ЦЕПЬ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОРАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2018 года по МПК H02H7/26 F03H1/00 

Область техники

Изобретение относится к системам электроракетного двигателя («ЭРД»). В частности, настоящее изобретение относится к цепям питания для систем ЭРД.

Уровень техники

На спутнике или космическом аппарате питание в типовом случае подается от одного или нескольких источников питания в систему регулировки и распределения питания («РРП»). Из нее питание распределяется по всем нагрузкам. К этим нагрузкам относятся, не ограничиваясь этим, нагрузки шины, полезная нагрузка и система ЭРД. Система РРП содержит ряд цепей, в частности, фильтры, аккумуляторы, преобразователи, цепи развязки и регуляторы. В процессе работы система РРП выдает регулируемое напряжение на шину, которое распределяется по всей шине к системе ЭРД, к нагрузкам шины, к полезной нагрузке и к зарядным агрегатам. К нагрузкам шины относятся, не ограничиваясь этим, системы связи, наведения, навигации и управления транспортного средства.

Система ЭРД содержит реактивный двигатель и источник питания двигателя. В общем случае, реактивный двигатель выполнен для использования на спутнике или в космическом аппарате с целью коррекции положения аппарата на околоземной орбите, перевода его на нужную орбиту или для создания тяги в ходе длительных полетов (например, межпланетных). Реактивный двигатель может включать в себя плазменный двигатель. Плазменные двигатели хорошо известны специалистам и поэтому не будут здесь подробно раскрываться.

Источник питания двигателя реализуется как разрядный источник питания («РИП»). РИП возбуждает разряд в реактивном двигателе. Для этого РИП содержит цепь выключения и устройство электрического разряда. Цепь выключения с устройством электрического разряда соединяет трансформатор. Цепь выключения подсоединена к первичной обмотке трансформатора. Устройство электрического разряда подсоединено к вторичной обмотке трансформатора. Трансформатор преобразует относительно низкое импульсное напряжение, поданное на его первичную обмотку, в относительно высокое импульсное выходное напряжение. Это импульсное выходное напряжение затем подается на устройство электрического разряда, чтобы заставить реактивный двигатель войти в дуговой режим. Когда реактивный двигатель переходит в дуговой режим, источник питания двигателя переходит в режим малых напряжений и больших токов. В этом режиме регулируемое напряжение шины подается на устройство электрического разряда.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к цепи источника питания. Цепь источника питания содержит первый источник питания, второй источник питания, однонаправленный токовый клапан, детектор тока и выключатель. Первый источник питания подает первый ток на нагрузку (например, на электрическое разрядное устройство) в течение первого периода времени. Второй источник питания подает второй ток на нагрузку в течение второго периода времени. Однонаправленный токовый клапан (например, диод) включен последовательно со вторым источником питания. Выключатель включен параллельно последовательной цепи детектора тока и однонаправленного токового клапана, чтобы шунтировать однонаправленный токовый клапан в течении второго периода времени. Детектор тока определяет, начался ли второй период времени и замкнут ли выключатель.

В некоторых решениях течение тока через однонаправленный токовый клапан является указателем образования электрической дуги между двумя электродами реактивного двигателя. Операции по замыканию выключателя в ответ на обнаружение указанным детектором течения тока через однонаправленный токовый клапан может выполнять контроллер в конце первого периода времени. Определяют, что замыкание выключателя произошло, по обнаружению отсутствия тока через однонаправленный токовый клапан в начале второго периода времени. Напротив, отсутствие замыкания выключателя определяется по тому, что ток через однонаправленный токовый клапан все еще обнаруживается в начале второго периода времени. Контроллер может также выполнить по меньшей мере одну операцию по восстановлению цепи источника питания в ответ на определение указанным детектором того, что не произошло замыкания реле в начале второго периода времени. Эта корректирующая мера может содержать, не ограничиваясь этим, прекращение подачи питания на нагрузку.

В тех или иных решениях детектор тока содержит токочувствительный трансформатор с насыщающимся сердечником. Инициирование дуги реактивного двигателя определяется по насыщению насыщающегося сердечника трансформатора. Кроме того, замыкание выключателя определяется по возврату насыщающегося сердечника трансформатора в исходное состояние.

В других решениях детектор тока обеспечивает обнаружение дуги на отдельной паре выводов, чем обнаружение замыкания реле. Такое обнаружение по отдельной паре выводов может быть выполнено с использованием следующей схемной архитектуры: трансформатор; диодный мост, соединенный с трансформатором; множество резисторов, соединенных с соответственными диодами диодного моста; и множество компараторов, каждый из которых содержит неинвертирующий вход, соединенный с соответствующим одним из множества резисторов, и инвертирующий ввод, соединенный с источником опорного напряжения.

