Импульсный источник питания Советский патент 1983 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в различных устройствах, потребляющих электрическую энергию в виде кратковременных импульсов большой мощности, например, в установках для создания кратковременных сильных магнитных полей при исследованиях в ядерной физике. Известны импульсные источники питания, содержащие автономный приводной двигатель, синхронный генератор с регулятором возбуждения, выпрямитель, емкостной накопитель, подключенный к импульсной нагрузке с блоком поджига 1. В известном импульсном источнике питания мгновенная потребляемая мощность является переменной и, следовательно, переменным является момент нагрузки приводного двигателя. Так как приводной двигатель для синхронного генератора выбирается исходя из условия сохранения работоспособности при максимальном механическом моменте нагрузки, то колебания мощности и момента нагрузки генератора требуют увеличения установленной массы и габаритов приводного двигателя, увеличения запаса прочности валов приводят к снижению запаса устойчивости в автоматической системе стабилизации частоты вращения приводного двигателя, что является недостатком этих источников питания. Наиболее близким по технической сущности является импульсный источник питания, содержащий автономный приводной двигатель, синхронный генератор с регулятором возбуждения, выпрямитель, параллельно которому подключены датчик напряжения, емкостной накопитель и импульсная нагрузка с блоком поджига, обеспечивающий стабилизацию мощности зарядки емкостного накопителя путем использования в регуляторе возбуждения сигнала, пропорционального зарядной мощности (умножение в датчике Холла сигналов тока и напряжения заряда) 2. Однако известный импульсный источник питания обладает большой маесой и габаритами и имеет низкую надежность ввиду наличия импульсного воздействия на валы автономного и приводного двигателя и- синхронного генератора, что связано с недостаточным быстродействием (ин ерцио 1ностью) системы возбуждения синхронного ге-„ нератора и неспособностью к стабилизации момента нагрузки автономного приводного двигателя в переходных режимах и во время междуразрядных пауз, что приводит к значительным колебаниям электромагнитного момента синхронного генератора. Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов и увеличение надежности. Поставленная цель достигается тем, что в импульсный источник питания, содержащий автономный приводной двигатель синхронного генератора с регулятором возбуждения, причем выход синхронного генератора соединен с входом выпрямителя, имеющего управляющий вход и выход, параллельно .которому подключены датчик напряжения с выходом, емкостный накопитель и импульсная нагрузка с блоком поджига, дополнительно введены генератор циклического напряжения, первый сумматор с двумя входами и выходом и последовательно соединенные датчик частоты вращения, дифференциатор, второй сумматор с тремя входами и выходом и формирователь импульсов управления, при этом вход генератора циклического напряжения соединен с выходом блока поджига импульсной нагрузки, а выход - с первым входом первого сумматора и с третьим входом второго сумматора, выход датчика напряжения подключен к второму входу первого сумматора и второму входу второго сумматора, датчик частоты вращения установлен на валу синхронного генератора, а выход формирователя импульсов управления соединен с управляющим входом выпрямителя. Структурная схема предлагаемого устройства представлена на чертеже. Устройство включает синхронный генератор 1, выпрямитель 2, датчик 3 напряжения, емкостный накопитель 4, импульсную нагрузку 5, регулятор 6 возбуждения, блок 7 поджига, генератор 8 циклического напряжения, первый сумматор 9, второй сумматор 10, датчик 11 частоты вращения, дифференциатор 12, формирователь 13 импульсов управления, а также автономный приводной двигатель 14. Импульсный источник питания работает следующим образом. Начало зарядки емкостного накопителя 4 характеризуется внезапным коротким замыканием, приводящим к резкому броску момента сопротивления (а следовательно, „ частоты вращения) автономного приводного двигателя 14, что фиксируется датчиком 11 частоты вращения, затем сигнал дифференцируется в дифференциаторе 12 и поступает к первому входу второго сумма ра 10, на выходе которого появляется управляющий сигнал, поступающий к формирователю 13 импульсов управления. Последний имеет на выходе сигнал управления углом регулирования выпрямителя 2, приводит к изменению