Система питания импульсного индуктивного накопителя

Система питания импульсного индуктивного накопителя

Реферат

 

Изобретение относится к импульсной технике и касается систем питания импульсной нагрузки от индуктивного, преимущественно сверхпроводящего или криорезистивного, накопителя энергии, заряжаемого от источника знакопостоянного тока (ИЗПТ) практически неизменных напряжения или ЭДС через трехфазный преобразователь неизменной мощности, преобразуемый при отказе одной из его фаз в двухфазный преобразователь неизменной мощности. Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей системы путем уменьшения установленной мощности ИЗПТ и трансформатора преобразователя напряжения (ПН) за счет увеличения коэффициента их использования по мощности и увеличения надежности системы. Система содержит ИЗПТ, три одинаковых ПН с трансформаторным выходом, индуктивный накопитель (ИН), датчик тока, управляемый размыкающий коммутатор, три одинаковых токоограничивающе-дозирующих блока (ТДБ) с тремя входными и двумя выходными клеммами у каждого, ТДБ содержит токоограничивающе-дозирующий конденсатор, зарядный тиристор, подзарядный вентиль, линейный дроссель, блокирующий вентиль, шунтирующий тиристор, дополнительный датчик тока, блок управления, дополнительный блок управления системой. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и касается систем питания импульсной нагрузки от индуктивного, преимущественно сверхпроводящего или криорезистивного, накопителя энергии, заряжаемого от источника знакопостоянного тока (ИЗПТ) практически неизменных напряжения или ЭДС через трехфазный преобразователь неизменной мощности, преобразуемый при отказе одной из его фаз в двухфазный преобразователь неизменной мощности.

Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей системы путем уменьшения установленной мощности ИЗПТ и трансформатора преобразователя напряжения (НП) за счет увеличения коэффициента их использования по мощности и увеличение надежности системы.

Система содержит ИЗПТ, выходные шины которого соединены с входами трех одинаковых НП с трансформаторными выходами, индуктивный накопитель (ИН), выходные шины которого связаны через управляемый замыкающий коммутатор с импульсной нагрузкой, датчик тока, управляемый размыкающий коммутатор, три одинаковых токоограничивающе-дозирующих блока (ТДБ) с тремя входными и двумя выходными клеммами у каждого ТДБ содержит токоограничивающе-дозирующий конденсатор, зарядный тиристор, подзарядный вентиль, линейный дроссель, индуктивность которого определяется приведенным в формуле изобретения выражением, блокирующий вентиль, шунтирующий тиристор, дополнительный датчик тока и блок управления, дополнительный блок управления системой, причем оптимальное отношение части витков W_o вторичной обмотки трансформатора НПко всем ее виткам W определяется приведенным в отличительной части формулы изобретения выражением.

На фиг. 1 приведена схема системы питания импульсного индуктивного накопителя согласно изобретению; на фиг. 2 - схема управления токоограничивающе-дозирующим блоком; на фиг. 3 - схема выполнения дополнительного блока управления системой; на фиг. 4 - эквивалентные схемы заряда токоограничивающе-дозирующего конденсатора через линейный дроссель и индуктивного накопителя через токоограничивающе-дозирующий конденсатор; на фиг. 5 - эпюры токов i_13з1, i_13з2 и i_13з3 при заряде ТДК и токов i₁₄1, i₁₄2 и i₁₄3, при заряде индуктивного накопителя через ТДК; на фиг. 6 - графические зависимости КПД заряда ТДК через линейный дроссель (ЛД) в предлагаемой системе _зс и в прототипе _зспр, идеального коэффициента использования ИЗПТ и трансформаторов преобразователей при заряде ТДК через ЛД в предлагаемой системе К_ипс и в прототипе К_ииспр и при заряде индуктивного накопителя (ИН) через ТДК в предлагаемой системе К_пиL и в прототипе К_ипLпр, практического коэффициента использования ИЗПТ и трансформаторов преобразователей по мощности в предлагаемой системе К_ипm = (К_{ипс зс} + К_{ипL зн})/2 и в прототипе К_ипmпр = (К_{ипспр зспр} + К_{ипLпр зспр})/2 от добротности Q системы при заряде ТДК через ЛД.