Краткое описание чертежей

Ниже варианты осуществления изобретения будут раскрыты со ссылкой на следующие чертежи, на которых соблюдается сквозная нумерация одинаковых элементов и на которых:

на фиг. 1 схематически изображен пример традиционной системы питания космического аппарата;

на фиг. 2 показана принципиальная схема примерного построения традиционного источника питания двигателя;

на фиг. 3 представлена более подробная принципиальная схема показанного на фиг. 2 примера построения традиционного источника питания двигателя;

на фиг. 4 показана принципиальная схема примера построения новаторского источника питания двигателя;

на фиг. 5 представлена более подробная принципиальная схема показанного на фиг. 4 примера построения новаторского источника питания двигателя;

на фиг. 6 схематически изображены формы сигналов, иллюстрирующие обнаружение начала электрического разряда и подтверждение замыкания защитного реле показанного на фиг. 4-5 источника питания двигателя;

на фиг. 7 показана принципиальная схема примера построения другого новаторского источника питания двигателя;

на фиг. 8 показана принципиальная схема примера построения еще одного нового источника питания двигателя;

на фиг. 9 схематически изображены формы сигналов, иллюстрирующие обнаружение начала электрического разряда и подтверждение замыкания защитного реле показанного на фиг. 8 источника питания двигателя.

Подробное раскрытие вариантов осуществления

Обратимся теперь к фиг. 1; на ней представлено схематическое изображение примера системы 100 электропитания космического аппарата (не показан), спутника (не показан) или другого транспортного средства. В процессе работы электропитание подается от одного или нескольких источников питания (не показаны) в систему 102 регулировки и распределения питания (РРП). Источники питания могут содержать, не ограничиваясь этим, аккумуляторы, топливные элементы и/или солнечные элементы.

Система 102 РРП распределяет электропитание по всем нагрузкам 104, 110, 112 транспортного средства. Для этого система 102 РРП содержит набор цепей, содержащих фильтры, аккумуляторы, преобразователи, развязывающие цепи и/или регуляторы. Эти цепи выполнены так, чтобы выдавать на шину регулируемое напряжение, которое распределяется по всей шине к нагрузкам 104, 110, 112, а также к зарядным агрегатам. К нагрузкам относятся, не ограничиваясь этим, нагрузки 110 шины, полезная нагрузка 112 и система 104 ЭРД. К нагрузкам 110 шины относятся, не ограничиваясь этим, системы связи, наведения, навигации и управления транспортного средства.

Система ЭРД содержит реактивный двигатель 108 и источник 106 питания двигателя. Реактивный двигатель содержит, не ограничиваясь этим, плазменный реактивный двигатель. Плазменные реактивные двигатели хорошо известны специалистам и поэтому не будут здесь подробно описываться. Однако следует заметить, что плазменный реактивный двигатель содержит два электрода, между которыми образуется электрическая дуга. На пути тока электрической дуги обеспечивают ракетное топливо. Теплота, выделяемая дугой, превращает ракетное топливо в плазму, создавая тем самым облако заряженного газа. Плазма движется между двумя электродами. Так как плазма заряжена, ракетное топливо эффективно замыкает цепь между электродами, проводя ток. Поток электронов создает электромагнитное поле, которое, в свою очередь, воздействует силой Лоренца на плазму. Действие этой силы вызывает ускорение плазмы и выход ее из сопла двигателя с высокой скоростью, создавая тягу.

Источник 106 питания двигателя, в общем, выполнен для подачи питания на реактивный двигатель 108, с возможностью переключения на «ВКЛ» и «ВЫКЛ». Для этого регулируемое выходное напряжение шины системы 102 РРП распределяется с подачей на источник 106 питания двигателя, как показано позицией 114. Это регулируемое напряжение шины используется источником 106 питания двигателя для инициирования зажигания реактивного двигателя 108.

Принципиальная схема примера построения традиционного источника 200 питания двигателя представлена на фиг. 2. Как показано на фиг. 2, источник 200 питания двигателя содержит цепь, включенную между парой входных линий 250, 252 и парой выходных линий 254, 256. Конкретнее, источник 216 питания шины включен между парой входных линий 250, 252. Пусковая цепь, или источник 202 питания, подсоединена параллельно источнику 216 питания шины между парой входных линий. Пусковая цепь 202 также включена между выходными линиями 254, 256, чтобы она была соединена параллельно нагрузке 270. Пусковая цепь 202, в общем случае, выполнена для выдачи импульсов относительно высокого напряжения и относительно слабого тока на нагрузку 270 в первый период времени. Диод 222 подсоединен параллельно пусковой цепи 202 между входными линиями 250, 252. Диод 222, в общем случае, предотвращает повреждение других цепей пиковыми токами в первый период времени. Пусковое реле, или выключатель, 224 подсоединено параллельно диоду 222. Пусковое реле 224, в общем, обеспечивает возможность шунтирования диода 222 в течение второго периода времени, который следует за первым периодом времени.

