Система заряда индуктивного накопителя

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, для заряда двухсекционного индуктивного накопителя энергии. Система построена на основе двухсекционного накопителя , двух коммутаторов, источника переменного тока, выпрямительного моста, линейного дросселя, конденсатора и блокирующего вентиля. 2 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, для заряда двухсекционного индуктивного, преимущественно сверхпроводящего или криорезистивного, накопителя.

Цель изобретения уменьшение удельной массы системы и увеличения скорости заряда индуктивного накопителя.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предлагаемой системы; на фиг.2а, б эквивалентные схемы заряда секций индуктивного накопителя.

Система заряда индуктивного накопителя содержит источник 1 переменного тока, первый вывод которого соединен со средним выводом индуктивного накопителя 2, первый вывод которого через первый коммутатор 3, второй вывод через второй коммутатор 4 соответственно соединены с первой и второй шинами 5 и 6 выхода выпрямительного моста (ВМ) 7, параллельно которому подключен блокирующий вентиль 8, конденсатор 9, первая обкладка которого соединена с первой шиной входа ВМ 7, линейный дроссель 10, включенный между второй шиной входа ВМ и вторым выводом источника 1 переменного тока, соединенный с второй обкладкой конденсатора, причем индуктивное сопротивление линейного дросселя 10 на частоте источника 1 переменного тока выбирается равным емкостному сопротивлению конденсатора 9.

Система работает следующим образом.

Когда напряжение U источника 1 переменного тока отрицательно (потенциал его второго вывода выше потенциала первого вывода), импульс зарядного тока протекает через верхнюю секцию индуктивного накопителя 2 по цепям (см. фиг. 2,а): источник 1 конденсатор 9 и линейный дроссель 10 вентили ВМ 7 шина 5 ВМ 7 коммутатор 3 верхняя секция индуктивного накопителя 2 источник 1.

Когда напряжение U источника 1 положительно (потенциал его первого вывода выше потенциала второго вывода), импульс зарядного тока протекает через нижнюю секцию индуктивного накопителя 2 по цепям (см. фиг.2,б): источник 1 нижняя секция индуктивного накопителя 2 коммутатор 4 шина 6 ВМ 7 вентили ВМ 7 конденсатор 9 и линейный дроссель 10 источник 1. Описанный выше цикл заряда индуктивного накопителя 2 повторяется циклически с частотой изменения выходного напряжения U источника 1 переменного тока, причем при отрицательных полупериодах изменения напряжения U источника 1 ток через конденсатор 9 и линейный дроссель 10 протекает в одну сторону, а при положительных полупериодах изменения напряжения U источника 1 в другую сторону. Следовательно, конденсатор 9 с емкостью С и линейный дроссель 10 с индуктивностью L₁₀образуют в предлагаемой системе параллельный колебательный RLC-контур. Блокирующий вентиль 8 служит для замыкания и сглаживания токов секций индуктивного накопителя 2 через всю его обмотку, а также для замыкания начального тока I_зо заряда индуктивного накопителя 2 при его последующих зарядах, если заряд его на импульсную нагрузку предполагается производить не полностью.

Если выбрать параметры этого колебательного RLC-контура так, чтобы индуктивное сопротивление линейного дросселя 10 ωL₁₀ на круговой частоте ω= 2π f источника 1 было равно емкостному сопротивлению 1/(ωc) конденсатора 9 на той же круговой частоте источника 1, где f частота изменения напряжения источника 1 переменного тока, то параллельный RLC-контур будет настроен в резонанс токов, а ток секций индуктивного накопителя 2 на линейном участке экспоненты их заряда будет изменяться по закону i_з≈I_зо + 4Qk_mU_mt_з/L, (1) где Q/R₁₀ + R_пв + R₉ добротность параллельного RLC-контура, настроенного в резонанс токов; R₁₀ и R₉ активное сопротивление линейного дросселя 10 и конденсатора 9; R_пв среднее сопротивление одного вентиля ВМ 7 в проводящем направлении; R_m Uo/Um≈1/π ≈0,318 отношение постоянной составляющей выпрямленного ВМ 7 напряжения U_o к амплитуде U_m напряжения источника 1; t_з текущее время заряда индуктивного накопителя, изменяющееся при его заряде от начального I_зо до максимального I_зm тока от нуля до t_зк; L индуктивность всего индуктивного накопителя 2.

