Способ управления устройством для питания импульсной нагрузки Советский патент 1984 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсно технике и может быть использовано для питания мощных импульсных нагрузок, например модуляторов мощных радиолокационных станций, с практически неизменным в течение импульса напряжением.

Известен способ управления устройством для питания мощной импульсной нагрузки от заряженной импульсной формируквдей линии через последова-; тельно соединенные п коммутаторов в виде динисторов, запираемых по аноду при котором динисторы включают общим запускающим сигналом, прикладываемым сразу ко всем последовательно соединенным динисторам, а выключают обратным напряжением импульсной нагрузки .или путем самопогасания при приближении прямого тока к нулю t 1 .

Недостатки указанного способа заключаются в большом времени включени и выключения динисторов, которое превышает время выключения тиристоров и в изменении напряжения на импульсной нагрузке в широких пределах (от максимального до нуля), что применительно к модулятору мощной радиолокационной станции значительно снижает КПД преобразования энергии импульсной формирующей линии в энергию заданной СВЧ и уменьшает коэффициент использования емкостного накопителя.

Наиболее близким к предлагаемому является способ управления устройством для питания импульсной нагрузки, например модулятора мощной радиолокационной станции, от заряженного емкостного накопителя энергии через вакуумно дуговой размыкающий коммутатор с поджигающим электродом и катушкой магнитного управления, заключающийся в том, что формируют запускающий импульс напряжения на поджигаюпщй электрод, измеряют мгновенное значение напряжения на емкостном накопителе, сравнивают его с заданным значением и при их равенстве формируют импульс тока в катущке магнитного управления, которая своим магнитным полем прерывает дугу между электродами вакуумно-дугового коммутатора. Достоинства способа в сравнительно малом времени включения и выключения вакуумно-дугового размыкающего коммутатора, примерно в сто раз меньше, чем время выключения

тиристоров и динисторов и в значительном повьппении КПД преобразования энергии емкостного накопителя импульсной формир тощей линии в энергию заданной СВЧС2:.

Недостатком известного способа является сравнительно малый коэффициент использования емкостного накопителя энергии импульсной формирующе линии, который не может превысить значения

Kg 4(йи/и„)/(1+ди/и,), (1)

где ди/и - максимальная относительная погрешность поддержания заданног номинального напряжения U на импульной нагрузке, что приводит к увеличению удельных обьема, массы и стоимости емкостного накопителя, и изменению напряжения на импульсной нагрузк

Цель изобретения - уменьшение удельных объема, массы и стоимости емкостного накопителя путем повьшения коэ(|)фициента его использования при поддержании на импульсной нагрузке практически неизменного напряжения.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу управления устройством для питания импульсной нагрузки, например модулятора радиолока:дионной станции, от заряженного емкостного накопителя энергии через вакуумно-дуговой размыкающий коммутатор с поджигающим электродом и катушкой магнитного управления, заключающемуся в том, что формируют запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод, измеряют мгновенное значение напряжения на емкостном накопителе, сравнивают его v с заданным значением и при их равенстве формируют импульс тока в катушке магнитного управления, которая своим магнитным полем прерывает дугу между электродами вакуумно-дугового размыкающего коммутатора, измеряют ток в катушке магнитного управления и его производную по времени, в момент достижения его максимального значения подают запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод упомянутого коммутатора, параметры цепи питания катушки магнитного управления подбирают таким образом, чтобы ток управления i,, в ней изменялся от максимального-значения I