Более подробная принципиальная схема источника 200 питания двигателя представлена на фиг. 3. Как показано на фиг. 3, пусковая цепь 202 обычно выполнена так, чтобы источник 200 питания двигателя работал в режиме относительно высокого напряжения (например, 4000 В) и низкого тока («ВННТ»). Режим ВННТ используется вначале, чтобы реактивный двигатель вошел в дуговую фазу или дуговой режим. После этого используется источник 216 питания шины для перевода источника 200 питания двигателя в режим относительно низкого напряжения и высокого тока («ННВТ»). Для этого источник 216 питания шины выдает напряжение шины V₁ относительно низкой величины (например, 120 В постоянного тока) и ток шины I₁ относительно высокой величины (например, 10 А).

Мощность на шине равна произведению напряжения шины V₁ на ток шины I₁. Так как ток шины I₁ относительно велик, мощность на шине также относительно велика.

Для зажигания дуги между электродами (не показаны) реактивного двигателя, короткие импульсы относительно высокого напряжения (например, 4000 В постоянного тока) и относительно низкого тока должны быть поданы на конденсатор 312 нагрузки 270, чтобы зарядить конденсатор до уровня, достаточного для пробоя при его разряде газообразного ракетного топлива.

Пусковая цепь 202 выполнена так, чтобы выдавать короткие импульсы высокого напряжения на конденсатор 312. В принципе, пусковая цепь 202 содержит выключатель 304 и трансформатор 306. Выключатель 304 размыкается и замыкается в импульсном режиме, чтобы трансформатор 306 выдавал короткие импульсы относительно высокого напряжения V₃ и относительно низкого тока I₃.

Передача энергии от первичной обмотки 308 трансформатора 306 его вторичной обмотке 310 происходит посредством электромагнитной индукции. Действительно, трансформатор 306 преобразует относительно низкое импульсное входное напряжение V₂ (например, 100 В) в более высокое импульсное выходное напряжение V₃ (например, 1000-4000 В). Это импульсное выходное напряжение V₃ затем подается на конденсатор 312, который соединен последовательно с вторичной обмоткой 310 трансформатора 306 и параллельно электрическому разрядному устройству 314.

Между конденсатором 312 и вторичной обмоткой 310 трансформатора 306 включен диод 318. Диод 318 обеспечивает отсутствие разряда конденсатора 312 в промежутке между импульсами. Соответственно, заряд конденсатора 312 может нарасти с приходом нескольких импульсов (например, 2-3 импульсов) до уровня, достаточного для пробоя облака газообразного ракетного топлива. Пробой газообразного ракетного топлива приводит к разряду конденсатора 312. Когда конденсатор 312 разряжается, реактивный двигатель переходит в дуговую фазу/дуговой режим. В дуговой фазе/дуговом режиме между электродами (не показаны) реактивного двигателя образуется электрическая дуга.

Диод 222 гарантирует, что высокое напряжение не вызовет повреждения источника 216 питания шины. Для этого в фазе заряда конденсатора на диод 222 подается обратное смещение. Когда на диод 222 подано обратное смещение, ток через него не течет. Ток I_D222 начинает течь через диод 222, когда реактивный двигатель входит в дуговую фазу/дуговой режим. После этого источник 200 питания двигателя переходит из режима ВННТ в режим ННВТ. Это переключение режимов производится естественной коммутацией шунтирования диода 222. Большая потеря тока в шунте диода 222 затем снижается замыканием пускового реле 224, благодаря чему напряжение шины V₁ падает на электрическом разрядном устройстве 314 и шунте диода 222.

В некоторых случаях дефект в системе может помешать замыканию пускового реле 224. Если пусковое реле 224 не замыкается, то через диод 222 течет полный ток шины I₁ (например, 10 А). Этот ток шины I₁ создает на диоде 222 относительно большие избыточные потери мощности (например, 70 Вт потерь). Если диод 222 не выбран с запасом, чтобы выдерживать большую мощность, избыточные потери мощности на нем вызовут его значительное повреждение. Таким образом, необходимо обеспечить, чтобы пусковое реле 224 действительно было замкнуто вскоре после обнаружения дугового режима двигателя.

Соответственно, в настоящем изобретении предлагается усовершенствованный вариант источника питания двигателя, и в этом варианте вероятность повреждения диода может быть минимизирована. Для этого источник питания двигателя согласно настоящему изобретению включает средства подтверждения факта замыкания реле и запуск определенных корректирующих мер в случае, когда такое подтверждение не может быть получено. Настоящее изобретение будет теперь раскрыто со ссылкой на фиг. 4-9.

