Генератор с улучшенной формой выходного напряжения на основе ядерной энергетической установки Российский патент 2021 года по МПК H02M7/497 

Описание патента на изобретение RU2761183C1

I. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники и ядерной энергетики. Электроснабжение летательных аппаратов осуществляется от генераторов постоянного и переменного тока различной величины напряжения или тока. К качеству электроэнергии генераторов переменного тока предъявляются различные требования. Например, системы обогрева не предъявляют высоких требований к качеству электроэнергии, ряд других устройств предъявляют повышенные требования к качеству электроэнергии. Форма вырабатываемого этими генераторами напряжения должна приближаться к синусоидальной форме, уровень гармоник не должен превышать допустимого значения. Предлагаемое устройство предназначено для генерирования синусоидального напряжения с использованием для этого модулей из электрогенерирующих элементов (ЭГЭ) ядерной энергетической установки. В качестве ЭГЭ могут использоваться термоэлектрические, термоэмиссионные или термо-электрохимические преобразователи, при помощи которых осуществляется преобразование энергии, вырабатываемой ядерной энергетической установкой (ЯЭУ), в электрическую. Одна из таких установок описана в работе [1]. В описываемом генераторе получение выходного напряжения устройства, по форме приближающегося к синусоидальной функции, основано на аппроксимации синусоидальной функции последовательностью из 24 импульсных функций. Используемая в устройстве аппроксимация синусоидальной функции последовательностью из 24 импульсных функций позволяет повысить качество вырабатываемого генератором напряжения, приближающегося по форме к синусоидальной функции времени, уменьшить количество и амплитуды высших гармоник, искажающих синусоидальную форму напряжения, повысить энергетические показатели установки за счет исключения или снижения энергии высших гармоник, понизить требования к фильтрам высших и в результате понизить стоимость генератора.

II. Уровень техники

II.1 Сравнение с предшествующими уровнями техники

В системах энергоснабжения космических аппаратов (КА) в настоящее время для получения высоковольтного постоянного или переменного напряжения применяются преобразователи (инверторы), включающие повышающие трансформаторы, либо электромашинные генераторы. К потребителям высоковольтного напряжения КА относятся электрореактивные двигатели (ЭРД). Для их работы требуется напряжение, достигающее по величине нескольких десятков киловольт. Массогабаритные характеристики устройств, содержащих повышающий трансформатор на ферромагнитном сердечнике, или электромашинные генераторы велики и составляют величины от γ = (3…5) кг/кВт до γ = 30 кг/кВт. Характеристики повышающего трансформатора, используемого в системе энергоснабжения КА приведен в работе [1]. Для преобразования тепловой энергии, вырабатываемой ядерным реактором, в электрическую энергию используются термоэлектрические, термо-электрохимические (ТЭХГ) и термоэмиссионные преобразователи. В таких преобразователях электрическая энергия вырабатывается отдельными электрогенерирующими элементами (ЭГЭ). Каждый ЭГЭ вырабатывает электрическую энергию постоянного тока небольшой величины напряжения, порядка 1 В. Для получения напряжения и тока требуемой величины используется последовательно- параллельное соединение ЭГЭ. Для получения требуемой величины постоянного напряжения используется последовательное соединение ЭГЭ, для получения требуемой величины тока используется параллельное соединение ЭГЭ. Для получения требуемой величины постоянного напряжения и тока отдельные ЭГЭ объединяются в модули. В каждом модуле ЭГЭ соединяются параллельно в группы для получения необходимой величины тока, для получения требуемой величины напряжения отдельные ЭГЭ, либо группы с параллельным соединением ЭГЭ, соединяются последовательно. Это показано на рисунке фиг. 1. На рисунке фиг. 1 показано параллельно - последовательное соединение ЭГЭ. Группа из к параллельно соединенных ЭГЭ с током Iэ обеспечивает ток модуля Iм = к⋅Iэ, последовательное соединение р таких групп обеспечивает получение напряжения модуля Uм = р⋅Uэ. В результате модуль МЭ будет иметь номинальные параметры-напряжение Uм и ток Iм.

Фигура 1. Последовательно - параллельное соединение ЭГЭ

Параметры одного ЭГЭ приведены в таблице 1, соответственно опубликованным в работе [1] данным.