ут

до нуля за относительное время t/Tf 1 где f :; С Гц - постоянная времени, Сц - емкость емкостного накопителя; - сопротивление импульсной нагрузки, по закону 1fl-t/h| и выбором величины максимального тока У1;равления обеспечива ют равенство в начальный момент вре мени при t/ сопротивления ваку умно-дугового размыкающего коммутатора сопротивлению импульсной нагрузки, а в момент равенства нулю тока управления при отрицательной производной его по времени формирую импульс тока fi катушке магнитного управления, прерывающий дугу между электродами вакуумно-дугового комму татора. На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего способ. Устройство содержит первичньш источник 1 электрической энергии, блоки 2 и 3 заряда емкостного накопителя и линейного конденсатора управления, соединенные с первичным источником 1 электрической энергии, положительную 4 и отрицательную 5 выходные клеммы, к которым подключены соответствующие выводы емкостного накопителя 6 и блока 2 его заряда вакуумио-дуговой размыкающий коммутатор 7 с поджигающим электродом 8 и катушкой магнитного управления, которая имеет выводы 9 и 10, анод . которого связан с положительной входной клеммой 4, импульсная нагруз ка 1 i , включенная методу отрицательно входной клеммой и катодом вакуумнодугового размыкающего коммутатора 7 замыкающий коммутатор 12 управления с поджигающим - управляющим электродом 13, например вакуумно-дуговой коммутатор, резистор 14, линейный конденсатор 15 управления, дополнительные резистор 16, нелинейный конденсатор I7 управления и замыкающий коммутатор 18 управления, с поджигающим - управляющим электродом, напри мер вакуумно-дуговой коммутатор, и блок 19 контроля напряжений и управления вакуумно-дуговыми коммутаторам Линейный конденсатор 15 управления подключен одной своей обкладкой чере резистор 14 к аноду замыкающего коммутатора 12 управления, катод которого связан с выводом 9 катушки магнитного управления, соединенной свои выводом 10 с второй обкладкой линейкого конденсатора 15 управления. Дополнительный нелинейный конденсатор 17 управления одной своей обкладкой соед1шен через дополнительньш резистор 16 с анодом дополнительного замыкающего коммутатора 18 управления, катод которого подключен к выводу 9 катушки магнитного управления, связанной своим выводом 10 со второй обкладкой нел шейного конденсатора 17 управления. Устройство работает следующим образом. После заряда от первичного источника I электрической энергии через блоки 2 и 3 заряда емкостного накопителя 6 и линейного 15 и нелинейного 17 конденсаторов управления на подлшгающий - управляющий электрод 20 замыкающего коммутатора 18 управления, которым может быть вакуумнодуговой коммутатор, подают запускающий импульс напряжения, который инициирует дугу ме;ду электродами замыкающего коммутатора 18 управления. Происходит колебательный разряд нелинейного конденсатора 17 на катушку магнитного управления коммутатора 7 по цепи: конденсатор 17, резистор 16, коммутатор 18, вывод 9,катушка магнитного управления вакуумно-дугового размыкающего коммутатора 7, вывод 10, конденсатор 17, Когла ток управления i,, первой полуволны достигает своего максимального значения i-.j-, с коммутатора 18, который определяетмаксимум тока управления, например, по паденшо напряжения на резисторе 16, подают запускающий импульс напряжения на поджигаюпзий электрод 8 вакуумно-дугового размыка ощего коммутатора 7. Между электродамивакуумнодугового размыкающего коммутатора 7 воз никнет дуга и происходит разряд емкостного нат опителя 6 на сопротивление импульсной нагрузки по цепи: емкостный накопитель б, клемма 4, ваку мно-дуговой размыкающий коммутатор 7, на грузка II, клемма 5, емкостньш накопитель 6. Так как параметры цепи разряда нелинейного конденсатора управления подобраны таким образом, чтобы относительный ток управления изменялся от своего мaкcIiмaльнoгo значе ния нуля за относительное время разряда У 1 , где.„ постоянная времени, а максимальньпЧ ток управления 1, обеспечивает равенство сопротивления вакуумно-дугового размыкающего коммутатора 7 . сопротивлению импульсной нагрузки г в начальный момент времени разряда емкостного накрпителя 6 (при t/r- ), то при разряде емкостного накопителя 6 на сопротивление импульсной нагрузки 1I на последней поддерживаетс в течение разрядного импульса неизмедное оптимальное напряжение (U,i 0,5исд,где ис,д-начальное разрядное напряжение емкостного накопителя 6, при котором обеспечивают максимальный коэффициент использования емкостного накопителя 6 ,522, Когда ток управления i,, в катушке магнитного управления коммутатора 7 приближается к нулю, с блока 19 управления подается запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод замыкающего коммутатора 12 управления, которым может быть вакуумно-дуговой коммутатор, и между электродами последнего возникает. дуга, через которую происходит разря линейного конденсатора 15 управления на катушку магнитного управления вакуумно-дугового размыкающего коммутатора 7 по цепи конденсатор 15, резистор 14, вакуумно-дуговой коммутатор 12, вывод 9, катушка магнитного управления, вьшод 10, конденсатор 15. Параметры цепи разряда линей ного конденсатора 15 управления подобраны таким образом, чтобы максимальный ток его разряда 1,- создавал в межэлектродном пространстве вакуумно-дугового размыкающего коммутато ра 7 магнитное поле с индукцией В, несколько превышающей предельную индукцию 2п Магнитное поле управле ния с индукцией Bj, создаваемое током разряда линейного конденсатора 15 управления, гасит дугу и вакуумНС-дуговой размыкающий коммутатор 7, отключает импульсную нагрузку 11 от емкостного накопителя 6. Затем вновь следует заряд емкостного накопителя 6 и линейного 15 и нелинейного 17 конденсаторов управления до требуемых напряжений и описанный вьше разряд емкостного накопителя 6 на сопротивление импульсной нагрузки I1, при котором на нагрузке поддерживается примерно неизменное оптимальное напряжение (U)(,5Uj, , соответствующее максимальному козффициенту использования емкостного накопителя 6 ,522. При одинаково полезной энергии, вьщеляемой на сопротивлегсии импульсной нагрузки 1, относительный вытпр™псобъеме Vnp/Vf,. игрыш в массе -„, /С в предлагаемом и стоимости С„ способе по сравнению с прототипом равен отношению коэффициента использования емкостного накопителя в предлагаемом способе Kg 0,522 и коэффициенту использования емкостного накопителя, импульсной формирующей линии в прототипе Крц (1) „ ELnfi. Xl. 9ж, Й,522(1 +ди/и„Г д UU/UH Например, при приемлемой относительной погрешности поддержания напряжения на сопротивлении импульсной нагрузки ШПР Vnf ЯЯР ди/и„ + 0,05. т.е. масса, объем и стоимость емостного накопителя в предлагаемом способе примерно в 2,9 раза меньше ассы, объема и стоимости емкостного накопителя импульсной формирующей инии в прототипе.