Обратимся теперь к фиг. 4; на ней представлено схематическое изображение полезного для понимания настоящего изобретения примера построения источника 400 питания двигателя. Источник 400 питания двигателя может быть тождественным или аналогичным источнику 106 двигателя по фиг. 1. В принципе, следующее раскрытие источника 400 питания двигателя достаточно для понимания работы источника 106 питания двигателя.

Как показано на фиг. 4, источник 400 питания двигателя содержит цепь, которая может быть включена между парой входных линий 450, 452 и парой выходных линий 454, 456. Конкретнее, шинный источник 416 питания включен между парой входных линий 450, 452. Пусковая цепь, или источник 402 питания, подсоединена параллельно шинному источнику 416 питания между парой входных линий. Пусковая цепь 402 также включена между выходными линиями 454, 456, чтобы она была соединена параллельно нагрузке 470. Пусковая цепь 402, в общем случае, выполнена для выдачи импульсов относительно высокого напряжения и относительно слабого тока на нагрузку 470 в первый период времени. Однонаправленный токовый клапан 422 подсоединен параллельно пусковой цепи 402 между входными линиями 450, 452. Однонаправленный токовый клапан 422, в общем случае, предотвращает повреждение других цепей пиковыми токами в первый период времени. Пусковое реле, или выключатель, 424 подсоединено параллельно последовательной цепи детектора (426) тока и однонаправленного токового клапана 422. Пусковое реле 424, в общем случае, обеспечивает возможность шунтирования однонаправленного токового клапана 422 во второй период времени, который следует за первым периодом времени. Во второй период времени шинный источник 416 питания выдает питание на нагрузку 470. Выходное напряжение шины от шинного источника 416 питания - относительно низкое, в сравнении с напряжением, которое подается на нагрузку пусковой цепью 402 в первый период времени. И выходной ток шины от шинного источника 416 питания выше, в сравнении с током, который подается на нагрузку 470 пусковой цепью 402 в первый период времени.

Детектор 426 тока предпочтительно включен последовательно с пусковой цепью 402 и диодом 422 между входными линиями 450, 452 и параллельно пусковому реле 460. Этот детектор 426 тока, в общем случае, определяет: (1) возникновение тока через однонаправленный токовый клапан 422 в конце первого периода времени (тем самым указывая, что начинается второй период времени) и (2) действительно ли замкнуто пусковое реле 460 в начале второго периода времени. Информация об этих фактах обнаружения (1) и (2) передается в контроллер (например, в контроллер 116 на фиг. 1). В ответ на получение информации о факте обнаружения первого типа (1) контроллер выполняет операции по замыканию пускового реле 460. В ответ на получение информации о факте обнаружения второго типа (2) контроллер выполняет запуск определенных корректирующих мер. К примеру, контроллер производит, по меньшей мере, частичное отключение системы ЭРД.

Более подробная принципиальная цепь источника 400 питания двигателя представлена на фиг. 5. Как показано на фиг. 5, пусковая цепь 402, в общем случае, выполнена так, чтобы источник 400 питания двигателя работал в режиме ВННТ. Режим ВННТ используется вначале, чтобы реактивный двигатель 108 вошел в дуговую фазу/дуговой режим. После этого используется шинный источник 416 питания для перевода источника 400 питания двигателя в режим ННВТ. Для этого шинный источник 416 питания выдает напряжение шины V_A относительно низкой величины (например, 120 В постоянного тока) и ток шины I_A относительно высокой величины (например, 10 А). Мощность на шине равна произведению напряжения шины V_A на ток шины I_A. Так как ток шины I_A относительно велик, мощность на шине также относительно велика.

Для зажигания электрической дуги между электродами (не показаны) реактивного двигателя 108, короткие импульсы относительно высокого напряжения (например, 4000 В постоянного тока) и относительно низкого тока должны быть поданы на конденсатор 512 нагрузки 470, чтобы зарядить конденсатор до уровня, достаточного для пробоя при его разряде газообразного ракетного топлива. Пусковая цепь 402 выполнена так, чтобы выдавать короткие импульсы высокого напряжения и низкого тока на конденсатор 512.

В некоторых решениях пусковая цепь 402 содержит выключатель 504, трансформатор 506 и однонаправленный токовый клапан 518. Выключатель 504 содержит N-канальный полевой транзистор («ПТ»). N-канальные ПТ хорошо известны специалистам и поэтому не будут здесь описываться. Трансформатор 506 имеет первичную обмотку 508 с 1t витков и вторичную обмотку 510 с 40t витков, где t - целое число. Однонаправленный токовый клапан 518 содержит диод, рассчитанный на 5 кВ. Настоящее изобретение не ограничено частными особенностями этих решений.