Система питания импульсного индуктивного накопителя (фиг. 1) содержит источник 1 знакопостоянного тока с практически неизменным напряжением U const (например, аккумуляторную батарею большой емкости в течение одного заряда индуктивного накопителя 3) или ЭДС E const, эксплуатируемый при условии 2 U/E 0,1, где U - максимальное отклонение напряжения источника 1 от своего номинального значения U_н, с положительной (+) и отрицательной (-) выходными шинами; первый 2.1, второй 2.2 и третий 2.3 одинаковые преобразователи напряжения с трансформаторными выходами, образованными вторичными обмотками трансформаторов преобразователей напряжения с двумя выводами и отводом от части ее витков в каждом, выполненных, например по однофазной нулевой схеме на двух тиристорных ключах К1.1 и К2.1 (К1.2 и К2.2 или К1.3 и К2.3), коммутирующем токи намагничивания трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) конденсаторе С_к (С_к.2 или С_к.3) и трансформаторе; индуктивный, преимущественный сверхпроводящий или криорезистивный, накопитель 3 энергии с двумя выводами; положительную 4 и отрицательную 5 выходные шины системы, между которыми через управляемый замыкающий коммутатор 6 типа тиристорного ключа или управляемого разрядника подключена импульсная нагрузка 7, один вывод которой соединен с положительной выходной шиной 4 системы и с одним выводом индуктивного накопителя 3; первый 8.1, второй 8.2 и третий 8.3 одинаковые токоограничивающе-дозирующие блоки (ТДБ), каждый с тремя входными клеммами: первым и вторым выводами вторичных обмоток 9.1, 10.1 и отводом от части витков вторичной обмотки преобразователя 2 и двумя выходными клеммами 11.1 и 12.1 (11.2 и 12.2 или 11.3 и 12.3), включающие в себя токоограничивающе-дозирующий конденсатор (ТДК) 13.1 (13.2 или 13.3), зарядный тиристор 14.1 (14.2 или 14.3), подзарядный вентиль 15.1 (15.2 или 15.3), линейный дроссель 16.1 (16.2 или 16.3), включенный между анодом подзарядного вентиля 15.1 (15.2 или 15.3) и первой входной клеммой 9.1 (9.2 или 9.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3), блокирующий вентиль 17, включенный между объединенными первыми выходными клеммами 11.1, 11.2, 11.3 и объединенными вторыми выходными клеммами 12.1, 12.2, 12.3, ТДБ 8.1, 8.2, 8.3, анодом к последним, шунтирующий тиристор 18.1 (18.2 или 18.3), катод которого подключен к отводу вторичной обмотки преобразователя ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3), блок 19.1 (19.2 или 19.3) управления с восемью выводами и дополнительный датчик тока 20.1 (20.2 или 20.3), включенный силовыми клеммами между второй выходной клеммой 12.1 (12.2 или 12.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3) и точкой соединения его первой входной клеммы 9.1 (9.2 или 9.3) с одним из выводов линейного дросселя 16.1 (16.2 или 16.3), управляемый размыкающий коммутатор 21.1 с управляющим механизмом 21.2; датчик тока 22 с двумя силовыми и двумя потенциальными клеммами и дополнительный блок 23 управления системой с двадцатью тремя выводами. Положительные входы первого 2.1, второго 2.2 и третьего 2.3 преобразователей напряжения объединены и подключены к положительной выходной шине источника 1. Отрицательные входы первого 2.1, второго 2.2 и третьего 2.3 преобразователей напряжения объединены и подключены к отрицательной выходной шине источника 1. Объединенные первые выходные клеммы 11.1, 11.2 и 11.3 ТДБ 8.1, 8.2 и 8.3 через управляемый размыкающий коммутатор (УРК) 20.1 подключены к отрицательной выходной шине 5 системы, связанной через датчик тока 21 с другим выводом индуктивного накопителя 3. Объединенные вторые выходные клеммы 12.1, 12.2 и 12.3 ТДБ 8.1, 8.2 и 8.3 подключены к положительной выходной шине 4 системы. Первый вывод преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) соединен со второй входной клеммой 10.1 (10.2 или 10.