среднего значе выпрямленного тока, направленному на то, чтобы разница уровней напряжений получаемого от датчика напряжения 3 и получаемого генератора 8 от циклического напряжения оказалась равной нулю. Одновременно в системе регулирования импульсного источника питания происходит следующее: запускается генератор 8 циклического напряжения, в связи с чем на входах первого 9 и второго 10 сумматоров появляются сигналы рассогласования межДУ эталонным выходным сигналом генераора 8 циклического напряжения и напряжением емкостного накопителя 4 (от датчика 3 напряжения). При этом на выходах сумматоров 9 и 10 появляются управляющие сигналы, воздействующие на регулятор возбуждения 6 и формирователь 13 импульсов управления, что приводит к одновременному воздействию на напряжение емкостного накопителя 4 по двум каналам (через регулятор возбуждения 6 и выпрямитель 2). Указанное воздействие в конечном счете максимально уменьшает разницу сигналов и стабилизирует момент нагрузки автономного приводного двигателя 14, причем благодаря наличию генератора 8 циклического напряжения к заданному моменту времени напряжение емкостного накопителя 4 достигает заданной предразрядной величины. В указанный момент, времени от блока 7 поджига подается сигнал на включение импульсной нагрузки 5 и происходит разрядка емкостного накопителя 4 до определенного остаточного напряжения. Последующий запуск генератора циклического напряжения 8 (начало зарядки емкостного накопителя 4) синхронизирован с прохождением сигнала от блока 7 поджига импульсной нагрузки. Импульсный источник питания обеспечивает стабилизацию потребляемой мощности, а следовательно, и момент нагрузки автономного приводного двигателя 14 в течение времени зарядки емкостного накопителя 4. Кроме того, в моменты подключения и разрядки емкостного накопителя 4 обеспечивается отрицательная обратная связь по ускорению вала автономного приводного двигателя 14, осуществляя дополнительную стабилизацию электромагнитного момента синхронного генератора 1. Необходимость управления по двум каналам (по цепи возбуждения и по цепи выпрямителя) обусловлена следующими обстоятельствами. Управление по цепи выпрямителя обладает малой инерционностью, так как синхронная частота генератора намного превосходит частоту следования зарядныхразрядных циклов. Однако при отсутствии канала регулирования по возбуждению основная по времени часть зарядного процесса происходила бы с большим диапазоном изменения угла регулирования выпрямителя, что вызвало бы существенное снижение КПД и увеличение массы синхронного генератора в связи с воздействием высших гармоник фазных токов и напряжений. Стабилизация потребляемой импульсным источником питания мощности осуществляется не только в течение времени зарядки емкостного накопителя, но и в переходных режимах, а также, во время послеразрядных пауз, длительность которых может изменяться произвольным (случайным) обрадом. Постоянство потребляемой импульсным источником питания мощности означает постоянство момента нагрузки автономного приводного двигателя, что позволяет снизить установленную мощность, массу и габариты последнего. Немаловажным в этом смысле является и то, что в качестве автономного приводного двигателя 14 может быть использован экономичный (с точки зрения удельного расхода топлива) дизельный двигатель, который критичен к броскам момента на валу.

ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИ ТАНИЯ, содержащий автономный приводной двигатель синхронного генератора с регулятором возбуждения, причем выход синхронного генератора соединен с входом выпрямителя, имеющего управляющий вход и выход, параллельно которому подключены Х 5 i 1з,п9 датчик напряжения с выходом, емкостной накопитель и импульсная нагрузка с блоком поджига, отличающийся тем, что, с целью уменьщения массы и габаритов и увеличения надежности, в него введены генератор циклического напряжения, первый сумматор с двумя входами и выходом и последовательно соединенные датчик частоты вращения, дифференциатор, второй сумматор с тремя входами и выходом и формирователь импульсов управления, при этом вход генератора циклического напряжения соединен с выходом блока поджига,, а выход - с первым входом первого сумматора и с третьим входом второго сумматора, выход датчика напряжения подключен к второму входу первого сумматора и к второму входу второго сумматора, датчик частоты вращения установлен на валу синхронного генератора, а выход формирователи импульсов управления соединен с управляющим входом выпрямителя.