Выключатель 504 соединен последовательно с отрицательным выводом 528 первичной обмотки трансформатора 506. Источник питания (не показан) соединен последовательно с положительным выводом 526 первичной обмотки трансформатора 506. Источник питания выдает напряжение V_B (например, 100 В) на трансформатор 506. Выключатель 504 управляется так, чтобы он размыкался и замыкался в импульсном режиме, благодаря чему трансформатор 506 выдает короткие импульсы относительно высокого напряжения V_C (например, 1000-4000 В) и относительно низкого тока I_C.

Трансформатор 506 передает энергию от своей первичной обмотки 508 своей вторичной обмотке 510 посредством электромагнитной индукции. В самом деле, трансформатор 506 преобразует относительно низкое импульсное входное напряжение V_B (например, 100 В) в более высокое импульсное выходное напряжение V_C (например, 1000-4000 В). Это импульсное выходное напряжение V_C затем подается на конденсатор 512, который соединен последовательно с положительным выводом 534 вторичной обмотки трансформатора 506.

Однонаправленный токовый клапан 518 соединен последовательно с вторичной обмоткой 510 трансформатора 506. Однонаправленный токовый клапан 518 включен так, чтобы ток мог течь от конденсатора 512 к вторичной обмотке 510 трансформатора 506, но не мог течь в обратном направлении. Однонаправленный токовый клапан 518 выбирается соответственно конкретному применению. К примеру, в некоторых решениях в качестве однонаправленного токового клапана 518 выбирается высоковольтный диод со относительно низким прямым падением напряжения (например, в диапазоне от 0 В до 10 В) и относительно низким обратным током утечки (например, от 5,0 до 80,0 нА). Настоящее изобретение не ограничено в этом отношении.

В процессе работы однонаправленный токовый клапан 518 обеспечивает отсутствие разряда конденсатора 512 в промежутке между импульсами. Соответственно, заряд конденсатора 512 с поступлением нескольких импульсов увеличивается до уровня, достаточного для пробоя при его разряде газообразного ракетного топлива. Когда конденсатор 512 разряжается, реактивный двигатель 108 переходит в дуговую фазу/дуговой режим.

В дуговой фазе/дуговом режиме образуется электрическая дуга между электродами (не показаны) реактивного двигателя 108. При инициировании перехода в дуговую фазу/дуговой режим напряжение на конденсаторе 512 резко падает (например, от тысяч вольт до десятков вольт). В самом деле, однонаправленный токовый клапан 422 смещен в прямом направлении, причем ток течет через входной шинный источник 416 питания к выходной цепи 514 электрического разряда. Следовательно, напряжение V_C подано на напряжение V_A.

Следует заметить, что в фазе заряда конденсатора на однонаправленный токовый клапан 422 подается обратное смещение. Когда на однонаправленный токовый клапан 422 подано обратное смещение, ток через него не течет. Ток I_D422 начинает течь через однонаправленный токовый клапан 422, когда реактивный двигатель переходит в дуговой режим. Падение напряжения на однонаправленном токовом клапане 422 относительно велико (например, более 5 В); это условие пригодности для высоковольтных применений. В сильноточных применениях падение напряжения на реле 424 значительно меньше. Реле 424 включено параллельно однонаправленному токовому клапану 422, чтобы это реле можно было использовать для защиты однонаправленного токового клапана 422 от повреждения в сильноточных применениях.

Детектор 426 тока включен последовательно с однонаправленным токовым клапаном 422 между входными линиями 450, 452. В принципе, детектор 426 тока способен определить момент, когда реактивный двигатель 108 переходит в дуговую фазу/дуговой режим, обнаруживая протекание тока I_D422 через однонаправленный токовый клапан 422. В некоторых решениях детектор 426 тока содержит токочувствительный трансформатор 530 и нагрузочный резистор 532. Ток многовитковой обмотки трансформатора 530, проходя через нагрузочный резистор 532, создает падение напряжения, полезное для отслеживания операций реактивного двигателя 108.

Когда детектор 426 тока определяет, что реактивный двигатель 108 вошел в дуговую фазу/дуговой режим, источник 400 питания двигателя переходит из режима ВННТ в режим ННВТ. Это переключение режимов производится замыканием пускового реле 424, благодаря чему напряжение шины V_A падает на электрическом разрядном устройстве 514 и шунте однонаправленного токового клапана 422.

В некоторых случаях дефект в системе может помешать замыканию пускового реле 424. Как раскрыто выше, однонаправленный токовый клапан 422 может быть поврежден, если пусковое реле 424 не было замкнуто вскоре после входа реактивного двигателя в дуговую фазу. Поэтому детектор 426 тока тоже включен между однонаправленным токовым клапаном 422 и пусковым реле 424 так, чтобы он мог, далее, определить момент, когда пусковое реле 424 действительно замыкается. Если детектор 420 тока определяет отсутствие тока через однонаправленный токовый клапан 422 в данный период времени, то считается, что замыкание реле 424 произошло. Напротив, если в данный период времени регистрируется протекание тока через однонаправленный токовый клапан 422, то считается, что замыкания реле 424 не произошло.