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3) и анодом зарядного тиристора 14.1 (14.2 или 14.3), второй вывод преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) - с первой входной клеммой 9.1 (9.2 или 9.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3), а отвод от части витков вторичной обмотки преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) - с третьей входной клеммой ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3). Первый вывод блока 19.1 (19.2 или 19.3) управления связан с третьей входной клеммой ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3), а второй вывод блока 19.1 (19.2 или 19.3) управления - с первой входной клеммой 9.1 (9.2 или 9.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3). Третий и четвертый выводы блока 19.1 (19.2 или 19.3) управления подключены к управляющему электроду и катоду зарядного тиристора 14.1 (14.2 или 14.3), катод которого соединен с анодом шунтирующего тиристора 18.1 (18.2 или 18.3) и первым выводом ТДК 13.1 (13.2 или 13.3). Пятый и шестой выводы блока 19.1 (19.2 или 19.3) управления подключены к управляющему электроду и катоду шунтирующего тиристора 18.1 (18.2 или 18.3). Второй вывод токоограничивающе-дозирующего конденсатора (ТДК) 13.1 (13.2 или 13.3) связан с катодом подзарядного вентиля 15.1 (15.2 или 15.3) и первой выходной клеммой 11.1 (11.2 или 11.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3). Первый и второй выводы дополнительного блока 23 управления системой связаны с потенциальными клеммами датчика 22 тока, а третий и четвертый его выводы - с положительной и отрицательной выходными шинами источника 1. Пятый и шестой выводы дополнительного блока 23 управления системой соединены с управляющими электродами первого К1.1 и второго К2.1 тиристорных ключей первого преобразователя 2 напряжения, седьмой и восьмой его выводы - с управляющими электродами первого К1.2 и второго К2.2 тиристорных ключей второго преобразователя 2.2 напряжения, а девятый и десятый его выводы - с управляющими электродами первого К1.3 и второго К2.3 тиристорных ключей преобразователя 2.3 напряжения. Одиннадцатый и двенадцатый выводы дополнительного блока 23 управления системой связаны с потенциальными клеммами дополнительного датчика 20 тока ТДБ 8, тринадцатый и четырнадцатый его выводы - с потенциальными клеммами дополнительного датчика 20.2 тока ТДБ 8.2, а пятнадцатый и шестнадцатый его выводы - с потенциальными кламмами дополнительного датчика 20.3 тока ТДБ 8.3. Семнадцатый и восемнадцатый выводы дополнительного блока 23 управления системой связаны с управляющим (поджигающим) электродом и катодом управляемого замыкающего коммутатора 6, а его девятнадцатый, двадцатый и двадцать первый выводы - с тремя выводами управляющего механизма 21.2 управляемого размыкающего коммутатора 21.1. Двадцать второй и двадцать третий выводы дополнительного блока 23 управления системой подключены к седьмому и восьмому выводам блоков 19.1, 19.2 и 19.3 управления. При этом оптимальная индуктивность L линейного дросселя 16.1 (16.2 или 16.3) определяется выражением: L - L_рт, (1) где С - емкость ТДК 13.1 (13.2 или 13.3); f - частота изменения выходных напряжений трансформаторов преобразователей 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения; L_рт - индуктивность рассеяния трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения; Q= /(R_иo+R_лд+R_пв+R_шт - добротность системы при заряде ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) через линейный дроссель 16.1 (16.2 или 16.3) с активным сопротивлением R_LD; R_ио - внутреннее сопротивление источника 1 и преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения, приведенное к первой 9.1 (9.2 или 9.3) и третьей входным клеммам ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3); R_пв и R_шт - среднее значение сопротивления подзарядного вентиля 15.1 (15.2 или 15.3) и шунтирующего тиристора 18.1 (18.2 или 18.3) ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3) в проводящем направлении.

