.: Оборонгиз, 1961, с.435.

3. Г. Б. Белоцерковский. Радиолокационные устройства. М.: Оборонгиз, 1961, с.435.

4. А.В. Смирнов, И.А.Светликина. Электрическая защита мощных электровакуумных СВЧ-приборов. Электроника СВЧ, вып. 7, (796), серия 1. М.: ЦНИИ "Электроника", 1981, с.64-72.

А. В. Смирнов и И.А.Светликина. Методы и устройства быстродействующей защиты мощных электровакуумных приборов. М.: 1977.

5. О.В.Алексеев, В.Е.Китаев, А.Я.Шихин. Электротехнические устройства. М.: Энергоиздат, 1981, с.316-317.

Авторское свидетельство СССР N 752837, кл. Н 05 К 10/00, 1978.

Использование изобретения: в передающих устройствах радиолокационных станций дальнего обнаружения и наведения высокой мощности. Сущность изобретения: устройство содержит основной и резервный блоки 1 и 2, соединенные через блок переключения 4 с шинами питания, формователь управляющих сигналов 3, первый семистор 5 основного блока и второй семистор 6 резервного блока. Основной и резервный блоки 1 и 2 выполнены на клистронах 21 и 25, а формирователь управляющих сигналов 3 выполнен на первом и втором компараторах 27 и 28. Выход первого компаратора 27 через последовательно соединенные первую дифференцирующую цепочку 8 и первый развязывающий диод 9 подключен к входу первого инвертора 10 и к одному выводу второго развязывающего диода 11. Другой вывод этого диода 11 соединен с управляющим входом тиристора в цепи управления первого семистора 5. Выход второго компаратора 28 через последовательно соединенные вторую дифференцирующую цепочку 13, второй инвертор 14 и третий развязывающий диод 15 подключены к входу первого инвертора 10. Выход этого инвертора 10 через четвертый развязывающий диод 16 подключен к управляющему входу второго тиристора 17 в цепи управления второго семистора 6. 2 ил.

РЕЗЕРВИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее основной блок и резервный блок, соединенные через блок переключения с шинами питания, а также формирователь управления сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности при выполнении основного и резервного блоков на клистронах, формирователь управляющих сигналов выполнен на первом и втором компараторах, а в блок переключений введена кнопка, один контакт которой соединен с соответствующей шиной питания, другой контакт - с управляющим входом первого семистора, включенного в цепь питания катода клистрона основного блока, второй семистор включен в цепь питания катода клистрона резервного блока, при этом одни выводы фокусирующих катушек подключены к шинам питания соответственно, а другие выводы объединены и через резистивный делитель напряжения подключены к общей шине, один отвод которого соединен с входом первого компаратора, выход которого через последовательно соединенные первую дифференцирующую цепочку и первый развязывающий диод подключен к входу первого инвертора и к одному выводу второго развязывающего диода, другой вывод которого соединен с управляющим входом тиристора, включенного в цепь управления семистором, а другой отвод резистивного делителя напряжения подключен к входу второго компаратора, выход которого через последовательно соединенные вторую дифференцирующую цепочку, второй инвертор и третий развязывающий диод подключен к входу первого инвертора, выход которого через четвертый развязывающий диод подключен к управляющему входу второго тиристора, включенного в цепь управления второго семистора.