Когда замыкание пускового реле 424 не может быть подтверждено, система может принять определенные корректирующие меры, чтобы предотвратить повреждение однонаправленного токового клапана 422 в результате прохождения через него относительно сильного тока шины I_A в течение относительно долгого времени. К примеру, если подтверждение факта замыкания реле 424 в данный период времени не получено, система 104 ЭРД может быть отключена. Кроме того, может быть сформировано и передано другим электронным элементам транспортного средства или системам, удаленным от транспортного средства, сообщение об ошибке. В ответ на такие сообщения об ошибке внутренние цепи транспортного средства могут выполнять контроль рабочего состояния оборудования и/или ремонтные операции.

Положение в цепи 400 и насыщенное состояние детектора 426 тока - ключевые моменты настоящего изобретения. Как отмечено выше, детектор 426 тока может содержать токочувствительный трансформатор 530. В некоторых решениях токочувствительный трансформатор 530 имеет насыщающийся трансформаторный сердечник. В этом случае первичная обмотка трансформатора 530 состоит из одного витка. Вторичная обмотка трансформатора 530 состоит из большого количества витков (например, из сотен витков). Первичная обмотка связана с вторичной обмоткой через магниточувствительный сердечник (например, ферритовый). Полярность обмотки (которая показана на фиг. 5) определяет положительный импульс напряжения V_D, когда однонаправленный токовый клапан 422 смещен в прямом направлении.

Первичная обмотка специально расположена со стороны однонаправленного токового клапана 422, электрически соединенного с шинным источником 416 питания, чтобы избежать опасных воздействий высокого напряжения, которое может быть создано пусковой цепью 402. Трансформаторный сердечник насыщается под длительным воздействием напряжения постоянного тока. Сердечник насыщается, когда материал сердечника достигает предельного значения энергии, запасенной в виде магнитного потока. Трансформатор 530 изначально проектируется для достижения насыщения. Насыщение сердечника трансформатора 530 используется для того, чтобы обнаружить инициирование дуги. Возврат сердечника в исходное состояние используется для того, чтобы обнаружить замыкание пускового реле 424.

Обратимся теперь к фиг. 6; на ней представлены графики 602-616, полезные для понимания операций обнаружения начала электрического разряда и подтверждения замыкания защитного реле источника 400 питания двигателя. Инициирование дуги и ее обнаружение являются следствиями успешной процедуры запуска электрического разрядного устройства 514. Эта процедура запуска начинается с выдачи команды на низкое напряжение шины V_A и на достижение рабочего напряжения. В этот промежуток времени пусковое реле 424 разомкнуто. Затем пусковая цепь 402 поднимает напряжение выше напряжения шины V_A, задействовав выключатель 504 (например, ПТ) и подав обратное смещение на однонаправленный токовый клапан 422. Когда напряжение V_C достигает дугового порога электрического разрядного устройства 514, ток I_C дает выброс. После этого напряжение V_C спадает до рабочего уровня напряжения шины V_A. Однонаправленный токовый клапан 422 смещен вперед, когда напряжение V_C, складывающееся с прямым падением напряжения на нем, равно напряжению V_A. Ток теперь проходит через первичную обмотку трансформатора 530 и однонаправленный токовый клапан 422. Сначала часть тока I₄₂₂ наводит эдс во вторичной обмотке трансформатора 530, которая замеряется как напряжение V_D на резисторе 532. Трансформатор 530 затем насыщается под действием напряжения постоянного тока на резисторе 532, формируя импульс, который используется для обнаружения дуги. А обнаружение дуги используется внешней логической системой (не показана), чтобы вызвать замыкание реле 424.

Замыкание реле заставляет трансформатор 530 выдать импульс сброса. Замыкание реле позволяет высвободить энергию, запасенную в сердечнике трансформатора 530. Трансформатор 530 генерирует импульс сброса, когда внешняя цепь позволяет высвободить из сердечника запасенную энергию. При замере на резисторе 532 импульс сброса имеет противоположную полярность. Замыкание реле 524 позволяет произвести сброс, возвратив сердечник в исходное состояние и высвободив энергию в виде отрицательного напряжения, которое приложено к нагрузочному резистору 532. Этот отрицательный импульс используется для того, чтобы обнаружить замыкание реле.

Обратимся теперь к фиг. 7; на ней представлено схематическое изображение другого примера построения источника 700 питания двигателя, которое полезно для понимания настоящего изобретения. Источник 700 питания двигателя аналогичен источнику 400 питания двигателя, за исключением цепи детектора тока. В принципе, соответственные элементы источников 400 и 700 питания двигателей обозначены одинаковыми номерами позиций.