СПОСОБ УПРАВЛЕНР1Я УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ПИТАНИЯ И1-ШУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ, например модулятора радиолокационной станции, от заряженного емкостного накопителя через вакуумно-дуговой размыкающий коммутатор с поджигающим электродом и катушкой магнитного . управления, заключающийся в том, что формируют запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод, измеряют мгновенное значение-напряжения на емкостном накопителе, сравнивают его с заданньш значением и при их равенстве формируют импульс тока в катушке магнитного управления, которая своим магнитным полем прерьшает дугу между электродами вакуумно-дуго вого размыкающего коммутатора, о т личающийся тем, что, с целью уменьшения удельных , массы и стоимости емкостного накопителя путем повьш1ения коэффициента его использования при поддержании на импульсной нагрузке практически неизменного напряжения, измеряют ток в катушке магнитного управления и его производную по времени, а в момент достижения его максимального значения подают запускающий импульс напряжения на поджигающий электрод упомянутого коммутатора, параметры цепи питания kaTytnKH магнитного управления подбирают таким образом, чтобы ток управления i. в ней изменялся от максимального значения ДО нуля за относительное время t/Ск 1 , где f(C, г - постоянная времени, CH - емкость емкостного накопителя; TK - сопротивление импульсной нагр7 зки, по закону 1,/Ь,акс l-t/T , и выбором величины максимального тока управления обеспечивают равенство в начальный момент времени при t/f 0 conpOTJ-галения вакуумно-дугового размыкающего коммутатора сопротивлению импульсной нагрузки, а в момент равенства нулю тока управления при отрицательной производной его по времени формируют импульс тока в катушке магнитного управления, прерывающий дугу между электродами вакуумно-дугового размыкающего коммутатора.