Система высоковольтного электропитания с резервированием Советский патент 1986 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для бесперебойного питания высоковольтной электрической и радиоэлектронной аппаратуры различного назначения, предназначенной, в частности для эксплуатации в вакууме.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение диапазона рабочих токов.

На фиг,1 представлена функциональная схема системы высоковольтного электропитания с резервированием; на фиг.2 - принципиальная и конструктивная схема высоковольтного электрода.

Система содержит первичный источник 1 питания, соединенный через коммутирующие элементы 2 с высоковольтными источниками 3, к выходам которых подключены высоковольтные электроды 4, имеющие вогнутую сферическую поверхность. Управляющие входы коммутирующих элементов 2 соединены с. выходами регистра 5 сдвига, управ ляющий вход которого соединен с выходом тактового генератора 6, а запрещающий вход - с выходом блока 7 анализа напряжения, вход которого соединен с потребителем 8 высокого на пряжения. Потребитель 8 высокого напряжения соединен через гибкий соединитель 9 с полым сфе 1ическим высоковольтным электродом 10, выполненным из ферромагнитного материала и уста новленным симметрично относительно высоковольтных электродов 4. Выходы коммутирующих элементов 2 соединены с цепями питания соответствующих генераторов 11, выходы которых подключены к первым емкостным электродам 12, установленным против вторых емкостных электродов 13. Вторые емкостные э.пектроды 13 электроизолированы от электродов 4 высоковольтных источников питания с помощью изоляторов 14 и соединены с резонансньм контуро 15j состоящим из катушки индуктивности и конденсатора и через вьтрями- тель 16 с обмоткой электромагнита 17 якорь которого установлен на вогнуто сферической поверхности электродов 4 Параллельно обмотке электромагнита подключен конденсатбр 18.

Предлагаемая система высоковольтного электропитания с резервированием работает следующ1ш образом.

В исходном состоянии при выключенно первичном источнике 1 питания высокое

1

5

0

5

напряжение на электродах 4 отсутствует, между поверхностями электродов 4 и 10 отсутствуют электростатические силы и польм сферический электрод 10 под действием упругой силы гибкого соединителя 9 находится в нейтральном состоянии (на одинаковом расстоянии от электродов 4),

При подаче питания на одном из выходов регистра 5 сдвига возникает высокий уровень напряжения (1) и соответствующий коммутирующий элемент 2„ у ггравляющий вход которого соединен с этим выходом, открыт. Напряжение первичного источника 1 питания поступает на вход соответствующего высоковольтного источника 3, к выходу которого подключен электрод 4 и цепь питания соответствующего генератора 11 высокой частоты. Под действием электростатических сил высоковольтный электрод 10 притягивается к соот- ветствуюш,ему электроду 4. Однако в момент касания поверхностей электродов электростатическая сила исчезает, так как потенциалы электродов 10 и 4 становятся одинаковыми.

Удержание электродов в замкнутом состоянии осуществляется следующим Q образом

Напряжение высокой частоты от со- ответствзтощего генератора 1 1 через емкостный промежуток, образованньм первым 12 и вторым 13 емкостными электродами, индуцирует в резонансном контуре 15 высокочастотное напряжение,, которое преобразуется выпрямителем 16 в постоянный ток, поступающий в обмотку электромагнита 17. Возникающая в сердечнике электромагнитная с;ш1а 4 удерж вает электроды

10и 4 в замкнутом состоянии. Так как зазор между электродами в их замкнутом состоянии практически отсутствует, то сила, необходимая для их удержания, оченъ незначительна, а, следовательно, мощность генератора

11и расход энергии на их питание также незначитель 1ы и практически не сказываются на энергопотреблении всей системы.

Если напряжение включенного в данный момент времени высоковольтного источника 3 питания соответствует норме, то на выходе блока 7 анализа напряжения потребителя формируется сигнал, запирагаций регистр 5 сдвига, при этом импульсы тактового генератора 6 не вызыЕ1ают изменения его логического

5

0

5

0

5

3

состояния о Потребитель 8 напряжения

оказьшается подключенным к соответствующему высоковольтному источнику

3питания,

В случае отказа источника 3 высокого напряжения или изменения его выходного напряжения больше установленных норм блок 7 анализа выходного напряжения формирует разрешающий сигнал, подаваемый на запрещающий вход регистра 5 сдвига, который сдвигается под действием импульсов тактового генератора 6 на один такт, при этом на том выходе регистра 5 сдвига, на котором отсутствовал высокий уровень напряжения, возникает низкий уровень напряжения (О), которьй закрывает ранее открытый коммутирующий элемент 2 и прерьтает цепь питания ранее включенного высоковольтного источника 3 и соответствующего генератора 11. Одновременно на следующем выходе регистра 5 сдвига появляется высокий уровень напряжения, которьй открывает следующий коммутирующий элемент 2 и подключает следующий высоковольтный источник 3 к первичному источнику 1 питания. При отключении ранее включенного высоковольтного источника 3 питания и генератора 11 исчезает электростатическая и электромагнитная силы между поверхностями электродов 4 и 10, польй сферический высоковольт- ньй электрод 10 под действием силы упругости соединителя 9 возвращается в нейтральное состояние, а под действием электростатической силы, создаваемой выходным напряжением следующего включенного высоковольтного источника 3, притягивается-К соответствующему высоковольтному электроду