Как показано на фиг. 7, детектор 702 тока содержит цепи, отличающиеся от цепей детектора 420 тока. Конкретнее, нагрузочный резистор 532 по фиг. 5 заменен нагрузочными резисторами 708, 716. Кроме того, детектор 702 тока содержит диодный мост 720 и компараторы 710, 718 напряжений, так что обнаружение дуги может быть выполнено не на паре выводов обнаружения замыкания реле, а на отдельной паре выводов.

Каждый компаратор 710, 718 напряжений представляет собой детектор полярности с разомкнутым контуром, содержащим инвертирующий вход 734, 744; неинвертирующий вход 736, 746; вывод V+ 738, 748; вывод V- 732, 742 и выходной вывод 730, 740. Входное напряжение V_G, V_J источника питания подано прямо на выводы V +738, 748 и V- 732, 742 компаратора 710, 718 напряжения. Выходное напряжение V_F, V_I компаратора 710, 718 напряжения доводится до положительного или отрицательного уровня насыщения компаратора. К примеру, если напряжение на неинвертирующем входе 736, 746 более положительно, чем напряжение инвертирующего входа 734, 744, то V_F, V_I доводится до положительного уровня насыщения компаратора (т.е. до величины входного напряжения V_G источника питания). Альтернативно, если напряжение на неинвертирующем входе 736, 746 менее положительно, чем напряжение инвертирующего входа 734, 746, то V_F, V_I доводится до отрицательного уровня насыщения компаратора (т.е. до нуля).

Следует заметить, что компараторы 710, 718 напряжения электрически включены в источник 700 питания двигателя так, что их выходные напряжения V_F и V_I могут быть сопоставлены с логическими порогами напряжения внешней логической системы (не показана на фиг. 5). Выходные напряжения V_F и V_I используются внешней логической системой (не показана на фиг. 5) для управления реле 424 и/или для других операций транспортного средства.

В процессе работы диоды 704 и 706 диодного моста 720 переключают импульс обнаружения дуги на нагрузочный резистор 708, чтобы получить положительный импульс V_F на выходе компаратора 710. Аналогично, диоды 712, 714 диодного моста 720 переключают импульс обнаружения замыкания реле на нагрузочный резистор 716, чтобы получить положительный импульс V_I на выходе компаратора 718. Полярность соединений компараторов 710 и 718 приводит к колебаниям напряжений V_F и V_I между 0 В и V_G или V_J, в фазе с напряжениями на резисторах 708 и 716 для положительной логики. Эта цепь может также быть собрана с отрицательной логикой, если поменять местами положительные и отрицательные входные соединения компаратора.

Обратимся теперь к фиг. 8; на ней представлена принципиальная цепь примера построения еще одного нового источника 800 питания двигателя. Источник 800 питания двигателя аналогичен источнику 400 питания двигателя, за исключением цепи детектора тока. В принципе, соответственные элементы источников 400 и 800 питания двигателей обозначены одинаковыми номерами позиций.

Как показано на фиг. 8, детектор 802 тока содержит цепи, отличающиеся от цепей детектора 420 тока. Конкретнее, нагрузочный резистор 532 по фиг. 5 удален из цепи. В принципе, выходной ток трансформатора 804 используется для того, чтобы выявить (1) вход реактивного двигатель в дуговой режим и (2) действительно ли замкнуто реле 424 в данное время. Схематические изображения форм сигналов 902-914, иллюстрирующие обнаружение начала электрического разряда и подтверждение замыкания защитного реле источника 800 питания двигателя, представлены на фиг. 9. Фиг. 9 сама объясняет себя и поэтому не будет здесь раскрываться.

Изобретение относится к цепям питания электроракетного двигателя. Цепь (400, 700, 800) содержит первый источник (402) питания, подающий первый ток на нагрузку (470) в течение первого периода времени («ПВ»); второй источник (416) питания, подающий второй ток на указанную нагрузку в течение второго ПВ; однонаправленный токовый клапан («ОТК»), включенный последовательно с первым источником питания; детектор (420, 702, 802) тока, включенный последовательно с (ОТК) (422); и выключатель (424), включенный параллельно последовательной цепи указанных детектора тока и ОТК, чтобы шунтировать ОТК во второй ПВ. Детектор тока определяет, начался ли второй период времени и замкнут ли выключатель. Технический результат - повышение надежности работы путем предотвращения повреждения ОТК. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Цепь источника питания, содержащая:

первый источник питания, обеспечивающий подачу первого тока на нагрузку в течение первого периода времени;

второй источник питания, обеспечивающий подачу второго тока на данную нагрузку в течение второго периода времени;

однонаправленный токовый клапан, включенный последовательно со вторым источником питания;

детектор тока, включенный последовательно с данным однонаправленным токовым клапаном;

выключатель, включенный параллельно последовательной цепи детектора тока и однонаправленного токового клапана, чтобы шунтировать однонаправленный токовый клапан в течение второго периода времени;

причем детектор тока выполнен с возможностью определять, начался ли второй период времени и замкнут ли выключатель.