Всего в описанном в работе [1] термо-электрохимическом генераторе для получения электрической мощности 30 кВт (или 90 кВт на повышенной частоте) потребовалось 1344 ЭГЭ. При помощи описанного в работе [1] трансформатора напряжение повышалось от 120 В до 3000 В.

Для улучшения массо-габаритных характеристик системы энергоснабжения КА целесообразно получение высокого напряжения переменного тока осуществлять при помощи предлагаемого полупроводникового генератора. Описываемый далее генератор позволяет получить высокое напряжение переменного тока высокого качества в результате объединения отдельных ЭГЭ в модули и коммутации модулей для получения требуемых значений переменных напряжений и токов.

II.2 Цель изобретения.

Целью изобретения является разработка устройства для генерирования переменного напряжения, форма которого наиболее полно приближается к синусоидальной за счет аппроксимации синусоидальной функции последовательностью импульсных функций, состоящей из 24 импульсов. Для этого используются модули, содержащие последовательно-параллельное соединение ЭГЭ. При этом первичным источником энергии является ЯЭУ. При помощи ЭГЭ тепловая энергия ЯЭУ преобразуется в электрическую энергию постоянного напряжения, которая затем преобразуется в электрическую энергию переменного напряжения с применением предлагаемого устройства. Преобразование осуществляется с использованием импульсной техники и ключей на полупроводниковых приборах. Вследствие использования импульсной техники и полупроводниковых ключей улучшаются массо-габаритные характеристики устройства. Характерным для предлагаемого генератора является использование последовательности импульсов напряжения одинаковой величины и полярности, количество которых на периоде синусоидальной функции равно 24. Для получения импульсов отрицательной полярности используется коммутатор импульсов.

II. 3. Изобретательский уровень.

Предлагаемое устройство для генерирования переменного высоковольтного напряжения синусоидальной формы с использованием энергии ЯЭУ отличается от устройств, в которых переменное высоковольтное синусоидальное напряжение получается в результате использования инверторов и повышающих трансформаторов, либо с помощью электромашинных генераторов [2, 3] тем, что:

- синусоидальное напряжение генерируется в результате аппроксимации синусоидальной функции выходного напряжения последовательностью 24 импульсных функций;

- импульсные функции напряжения генерируются модулями, каждый из которых содержит последовательно - параллельное соединение ЭГЭ для получения необходимой величины напряжения и тока модуля. Напряжение и ток модуля равны Uм и Iм;

- количество импульсных функций на периоде синусоидальной функции задается блоком управления. Напряжение на выходе генератора формируется совокупностью прямоугольных импульсов напряжения заданной величины и одинаковой длительности TI, повторяющихся с заданной частотой. Число импульсов на периоде T равно n = Т/ТI. Далее принято значение числа импульсов на периоде равном n = 24. Величина напряжения каждого импульса на интервале четверти периода Т/4 кратна величине напряжения одного источника питания (модуля) равного Е1, т.е. Е2 = 2Е1, Е3 = 3Е1, Е4 = 4Е1, Е5 = 5Е1, Е6 = 6Е1. Аппроксимация синусоидальной функции последовательностью 24 импульсных функций показана на рисунке фиг. 2;

- амплитудные значения импульсов кратны по отношению к напряжению модуля. Например, если напряжение модуля равно Uм, то при n = 24 амплитуда первого и двенадцатого импульсов принимается равной E1 = E12 = Uм, амплитуда второго и одиннадцатого импульсов принимается равной E2 = E11 = 2E1, Е3 = Е10 = 3Е1, E4 = E9 = 4E1, E5 = E8 = 5E1, Е6 = Е7 = 6Е1. Аналогичные соотношения выполняются для импульсов, аппроксимирующих отрицательную полуволну синусоидального напряжения. Кратные значения напряжений импульсов получаются в результате последовательного соединения модулей;

- использование коммутатора импульсов позволяет аппроксимировать положительную и отрицательную полуволны синусоидального напряжения;

- Для подключения источников питания (модулей) к выходным полюсам генератора используется блок коммутации, при помощи которого осуществляется подключение напряжений требуемой величины и полярности к выходу устройства в последовательности, задаваемой блоком управления.

