СИСТЕМА ЗАРЯДА ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ Российский патент 1995 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, для заряда двухсекционного индуктивного, преимущественно сверхпроводящего или криорезистивного, накопителя.

Цель изобретения уменьшение удельной массы системы и увеличения скорости заряда индуктивного накопителя.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предлагаемой системы; на фиг.2а, б эквивалентные схемы заряда секций индуктивного накопителя.

Система заряда индуктивного накопителя содержит источник 1 переменного тока, первый вывод которого соединен со средним выводом индуктивного накопителя 2, первый вывод которого через первый коммутатор 3, второй вывод через второй коммутатор 4 соответственно соединены с первой и второй шинами 5 и 6 выхода выпрямительного моста (ВМ) 7, параллельно которому подключен блокирующий вентиль 8, конденсатор 9, первая обкладка которого соединена с первой шиной входа ВМ 7, линейный дроссель 10, включенный между второй шиной входа ВМ и вторым выводом источника 1 переменного тока, соединенный с второй обкладкой конденсатора, причем индуктивное сопротивление линейного дросселя 10 на частоте источника 1 переменного тока выбирается равным емкостному сопротивлению конденсатора 9.

Система работает следующим образом.

Когда напряжение U источника 1 переменного тока отрицательно (потенциал его второго вывода выше потенциала первого вывода), импульс зарядного тока протекает через верхнюю секцию индуктивного накопителя 2 по цепям (см. фиг. 2,а): источник 1 конденсатор 9 и линейный дроссель 10 вентили ВМ 7 шина 5 ВМ 7 коммутатор 3 верхняя секция индуктивного накопителя 2 источник 1.

Когда напряжение U источника 1 положительно (потенциал его первого вывода выше потенциала второго вывода), импульс зарядного тока протекает через нижнюю секцию индуктивного накопителя 2 по цепям (см. фиг.2,б): источник 1 нижняя секция индуктивного накопителя 2 коммутатор 4 шина 6 ВМ 7 вентили ВМ 7 конденсатор 9 и линейный дроссель 10 источник 1. Описанный выше цикл заряда индуктивного накопителя 2 повторяется циклически с частотой изменения выходного напряжения U источника 1 переменного тока, причем при отрицательных полупериодах изменения напряжения U источника 1 ток через конденсатор 9 и линейный дроссель 10 протекает в одну сторону, а при положительных полупериодах изменения напряжения U источника 1 в другую сторону. Следовательно, конденсатор 9 с емкостью С и линейный дроссель 10 с индуктивностью L₁₀образуют в предлагаемой системе параллельный колебательный RLC-контур. Блокирующий вентиль 8 служит для замыкания и сглаживания токов секций индуктивного накопителя 2 через всю его обмотку, а также для замыкания начального тока I_зо заряда индуктивного накопителя 2 при его последующих зарядах, если заряд его на импульсную нагрузку предполагается производить не полностью.

Если выбрать параметры этого колебательного RLC-контура так, чтобы индуктивное сопротивление линейного дросселя 10 ωL₁₀ на круговой частоте ω= 2π f источника 1 было равно емкостному сопротивлению 1/(ωc) конденсатора 9 на той же круговой частоте источника 1, где f частота изменения напряжения источника 1 переменного тока, то параллельный RLC-контур будет настроен в резонанс токов, а ток секций индуктивного накопителя 2 на линейном участке экспоненты их заряда будет изменяться по закону
i_з≈I_зо + 4Qk_mU_mt_з/L, (1) где Q/R₁₀ + R_пв + R₉ добротность параллельного RLC-контура, настроенного в резонанс токов;
R₁₀ и R₉ активное сопротивление линейного дросселя 10 и конденсатора 9;
R_пв среднее сопротивление одного вентиля ВМ 7 в проводящем направлении;
R_m Uo/Um≈1/π ≈0,318 отношение постоянной составляющей выпрямленного ВМ 7 напряжения U_o к амплитуде U_m напряжения источника 1;
t_з текущее время заряда индуктивного накопителя, изменяющееся при его заряде от начального I_зо до максимального I_зm тока от нуля до t_зк;
L индуктивность всего индуктивного накопителя 2.