Сомножитель учитывает, что индуктивность каждой секции индуктивного накопителя 2 с учетом взаимоиндуктивной связи верхней и нижней секций составляет половину индуктивности L всего накопителя, т.е. L/2, а примерно равные выпрямленные токи конденсатора 9 и линейного дросселя 10 после выпрямления ВМ 7 суммируются.

При заданном максимальном токе i_з I_зm заряда индуктивного накопителя 2, определяемом параметрами импульсной нагрузки и одинаковом для предлагаемой и базовой систем, определенное из выражения (1) время заряда индуктивного накопителя 2 от начального I_зо до максимального I_зmтока t_зк I_зm(1-k)L/(4Qk_mU_m), (2) где k I_зо/I_зm относительный начальный ток заряда индуктивного накопителя 2, нормированный по максимальному току I_зm его заряда.

Так как добротность Q параллельного резонансного колебательного контура может изменяться от 2 до 15, при относительно низкой стандартной амплитуде U_m 130 В напряжения первичного однофазного источника переменного тока и следующих остальных параметрах: k 0,707, L 12 Гн, I_зm 586 А, Q 3 и k_m U_o/U_m 1/π≈0,318, вполне возможен ускоренный заряд индуктивного накопителя 2 предлагаемой системы за время t_зк 1,75 с без применения специального повышающего трансформатора, который обязательно необходим в базовой системе прототипа, так как при указанных выше параметрах и частоте источника 1 _f= 50 Гц, амплитуда линейных напряжений трехфазного источника переменного тока специального повышающего трансформатора прототипа U_mл 1790 В, а время заряда индуктивного накопителя 2 прототипа составит t_зкпр 20 с.

Физически возможность ускоренного заряда индуктивного накопителя за время t_зк 1,75 с в 11,4 раза меньше, чем в базовом объекте t_зкпр 20 с объясняется увеличением скорости передачи энергии Р_зср L(I_зm ²- -I_зо²)/2t_зк ≈Е_пи/Е_зк из источника 1 переменного тока в индуктивный накопитель 2 в t_зкпр/t_зк 11,4 раза за счет усиления выпрямленного ВМ 7 тока RC и RL ветвей параллельного резонансного колебательного контура в 4Qk_m раз.

Исключение специального повышающего трансформатора из состава системы существенно (в несколько раз) уменьшает ее удельную массу по средней зарядной мощности Р_зср, индуктивного накопителя 2.

Следовательно, удельная масса предлагаемой системы по средней зарядной мощности Р_зср индуктивного накопителя 2 существенно (в несколько раз) уменьшается по сравнению с базовой системой прототипом путем исключения из состава системы специального повышающего трансформатора, а также сокращения в 11,4 раза времени заряда индуктивного накопителя 2 за счет увеличения в 11,4 раза скорости передачи энергии из источника 1 переменного тока в индуктивный накопитель 2.

Формула изобретения

СИСТЕМА ЗАРЯДА ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ, содержащая источник переменного тока, первый вывод которого соединен со средним выводом индуктивного накопителя, первый вывод которого через первый коммутатор, второй вывод через второй коммутатор соответственно соединены с первой и второй шинами выхода выпрямительного моста, параллельно которому подключен блокирующий вентиль, конденсатор, первая откладка которого соединена с первой шиной входа выпрямительного моста, отличающаяся тем, что, с целью снижения удельной массы системы и увеличения скорости заряда индуктивного накопителя, в нее введен линейный дроссель, включенный между второй шиной выхода выпрямительного моста и вторым выводом источника переменного тока, соединенный с второй обкладкой конденсатора, причем индуктивное сопротивление линейного дросселя на частоте источника переменного тока выбирается равным емкостному сопротивлению конденсатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2