III. Раскрытие сущности изобретения

III.1 Аппроксимация синусоидальной функции последовательностью импульсных функций

На рисунке фиг. 2 показана аппроксимация синусоидальной функции последовательностью импульсных функций, когда число импульсных функций на периоде синусоидальной функции T равно n = 24.

Фиг. 2 Аппроксимация синусоидальной функции последовательностью импульсных функций при n = 24

На фиг. 2 представлен отрезок синусоидальной функции с амплитудой Еm на интервале Т = 0…2π;. Синусоидальная функция на этом интервале аппроксимируется последовательностью n = 24 импульсных функций с кратными значениями амплитуд импульсов. Для показанной на фиг. 2 аппроксимации E1 = Uм, Ek = kE1, где k = 2…6, E1 - амплитудное значение первого импульса, Uм-напряжение одного электрогенерирующего модуля. Для аппроксимации отрицательной полуволны синусоиды амплитуда E13 = E24 = -E1, амплитуда E14 = E23 = -2E1, E15 = E22 = -3E1, E16 = E21 = -4E1, E17 = E20 = -5E1, E18 = E19 = -6E1

Установление значений амплитуд импульсов для случая n = 24

В таблице 2 в соответствии с рисунком фиг. 2 записаны значения амплитуд импульсов для каждого из 1…24 интервалов аппроксимации.

III.2 Структурная схема устройства

Структурная схема устройства показана на рисунке фиг. 3.

Фигура 3 Структурная схема генератора

На рисунке фиг. 3 показаны блоки БУ, БКИ, БКП, БМЭ, входные и выходные полюсы, при помощи которых блоки соединяются между собой и с внешними устройствами. На рисунке изображены следующие блоки устройства:

III.2.1. Блок управления БУ. Блок управления обеспечивает циклическую, с заданным периодом Т, поочередную подачу управляющих импульсов, которые управляют открытием электронных силовых ключей КС1…КС6, расположенных в блоке коммутации БКИ. При помощи управляющих импульсов, генерируемых блоком управления, также осуществляется управление полярностью импульсов на выходе устройства с использованием управляемых ключей К1…К4, расположенных в блоке БКП. Входными полюсами блока являются 61 и 62;

III.2.2. Блок коммутации импульсов (БКИ). Блок коммутации импульсов (БКИ) обеспечивает подключение постоянных напряжений требуемой величины E1…Е6 в заданные блоком управления интервалы времени с требуемой для получения синусоидальной функции полярностью к выходным клеммам блока коммутации 101 и 102. Постоянные напряжения E1..Е6 поступают от блока питания БМЭ с полюсов 111…116 и "земля" на управляемые ключи КС1…КС6. Выходными для блока БКИ являются полюсы 101 и 102, при помощи которых блок подключается к блоку БКП.

III.2.3. Блок коммутации полярности (БКП). Блок обеспечивает положительную или отрицательную полярность выходных импульсов для аппроксимации положительной или отрицательной полуволны синусоиды. Полюсами 101 и 102 блок подключается к блоку БКИ, выходными полюсами блока являются полюсы 121 и 122. Эти полюсы являются выходными для устройства в целом.

Управление работой блока осуществляется при помощи управляющих импульсов, поступающих от полюсов 81…824 блока управления БУ. III.2.4. Блок модулей электрических (БМЭ). Блок включает шесть последовательно соединенных электрических модулей МЭ1…МЭ6 с напряжением Uм и номинальным значением тока Iм каждый. Полюс модуля МЭ1 с отрицательной полярностью подключен к "земле", модули МЭ1…МЭ6 между собой соединены полюсами 111…116, блок БМЭ подключается к блоку коммутации БКИ.