2. Цепь источника питания по п. 1, в которой протекание тока через однонаправленный токовый клапан свидетельствует об образовании электрической дуги между двумя электродами реактивного двигателя.

3. Цепь источника питания по п. 1, дополнительно содержащая контроллер, способный выполнять операции по замыканию выключателя в ответ на обнаружение детектором тока протекания тока через однонаправленный токовый клапан в конце первого периода времени.

4. Цепь источника питания по п. 1, в которой определение того, что замыкание выключателя произошло, предусмотрено по обнаружению отсутствия протекания тока через однонаправленный токовый клапан в начале второго периода времени.

5. Цепь источника питания по п. 1, в которой определение того, что замыкание выключателя не произошло, предусмотрено по все еще имеющемуся обнаружению протекания тока через однонаправленный токовый клапан в начале второго периода времени.

6. Цепь источника питания по п. 1, дополнительно содержащая контроллер, способный выполнять операции, чтобы заставить цепь источника питания принять по меньшей мере одну корректирующую меру в ответ на определение детектором тока того, что замыкание выключателя не произошло в начале второго периода времени.

7. Цепь источника питания по п. 1, в которой указанная корректирующая мера содержит прекращение подачи питания на указанную нагрузку.

8. Цепь источника питания по п. 1, в которой детектор тока содержит токочувствительный трансформатор с насыщающимся сердечником.

9. Цепь источника питания по п. 8, в которой определение инициирования дуги реактивного двигателя основано на насыщении указанного насыщающегося сердечника трансформатора.

10. Цепь источника питания по п. 8, в которой предусмотрено определение замыкания выключателя по возврату указанного насыщающегося сердечника трансформатора в исходное состояние.

11. Цепь источника питания по п. 1, в которой детектор тока обеспечивает обнаружение дуги на отдельной паре выводов, чем обнаружение замыкания реле.

12. Цепь источника питания по п. 11, в которой детектор тока содержит

трансформатор,

диодный мост, соединенный с указанным трансформатором,

множество резисторов, соединенных с соответственными диодами диодного моста, и

множество компараторов, каждый из которых содержит неинвертирующий вход, соединенный с соответствующим одним из множества резисторов, и инвертирующий ввод, соединенный с источником опорного напряжения.

13. Цепь источника питания двигателя, содержащая:

первый источник питания, обеспечивающий подачу первого тока на нагрузку в течение первого периода времени;

второй источник питания, обеспечивающий подачу второго тока на данную нагрузку в течение второго периода времени;

однонаправленный токовый клапан, включенный последовательно с первым источником питания;

детектор тока, включенный последовательно с указанным однонаправленным токовым клапаном;

выключатель, включенный параллельно последовательной цепи детектора тока и однонаправленного токового клапана, чтобы шунтировать однонаправленный токовый клапан в течение второго периода времени; и

причем детектор тока выполнен с возможностью определять, начался ли второй период времени и замкнут ли выключатель.

14. Цепь источника питания двигателя по п. 13, дополнительно содержащая контроллер, способный выполнять операции по замыканию выключателя в ответ на обнаружение детектором тока протекания тока через однонаправленный токовый клапан в конце первого периода времени.

15. Цепь источника питания двигателя по п. 13, в которой определение того, что замыкание выключателя произошло, предусмотрено по обнаружению отсутствия протекания тока через однонаправленный токовый клапан в начале второго периода времени, а также определение того, что замыкания выключателя не произошло, предусмотрено по все еще обнаруживаемому протеканию тока через однонаправленный токовый клапан в начале второго периода времени.

16. Цепь источника питания двигателя по п. 13, дополнительно содержащая контроллер, предназначенный для выполнения по меньшей мере одной операции по восстановлению цепи источника питания двигателя в ответ на определение указанным детектором того, что замыкания выключателя не произошло в начале второго периода времени.

17. Цепь источника питания двигателя по п. 13, в которой детектор тока содержит токочувствительный трансформатор с насыщающимся сердечником.

18. Цепь источника питания двигателя по п. 17, в которой обнаружение загорания дуги реактивного двигателя предусмотрено по насыщению указанного насыщающегося сердечника трансформатора.

19. Цепь источника питания двигателя по п. 17, в которой обнаружение замыкания выключателя основано на возвращении указанного насыщающегося сердечника трансформатора в исходное состояние.

20. Цепь источника питания двигателя по п. 13, в которой детектор тока обеспечивает обнаружение дуги на отдельной паре выводов, чем обнаружение замыкания реле.