4и удерживается в замкнутом состоянии вследствие включения соответст-- вующего генератора 11. Выходное напряжение включенного высоковольтного источника 3 поступает к потребителю 8 и на блок 7 анализа выходного напряжения, который формирует запрещающий сигнал, поступающий на регистр

5сдвига. Импульсы тактового генератора 6 прекращают сдвиг регистра 5;

В случае отказа второго высоковольтного источника 3 питания или выхода его рабочего напряжения за пределы нормы процесс коммутации повторяется и включается следующий высоковольтный источник 3 питания, сферический высоковольтньй электрод 10

15

20

315604

притягивается к высоковольтному электроду 4, подключенному к его выходу, и т,д,

Частота генераторов 11 не оказьта- ет влияния на нормальное функционирование системы и выбирается исходя из габаритов емкостных электродов 12 и 13 и резонансного контура 15 (чем Bbmie частота генераторов, тем .(. меньше габариты этих элементов). Поэтому частота генераторов и резонансного контура выбирается в пределах 80-100 кГц, в результате чего обеспечиваются малые габариты элементов 12, 13 и 15 и низкий уровень радиопомех от генераторов различным радиоприемным устройствам,

В предлагаемой системе высоковольтного электропитания с резервированием вследствие оптимального использования комбинации электростатических сил для коммутации высоковольтных электродов и электромагнитных сил для удержания их в замкнутом J состоянии значительно расширен диапазон рабочих токов и повышена надежность.

Наиболее эффективно использование предлагаемого технического решения в широком иапазоне потребляемых мощностей в различных вакуумных системах, в частности на борту космических аппаратов при использовании естественного космического вакуума.

Кроме того, изобретение может быть 5 использовано при проведении долговременных физических экспериментов в вакуумных электрофизических и технологических установках, требующих бесперебойного снабжения высоким напря- жением в широком диапазоне изменения потребляемой мощности.

Формула изобретения

5 Система высоковольтного электропитания с резервированием, содержащая источник первичного питания и п па-. р аллельных цепей, каждая из которых состоит из высоковольтного источника,

0 соединенного с первичным источником через коммутирующий элемент высоковольтного источника, а через коммутирующий элемент потребителя - с потребителем, к шинам которого подключен

5 блок анализа напряжения потребителя, причем управляющие входы коммутирующего элемента высоковольтного источника питания соединены с выходами

0

регистра сдвига, управляющий вход которого соединен с выходом тактового генератора, а запрещающий вход - с выходом блока анализа напряжения потребителя, коммутирующий элемент потребителя содержит п подключенных к высоковольтным источникам питания электродов и подключенньй к потребителю через гибкий соединитель полый сферический электрод, установленный симметрично между электродами высоковольтных источников питания, отличающаяся тем, что, с целью повьшения надежности и расширения диапазона рабочих токов, в нее введены п генераторов и п первых емкостных электродов, в каждый из электродрв высоковольтного источника питания введены второй емкостный электрод, электроизолированный от

электрода высоковольтного источника, электромагнит, якорь которого установлен на вогнутой сферической поверхности электрода высоковольтного источника, и резонансный контур, сое- диненньш с поверхностью электрода высоковольтного исто чника и вторым ем- костнь5м электродом, к которому через вьтрямитель подсоединен один вывод обмотки электромагнита, второй вывод которой соединен с поверхностью электрода высоковольтного источника, причем цепи питания п генераторов соединены с выходами соответствующих коммутирующих элементов высоковольтных источников, а выходы подключены к п первым емкостным электродам, установленным соответственно против каждого из п вторых емкостных электродов .

Система высоковольтного электропитания с резервированием может быть использована для бесперебойного питания высоковольтной электрической и , радиоэлектронной аппаратуры различного назначения, предназначенной в частности, для эксплуатации в вакууме. В предложенной системе высоковольтного электропитания с резервированием за счет оптимального использования комбинации электростатических сил для коммутации высоковольтных электродов и электромагнитных сил для удержания их в замкнутом состоянии расширяется диапазон рабочих токов и повышается наде:кность. Это достигается введением п генераторов 11, п емкостных электродов 12, и, кроме того, в каждый из электродов высоковольтного источника питания введены второй емкостный электрод 13, электроизолированный от электрода высоковольтного источника, и резонансный контур. Удержание электродов в замкнутом состоянии происходит когда напряжение высокой частоты от соответствующего генератора 11 через емкостный промеж-уток, образованный емкостными электродами 12 и 13, индуцирует в резонансном контуре высокочастотное напряжение, которое преобразуется выпрямителем в постоянный ток, поступающий в обмотку электромагнита. Возникающая в сердечнике электромагнита электромагнитная сила удерживает электроды 10 и 4 в замкнутом состоянии. Так как зазор между электродами в их замкнутом состоянии практически отсутствует, то сила, необходимая для удержания их, очень незначительна, а следовательно, мощность генераторов 11 и расход энергии на их питание также незначительны . 2 ил. с 5S (Л to со ел С5

J

Редактор Л.Пчелинская

Составитель Г.ДамсКая

Техред Г.Гер(5ерКорректор А.Ференц

Заказ 2658/55 Тиралс 612Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород ул. Проектная, 4

Фи..2.