III.3 Блок управления

Блок управления БУ, рисунок фиг. 4, предназначен для формирования управляющих импульсов в результате создания последовательности прямоугольных импульсов заданной длительности 77. Управляющие импульсы с полюсов 81…824 подаются на управляющие электроды силовых ключей КС1…КС6 блока БКИ и на одноименные электроды блока БКП для управления открытым или закрытым состоянием ключей К1…К4. При помощи ключей К1…К4 формируются импульсы с положительной и отрицательной полярностью. Генератор тактовых импульсов ГТИ (1) формирует циклическую с периодом Т последовательность импульсов. Величина Т равна периоду синусоидальной функции. Число импульсов на периоде Т равно n, длительность одного импульса TI. Значения n и TI выбираются исходя из соображений обеспечения требуемой погрешности аппроксимации синусоидальной функции последовательностью прямоугольных импульсных функций и стоимостью реализации устройства. С увеличением n и уменьшением TI снижается погрешность и увеличивается стоимость. В рассматриваемом устройстве число импульсов на периоде равно n = 24. При помощи электронных ключей КС1…КС6, расположенных в блоке коммутации импульсов БКИ, источники ЭДС E1…Е6, генерируемые модулями электропитания МЭ1…МЭ6, подключаются в заданные блоком управления моменты времени к выходным полюсам блока коммутации 101 и 102. Коммутация осуществляется в открытом состоянии ключа. Длительность открытого состояния каждого ключа КС1….КС6 равна TI. Амплитуды ЭДС импульсов для n = 24 приведены в таблице 2.

Принципиальная схема блока управления представлена на рисунке фиг. 4. Фигура 4 Принципиальная схема блока управления

Блок реализован на элементах 1-7. Он содержит генератор тактовых импульсов ГТИ (1), логический элемент И (2), счетчик 3 числа импульсов на периоде Т периодической функции, схему сравнения 4, регистр 5, дешифратор 7 с выходными полюсами 81…8n. На рисунке фиг. 2 число n = 24. Запуск работы устройства осуществляется подачей сигнала по входу 61. По входу 62 с использованием регистра 5 осуществляется запись кода числа временных интервалов n = 24. Когда число импульсов на выходе счетчика 3 становится равным числу, записанному в регистр 5 и равному 24, схема сравнения 4 вырабатывает прямоугольный импульс. Этот импульс поступает на второй вход счетчика 3 и обнуляет его. В результате происходит периодический процесс с заданным периодом Т = nТи. В этом выражении Ти - длительность одного импульса, вырабатываемого генератором ГТИ (1).

Выход ГТИ (1) подсоединен к первому входу элемента И (2), второй вход которого подсоединен к первому входу 6 устройства, а выход - к первому входу счетчика 3, выход которого подсоединен к входу дешифратора 7 и к входу схемы сравнения 4, выход схемы сравнения соединен с регистром 5. Выход счетчика 3 соединен с входом дешифратора 7. Каждый импульс, поступающий на вход дешифратора 7 от счетчика 3, вызывает появление импульса на очередном выходе дешифратора. Так, первый импульс вызывает появление импульса на первом выходе дешифратора 81, второй импульс, поступающий от счетчика 3 на вход дешифратора, вызывает появление прямоугольного импульса на втором выходе 82 дешифратора. Этот процесс продолжается до 24 импульса. Импульсы с полюсов 81…824 поступают как на вход блока БКИ, так и на вход блока БКП.

III.4 Блок коммутации импульсов БКИ. Схема БКИ показана на рисунке 5. Фиг. 5 Схема блока коммутации импульсов

При помощи блока коммутации БКИ напряжения E1…Е6, генерируемые блоком БМЭ, поступают в соответствующие интервалы времени на выходные полюсы блока 101 и 102. Напряжение E1 поступает на выходные полюсы блока при замкнутом положении ключа КС1 в первый, двенадцатый, тринадцатый и двадцать четвертый интервалы времени длительностью TI. С полюсов 81, 812, 813, 824 блока управления сигналы поступают посредством диодов D1, D2, D3, D4 на управляющий электрод ключа КС1. Напряжение Е2 поступает на интервале действия второго, одиннадцатого, четырнадцатого и двадцать третьего импульсов на выходные полюсы 101 и 102 в открытом состоянии ключа КС2. Управление открытым состоянием ключа КС2 осуществляется в результате поступления управляющих сигналов с полюсов 82, 811, 814, 823 посредством диодов D5, D6, D7, D8 на управляющий электрод ключа КС2. Номера управляющих импульсов, поступающих на управляющий электрод ключа, задаются в соответствии с таблицей 2. Из таблицы 2 следует, что напряжение Е2 будет одинаковым по модулю у второго, одиннадцатого, четырнадцатого и двадцать третьего импульсов. Аналогично производится управление передачей импульсов с амплитудными по модулю значениями напряжений Е3…Е6. Эти напряжения также поступают в соответствующие интервалы времени на выходные полюсы 101 и 102 блока БКИ.