Управляющие импульсы пятого и шестого, седьмого и восьмого, девятого и десятого выводов дополнительного блока 23 управления системой k первому 2.1, второму 2.2 и третьему 2.3 преобразователям напряжения в исправной системе сдвинуты относительно друг друга на электрический угол /3 и образуют трехфазную систему, а при отказе одной из фаз такой трехфазной системы в оставшихся двух исправных фазах системы - на электрический угол /2 и образуют двухфазную систему, причем отношение части витков W_o вторичной обмотки трансформатора из преобразователей 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения между отводом с и вторым выходным выводом упомянутого преобразователя напряжения ко всем виткам W вторичной обмотки определяется выражением: = + , (2) где _зL - КПД системы при заряде индуктивного накопителя 3 через ТДК 13.1 (13.2 или 13.3); k = l_зо/l_зm - отношение начального тока I_зо последующих зарядов индуктивного накопителя 3 к максимальному току I_зm его заряда.

Блок 19.1 (19.2 или 19.3) управления, примерная схема которого и его подключение между входными и выходными клеммами ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3) приведены на фиг. 2, содержит импульсный трансформатор 24 управления с первичной и вторичной обмотками; двоичный счетчик 25 первых двух положительных полупериодов изменения выходного напряжения трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения, когда потенциал клеммы 9.1 (9.2 или 9.3) выше потенциала третьей входной клеммы ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3); управляющий запираемый тиристор 26, первый диод 27, второй диод 28, делитель выходного напряжения трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) на двух резисторах 29 и 30, параллельно резистору 30 которого включена первичная обмотка импульсного трансформатора 24 управления; источник 31 стабилизированного напряжения трансформатора с двумя выходными клеммами 32 и 33 для питания двоичного счетчика 25 и дополнительного блока 23 управления системой. Один конец вторичной обмотки импульсного трансформатора 24 управления связан через диод 28 с управляющим электродом шунтирующего тиристора 18.1 (18.2 или 18.3) и с одним входом двоичного счетчика 25, а другой ее конец - с катодом шунтирующего тиристора 18.1 (18.2 или 18.3) и через диод 27 - с другим входом двоичного счетчика 25, два выхода которого подключены к управляющему переходу управляющего запираемого тиристора 26.