Сомножитель учитывает, что индуктивность каждой секции индуктивного накопителя 2 с учетом взаимоиндуктивной связи верхней и нижней секций составляет половину индуктивности L всего накопителя, т.е. L/2, а примерно равные выпрямленные токи конденсатора 9 и линейного дросселя 10 после выпрямления ВМ 7 суммируются.

При заданном максимальном токе i_з I_зm заряда индуктивного накопителя 2, определяемом параметрами импульсной нагрузки и одинаковом для предлагаемой и базовой систем, определенное из выражения (1) время заряда индуктивного накопителя 2 от начального I_зо до максимального I_зmтока
t_зк I_зm(1-k)L/(4Qk_mU_m), (2) где k I_зо/I_зm относительный начальный ток заряда индуктивного накопителя 2, нормированный по максимальному току I_зm его заряда.

Так как добротность Q параллельного резонансного колебательного контура может изменяться от 2 до 15, при относительно низкой стандартной амплитуде U_m 130 В напряжения первичного однофазного источника переменного тока и следующих остальных параметрах: k 0,707, L 12 Гн, I_зm 586 А, Q 3 и k_m U_o/U_m 1/π≈0,318, вполне возможен ускоренный заряд индуктивного накопителя 2 предлагаемой системы за время t_зк 1,75 с без применения специального повышающего трансформатора, который обязательно необходим в базовой системе прототипа, так как при указанных выше параметрах и частоте источника 1 _f= 50 Гц, амплитуда линейных напряжений трехфазного источника переменного тока специального повышающего трансформатора прототипа U_mл 1790 В, а время заряда индуктивного накопителя 2 прототипа составит t_зкпр 20 с.

Физически возможность ускоренного заряда индуктивного накопителя за время t_зк 1,75 с в 11,4 раза меньше, чем в базовом объекте t_зкпр 20 с объясняется увеличением скорости передачи энергии Р_зср L(I_зm²- -I_зо²)/2t_зк ≈Е_пи/Е_зк из источника 1 переменного тока в индуктивный накопитель 2 в t_зкпр/t_зк 11,4 раза за счет усиления выпрямленного ВМ 7 тока RC и RL ветвей параллельного резонансного колебательного контура в 4Qk_m раз.

Исключение специального повышающего трансформатора из состава системы существенно (в несколько раз) уменьшает ее удельную массу по средней зарядной мощности Р_зср, индуктивного накопителя 2.

Следовательно, удельная масса предлагаемой системы по средней зарядной мощности Р_зср индуктивного накопителя 2 существенно (в несколько раз) уменьшается по сравнению с базовой системой прототипом путем исключения из состава системы специального повышающего трансформатора, а также сокращения в 11,4 раза времени заряда индуктивного накопителя 2 за счет увеличения в 11,4 раза скорости передачи энергии из источника 1 переменного тока в индуктивный накопитель 2.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, для заряда двухсекционного индуктивного накопителя энергии. Система построена на основе двухсекционного накопителя , двух коммутаторов, источника переменного тока, выпрямительного моста, линейного дросселя, конденсатора и блокирующего вентиля. 2 ил.

СИСТЕМА ЗАРЯДА ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ, содержащая источник переменного тока, первый вывод которого соединен со средним выводом индуктивного накопителя, первый вывод которого через первый коммутатор, второй вывод через второй коммутатор соответственно соединены с первой и второй шинами выхода выпрямительного моста, параллельно которому подключен блокирующий вентиль, конденсатор, первая откладка которого соединена с первой шиной входа выпрямительного моста, отличающаяся тем, что, с целью снижения удельной массы системы и увеличения скорости заряда индуктивного накопителя, в нее введен линейный дроссель, включенный между второй шиной выхода выпрямительного моста и вторым выводом источника переменного тока, соединенный с второй обкладкой конденсатора, причем индуктивное сопротивление линейного дросселя на частоте источника переменного тока выбирается равным емкостному сопротивлению конденсатора.