III.5 Блок коммутации полярности импульсов (БКП). Для формирования на выходе генератора последовательности импульсных функций, аппроксимирующей положительную и отрицательную полуволны синусоидальной функции выходного напряжения, используется блок коммутации полярности импульсов. Схема БКП показана на рисунке фиг. 6. На рисунке показана нагрузка генератора с сопротивлением R, которая подключается к выходным полюсам блока 121 и 122.

Фиг. 6 Схема блока коммутации полярности импульсов БКП

Блок включает ключи K1…K4, управление открытым состоянием которых осуществляется в результате подачи управляющих импульсов на управляющие электроды ключей. При поступлении сигнала на управляющий электрод ключа он открывается и пропускает импульс напряжения, снимаемого с входных полюсов 101 и 102, на выходные полюсы генератора 121 и 122. Для передачи импульсов с положительной полярностью открываются ключи К1 и К3, ключи К2 и К4 при этом закрыты. Полюс 101 в этом случае соединяется с полюсом 121, а полюс 102 соединяется с полюсом 122. Для формирования на выходе устройства импульсов с отрицательной полярностью открываются ключи К2 и К4, ключи К1 и К3 при этом закрыты. Полюс 101 в этом случае соединяется с полюсом 122, а полюс 102 соединяется с полюсом 121. Ключи К1 и К3 управляются управляющими импульсами, поступающими с полюсов 81…812 блока управления, через диоды DK1…DK12. Ключи К2 и К4 открываются управляющими импульсами, поступающими с полюсов 813…824 блока управления через диоды DK13…DK24. Управляющие сигналы поступают на управляющие электроды ключей.

Графики напряжений Uупр1 и Uупр2, поступающих на управляющие электроды ключей, показаны на рисунке фиг. 7.

Фиг. 7 Графики управляющих напряжений

На рисунке фиг. 7 амплитуды управляющих импульсов приняты равными 1 и 0.

III.6 Блок модулей электропитания МЭ

Блок модулей электропитания (БМЭ) состоит из модулей МЭ1…МЭ6, включенных последовательно. Каждый модуль состоит из последовательно-параллельно соединенных элементов электропитания ЭГЭ, как это показано на рисунке фиг. 1. Каждый модуль характеризуется напряжением модуля Um и номинальным током модуля Iм. Полюс модуля МЭ1 с отрицательной полярностью подключен к клемме "земля", общей для всего устройства. С положительного полюса модуля МЭ1 посредством полюса 111 напряжение E1 = Uм поступает на вход блока коммутации импульсов БКИ. Этот полюс также соединен с отрицательным полюсом модуля МЭ2. Напряжение E2 = 2E1 с полюса 112 поступает на вход блока БКИ, как показано на рисунке фиг. 5. Аналогично соединяются остальные модули МЭ2…МЭ6 блока БМЭ.

Принципиальная схема блока модулей электропитания БМЭ показана на рисунке фиг. 8.

Фиг. 8 Принципиальная схема блока БМЭ

IV. Краткое описание чертежей

Фиг. 1 Последовательно-параллельное соединение ЭГЭ

Фиг. 2 Аппроксимация синусоидальной функции последовательностью импульсных функций при n = 24

Фиг. 3 Структурная схема гененратора

Фиг. 4 Принципиальная схема блока управления

Фиг. 5 Принципиальная схема блока коммутации импульсов БКИ

Фиг. 6 Схема блока коммутации полярности импульсов БКП

Фиг. 7 Графики управляющих напряжений

Фиг. 8 Принципиальная схема блока БМЭ

V. Осуществление изобретения

Описание работы устройства. В исходном состоянии на регистре 5 по входу 62 записан код числа временных интервалов п. На это число интервалов разбивается период синусоидальной функции Т при аппроксимации синусоидальной функции последовательностью импульсных функций Работа устройства начинается после подачи пускового сигнала по входу 61 логического элемента И (2). После подачи пускового сигнала импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 1 через открытый элемент И (2) начинают поступать на вход счетчика 3. Код с выхода счетчика 3 поступает на вход дешифратора 7. На выходе дешифратора появляется единичный сигнал только на одном из n его выходов. Единичный сигнал на i-ом (i = 1…n) выходе дешифратора 7 подается на вход блока коммутации посредством одного из полюсов 8i, i = 1…n, который подсоединен к управляющим электродам управляемых ключей KС1…KС6. Подключение осуществляется через один из диодов.