Дополнительный блок 23 управления системой, примерная схема которого и его подключение к управляющим переходам первого К1.1, К1.2 и К1.3 и второго К2.1, К2.2, К2.3 первого 2.1, второго 2.2 и третьего 2.3 преобразователей напряжения, к потенциальным клеммам датчика тока 22, к потенциальным клеммам дополнительных датчиков 20.1, 20.2 и 20.3 тока, к управляющему (поджигающему) электроду и катоду управляемого замыкающего коммутатора 6, к трем выводам управляющего механизма 21.1 управляемого размыкающего коммутатора 21.2 к положительной и отрицательной выходным шинам источника 1, приведенные на фиг. 3, содержит стабилизатор 31 напряжения источника 1 с двумя выходными клеммами 32 и 33 питания этого блока и блоков 19.1, 19.2 и 19.3 управления; генератор 34 импульусов, например, кварцевого типа; три переключаемых фазосдвигающих устройства 35, 36 и 37, первое 35 из которых в исправной трехфазной предлагаемой системе имеет нулевой сдвиг по фазе и может переключаться на сдвиг по фазе на электрический угол /2; второе устройство 36 в исправной трехфазной системе имеет сдвиг по фазе на электрический угол /3 и может переключаться на сдвиг по фазе на элеткрический угол ноль или /2; третье устройство 37 в исправной трехфазной системе имеет сдвиг по фазе на электрический угол 2 /3 и может переключаться на сдвиг по фазе ноль или /2; три одинаковых импульсных трансформатора 38, 39 и 40 с одной первичной обмоткой и двумя вторичными обмотками в каждом; интегрирующе-логический блок 41, включающий в себя три интегрирующих RC зарядно-разрядных цепочки с тремя усилителями и логическое устройство, которое при равенстве выходных напряжений всех трех усилителей одинаковым трем опорным напряжениям не выдает управляющих сигналов, а при отсутствии или значительного отличия напряжения на выходе одного из усилителей от опорного напряжения, когда отказывает одна из фаз системы, выдает управляющие сигналы на переключение двух из переключаемых фазосдвигающих устройств исправных двух фаз системы: одного на эл. угол сдвига по фазе "ноль", а другого - на эл. угол сдвига по фазе /2; компаратор 42 с усилителем и двумя опорными напряжениями, обеспечивающий замыкание управляемого замыкающего коммутатора 6, замыкание и размыкание контактов (через управляющий механизм 21.2) УРК 21.1 и подачу и снятие постоянного запирающего напряжения на тиристоры (с тиристоров) 26 управления блоков 19.1, 19.2 и 19.3 управления. Два входа стабилизатора 31 напряжения источника 1 подключены к положительной и отрицательной выходным шинам источника 1. Выходные клеммы 32 и 33 стабилизатора 31 напряжения источника 1 соединены с двумя входами задающего генератора 34, интегрирующе-логического устройства 41, компаратора 42 и двоичного счетчика 25 в блоках 19.1, 19.2 и 19.3 управления. Один выход задающего генератора 34 через переключаемые фазосдвигающие устройства 35, 36 и 37 подключены к началам первичных обмоток импульсных трансформаторов первой 38, второй 39 и третьей 40 фаз системы, а концы первичных обмоток этих импульсных трансформаторов - непосредственно к другому выходу задающего генератора 34. Вторичные обмотки импульсных трансформаторов 38, 39 и 40 через развязывающие диоды связаны с управляющими электродами тиристорных ключей К1.1 и К2.1, К1.2 и К2.2 и К1.3 и К2.3 первого 2.1, второго 2.2 и третьего 2.3 преобразователей напряжения первой, второй и третьей фаз предложенной системы. Потенциальные клеммы дополнительных датчиков 20.1, 20.2 и 20.3 тока первого 8.1, второго 8.2 и третьего 8.3 ТДБ первой, второй и третьей фаз соответственно связаны с четырьмя входами интегрирующе-логического устройства 41, шесть выходов логических устройств которого соединены с двумя входами каждого из трех переключаемых фазосдвигающих устройств 35, 36 и 37. Два входа компаратора 42 соединены с потенциальными клеммами датчика 22 тока, два его выхода - с управляющим (поджигающим) электродом и катодом управляемого замыкающего коммутатора 6, еще три его выхода - с тремя выводами управляющего механизма 21.2 управляемого размыкающего коммутатора 21.1, а еще два выхода ж и з - с управляющим переходом запираемого тиристора 28 управления блоков 19.1, 19.2 и 19.3 управления ТДБ 8.1, 8.2 и 8.3.

Работа системы. Энергия источника 1 знакопостоянного тока с практически неизменными напряжением U const или ЭДС E const, эксплуатируемого при условии 2 U/E 0,1, где U - максимальное отклонение напряжения источника 1 от своего номинального значения преобразуется првым 2.1, вторым 2.2 и третьим 2.3 преобразователями напряжения первой, второй и третьей фаз системы соответственно в энергию переменного тока с практически неизменным в течение времени полупериода напряжением U_н = Uk_тр const между второй 10 (10.2 или 10.3) и первой 9.1 (9.2 или 9.3) входными клеммами ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3) и U_ио = U k_тро const между первой 9.1 (9.2 или 9.3) и третьей (отводом) входными клеммами ТДБ 8.1 (8.2 или 8.3), где k_тр и k_тро - коэффициенты трансформации трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 между входными клеммами ТДБ 8.1, 8.2 и 8.3, которые в исправной системе на входе в первый 8.1, второй 8.2 и третий 8.3 токоограничивающе-дозирующие блоки сдвинуты по фазе относительно друг друга на электрический угол /3.