Для ключа KC1 это диоды D1…D4, для ключа KС2 это диоды D5…D8. Для ключа KС3 это диоды D9…D12. Для ключа КС4 это диоды D13…D16. Для ключа КС5 это диоды D17…D20. Для ключа КС6 это диоды D21…D24. Так, управляющий импульс с полюса 81 в первый интервал времени поступает на диод D1 и затем на управляющий электрод ключа КС1. На этот же управляющий электрод в двенадцатый интервал времени с полюса 812 поступает управляющий импульс через диод D2, в тринадцатый интервал времени с полюса 813 через диод D3 и в двадцать четвертый интервал времени с полюса 824 через диод D4. При поступлении на управляющий электрод сигнала ключ КC1 открывается и пропускает напряжение E1, которое поступает с полюса 111 блока БКИ. Аналогично осуществляется открытие ключа КС2 при поступлении управляющего импульса во второй временной интервал с полюса 82 через диод D5, в одиннадцатый временной интервал импульс поступает с полюса 83 через диод D6, в четырнадцатый временной интервал с полюса 86 через диод D7, в двадцать третий временной интервал с полюса 88 через диод D8. При открытом ключе КС2 напряжение Е2 передается с полюса 112 на выход блока устройства. Управление открытым состоянием ключей КС3…КС6 и передача импульсов с напряжениями Е3…Е6 от блока БМЭ к полюсам 101, 102 блока БКИ осуществляется аналогично.

Посредством ключей К1, К3 или К2, К4 напряжения с полюсов 101, 102 передаются на выходные полюсы генератора 121 и 122, либо непосредственно, либо инверсно. Ключи К1 и К3 одновременно либо включены, либо выключены. Во включенном или выключенном состоянии они находятся в течение интервала времени равном Т/2. Пи непосредственной передаче импульсов управление осуществляется в результате подачи управляющих импульсов с полюсов 81…812 блока управления через диоды DK1…DK12 на управляющие электроды ключей К1 и К3. Аналогично работают ключи К2 и К4. Когда пара ключей К1 и К3 находится во включенном состоянии, пара ключей К2 и К4 находится в выключенном состоянии и наоборот. Управление открытым или закрытым состоянием ключей К2 и К4 осуществляется в результате подачи управляющих импульсов с полюсов 813…824 посредством диодов DK13…DK24 на управляющие электроды ключей К2 и К4. Зависимость от времени на периоде Т управляющих импульсов Uупр1, которые поступают на управляющие электроды ключей К1 и К3, и управляющих импульсов Uупр2, которые поступают на управляющие электроды ключей К2 и К4, показана на рисунке фиг. 7. Управляющие импульсы поступают со сдвигом на интервал времени Т/2. Это позволяет сформировать на выходных полюсах 121 и 122 полуволны с положительными и отрицательными значениями, которые аппроксимируют синусоидальную функцию выходного напряжения.

VI. Литература

1. Синявский В.В. Научно- технический задел по ядерному электроракетному МБ «ГЕРКУЛЕС» // КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИ № 3/2013

2. Смирнов И.А., Морозов В.И., Дерягин Ю.А., Середников М.Н., Дубовицкий А.В. Космическая энергетическая установка с машинным преобразованием энергии Патент RU 586797 С1 Опубликовано: 2016.06.10

3. Морозов В.И., Середников М.Н., Негрецкий Б. Ф. Энергетическая установка с машинным преобразованием энергии Патент RU2 716766 Опубликовано: 2020.03.16

4. Гаврилов Л.П. Генератор многофазной системы ЭДС для мобильных устройств Патент 2671539 от 01.11.2018

5. Гаврилов Л.П. Генератор синусоидального напряжения на основе ядерной энергетической установки Патент №2735021 от 01 июня 2020

6. Гаврилов Л.П. Генератор синусоидального напряжения с синтезатором импульсов разной полярности на основе ЯЭУ Патент №2734725 от 01 июня 2020

Похожие патенты RU2761183C1

название год авторы номер документа
Генератор синусоидального напряжения на основе ядерной энергетической установки 2020
  • Гаврилов Леонид Петрович
RU2735021C1
Генератор синусоидального напряжения с синтезатором импульсов разной полярности на основе ЯЭУ 2020
  • Гаврилов Леонид Петрович
RU2734725C1
Фотоэлектрический преобразователь энергии мощного лазерного излучения в энергию переменного тока 2022
  • Гаврилов Леонид Петрович
RU2800338C1
Генератор электромагнитных колебаний с использованием солнечных панелей 2020
  • Гаврилов Леонид Петрович
RU2744947C1
Генератор переменного тока на основе циклотронного преобразователя энергии СВЧ-колебаний 2020
  • Гаврилов Леонид Петрович
RU2753765C1
Генератор многофазной системы ЭДС с использованием блока диодов для сокращения в два раза числа силовых ключей 2018
  • Гаврилов Леонид Петрович
RU2684486C1
Шестифазный импульсный генератор 2022
  • Гаврилов Леонид Петрович
RU2790645C1
Циклотронный резонансный преобразователь СВЧ-колебаний с несколькими управляемыми выходами 2022
  • Гаврилов Леонид Петрович
RU2786519C1
Генератор многофазной системы ЭДС для мобильных устройств 2017
  • Гаврилов Леонид Петрович
RU2671539C1
Четырехфазный импульсный генератор 2022
  • Гаврилов Леонид Петрович
RU2793200C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 761 183 C1

Реферат патента 2021 года Генератор с улучшенной формой выходного напряжения на основе ядерной энергетической установки

Изобретение относится к области электротехники и ядерной энергетики и предназначено для генерирования переменной синусоидальной ЭДС при помощи модулей с последовательно-параллельным соединением электрогенерирующих элементов (ЭГЭ), преобразующих тепловую энергию ядерной энергетической установки космического аппарата (КА) в энергию электрического тока постоянного напряжения. Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в создании генератора переменного напряжения с улучшенной формой выходного напряжения на основе ядерной энергетической установки. Улучшенная форма выходного напряжения генератора достигается в результате аппроксимации синусоидальной функции выходного напряжения последовательностью импульсных функций, число которых на периоде синусоидальной функции принято равным 24. Генератор может использоваться для питания устройств КА без использования инверторов и аккумуляторных батарей либо электромашинных преобразователей. В устройстве можно выделить следующие функциональные блоки: 1. Блок управления, который обеспечивает циклическую, с заданным периодом Т поочередную подачу управляющих импульсов, которые управляют открытием электронных ключей, расположенных в блоке коммутации; 2. Блок коммутации импульсов, который обеспечивает подключение к выходным клеммам блока коммутации источников постоянного напряжения, генерируемых блоком модулей электропитания (БМЭ), генерирование последовательности импульсов требуемой амплитуды. В генераторе получение выходного напряжения, по форме приближающегося к синусоидальной функции, основано на аппроксимации синусоидальной функции последовательностью из 24 импульсных функций. Используемая в устройстве аппроксимация синусоидальной функции последовательностью из 24 импульсных функций позволяет повысить качество вырабатываемого генератором напряжения, приближающегося по форме к синусоидальной функции времени, уменьшить количество и амплитуды высших гармоник, искажающих синусоидальную форму напряжения, повысить энергетические показатели установки за счет исключения или снижения энергии высших гармоник, понизить требования к фильтрам высших гармоник и в результате понизить стоимость генератора. 8 ил., 2 табл.

Формула изобретения RU 2 761 183 C1

Генератор с улучшенной формой выходного напряжения на основе ядерной энергетической установки содержит блок управления БУ, блок коммутации импульсов (БКИ), блок коммутации полярности импульсов (БКП), блок модулей электрических (БМЭ), блок управления БУ состоит из генератора тактовых импульсов ГТИ (1), элемента И (2), счетчика (3), схемы сравнения (4), регистра (5), кнопки запуска (61), дешифратора (7), входа устройства (62), предназначенного для установки на регистре кода числа импульсов, выход ГТИ (1) подсоединен к первому входу элемента И (2), ко второму входу элемента И (2) подключена кнопка запуска (61), выход элемента И (2) подсоединен к первому входу счетчика (3), выход которого подсоединен к входу дешифратора (7) и к первому входу схемы сравнения (4), выход схемы сравнения (4) соединен со вторым входом счетчика (3), ко второму входу схемы сравнения (4) подсоединен регистр (5) по входу (62) которого заносится число временных интервалов на периоде Т, выходным для блока управления является i-ый выход (i = 1,…, n) дешифратора 7 с полюсами 8i (i = 1,…, n), отличающийся тем, что:

- БКИ полюсами 81…8n соединен с блоком управления БУ, генерируемые блоком управления прямоугольные импульсы с полюсов 81…8n поступают на управляющие электроды полупроводниковых ключей (КС1…КС6) блока БКИ посредством диодов D1…D24, полюсами 111…116 блок БКИ подключается к БМЭ, состоящему из модулей электропитания (МЭ1…МЭ6), источник напряжения (E1) блока БМЭ на время действия импульса TI посредством полюса 111 подключается к управляемому ключу КС1 и при открытом состоянии ключа напряжение E1 передается на полюс 101, который является выходным для этого блока, источник напряжения Е2 посредством полюса 112 подключается к управляемому ключу КС2, и при открытом состоянии ключа напряжение передается на полюс 101, источник напряжения Е3 подключается к управляемому ключу КС3 и при открытом состоянии ключа передается на полюс 101, источник напряжения Е4 подключается к управляемому ключу КС4 и при открытом состоянии ключа напряжение передается на полюс 101, источник напряжения Е5 подключается к управляемому ключу КС5 и при открытом состоянии ключа напряжение передается на полюс 101, источник напряжения Е6 подключается к управляемому ключу КС6 и при открытом состоянии ключа напряжение передается на полюс 101, полюс "земля" блока БМЭ соединяется с полюсом 102 БКИ, этот полюс является выходным для всего устройства, сформированная БКИ последовательность импульсов положительной полярности поступает через полюсы 101 и 102 на вход БКП, посредством ключей К1, К3 или К2, К4 напряжения с полюсов 101, 102 передаются либо непосредственно на выходные полюсы генератора 121 и 122, либо инверсно, при инверсном соединении ключи К2, К4 открыты, полюс 101 соединяется с полюсом 122, а полюс 102 соединяется с полюсом 121, при открытом состоянии ключей К1, К3 полюс 101 соединяется с полюсом 121, а полюс 102 соединяется с полюсом 122, ключи К1 и К3 одновременно либо включены, либо выключены, управление осуществляется в результате подачи управляющих импульсов с полюсов 81…812 блока управления через диоды DK1…DK12 на управляющие электроды ключей К1 и К3, ключи К1 и К3 одновременно либо включены, либо выключены, управление открытым или закрытым состоянием ключей К2 и К4 осуществляется в результате подачи управляющих импульсов с полюсов 813…824 посредством диодов DK13…DK24 на управляющие электроды ключей К2 и К4, напряжения E1…Е6 поступают от модулей МЭ1, МЭ2, МЭ3, МЭ4, МЭ5, МЭ6, которые между собой включены последовательно так, что полюс модуля МЭ1 с отрицательной полярностью подключен к клемме "земля", общей для всего устройства, с положительного полюса модуля МЭ1 посредством полюса 111 напряжение E1 поступает на вход блока коммутации импульсов БКИ, этот полюс также соединен с отрицательным полюсом модуля МЭ2, напряжение E2 = 2E1 с полюса 112 поступает на вход блока БКИ, аналогично модулю МЭ1 соединяются модули МЭ2…МЭ6 блока БМЭ.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2761183C1

Генератор синусоидального напряжения на основе ядерной энергетической установки 2020
  • Гаврилов Леонид Петрович
RU2735021C1
Генератор синусоидального напряжения с синтезатором импульсов разной полярности на основе ЯЭУ 2020
  • Гаврилов Леонид Петрович
RU2734725C1
Способ управления преобразователем постоянного напряжения в переменное многоступенчатое 1991
  • Пузаков Александр Владимирович
  • Баранов Александр Николаевич
  • Глазков Валерий Геннадиевич
SU1835121A3
0
SU182185A1
WO 2013023248 A1, 21.02.2012
US 3509378 A1, 28.04.1970.

RU 2 761 183 C1

Авторы

Гаврилов Леонид Петрович

Даты

2021-12-06Публикация

2021-06-02Подача