При положительном полупериоде изменения выходного напряжения U_ботрансформаторов преобразователей 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения, когда потенциал клеммы 9.1 (9.2 или 9.3) выше потенциала клеммы отвода, импульсный трансформатор 24 управления (фиг.2) открывает по переднему фронту напряжения U_бо шунтирующий тиристор 18 и происходит заряд токоограничивающе-дозирующего конденсатора (ТДК) 13.1 (13.2 или 13.3) с емкостью С через линейный дроссель (ЛД) 16.1 (16.2 или 16.3) с индуктивностью L в квазирезистивном режиме, когда оптимальная (по максимуму КПД заряда ТДК и максимуму идеального коэффициента использования источника 1 и трансформатора преобразователей 2.1, или 2.2, или 2.3 по мощности при заряде ТДК 13.1,или 13.2, или 13.3) индуктивность зарядной цепи L_c = L + L_рт системы определяется выражением: L_c=L+L_рт = , (3) где L_рт - индуктивность рассеяния трансформатора преобразователя 2.1, или 2.2, или 2.3 по цепи (см. фиг. 4, г): трансформатор преобразователя 2.1 (3.2 или 2.3) - клемма 9.1 (9.2 или 9.3) - ЛД 16.1 (16.2 или 16.3) - подзарядный вентиль 15.1 (15.2 или 15.3) - ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) - шунтирующий тиристор 18.1 (18.2 или 18.3) - клемма отвода трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) током U_с=U_ио/(L_c) esint, где = 2 f - круговая частота изменения выходных напряжений трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3; Q= r_c - добротность системы при заряде ТДК через ЛД; r_c = R_ио + R_лд + R_пв + R_шт - активное сопротивление системы при заряде ТДК через ЛД; t - время (остальные обозначения такие же, как и в выражении (1) - до максимального напряжения в конце положительного полупериода (при t = t = / ) U_см=U1+e, когда ток i_с заряда ТДК приближается к нулю и шунтирующий тиристор 18.1 (18.2 или 18.3) естественным образом закрывается (самопогасает).

При первом отрицательном полупериоде изменения выходного напряжения U_ба и U_бс трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) (когда потенциал 10.1 (10.2 или 10.3) выше потенциала клеммы 9.1 (9.2 или 9.3) пропорциональная часть U_бо которого снимается с резистора 30 делителя напряжения U_бо трансформатора и поступает на первичную обмотку импульсного трансформатора 24 управления, с его вторичной обмотки на два входа двоичного счетчика 25 через диод 27 подается положительный импульс напряжения, соответствующий переднему фронту отрицательного полупериода изменения напряжений U_ба и U_бс. Двоичный счетчик 25 отсчитывает первый импульс.

Работа системы при положительнoм полупериоде изменения напряжения U_бс трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) описана выше. При втором отрицательном полупериоде изменения напряжения U_ба и U_бстрансформаторов преобразователей двоичный счетчик 25 описанным путем отсчитывает второй положительный импульс вторичной обмотки импульсного трансформатора 24 управления и, насыщаясь, выдает с двух своих выводов на управляющий переход управляющего запираемого тиристора 26 открывающее напряжение и он открывается. С вторичной обмотки импульсного трансформатора 24 управления через открытый запираемый тиристор 26 на управляющий переход зарядного тиристора 14.1 (14.2 или 14.3) подаются в начале каждого следующего отрицательного полупериода изменения напряжений U_ба и U_бс трансформаторов преобразователей отпирающие импульсы напряжения, и он открывается и остается открытым весь отирцательный полупериод в течение времени t = / . При открытии зарядного тиристора 14.1 (14.2 или 14.3) в любой отрицательный полупериод изменения напряжения U_ба (U_бс) трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 вся вторичная обмотка этих трансформаторов соединяется последовательно-согласно с ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) и от них к выходным шинам 4 и 5 системы прикладывается максимальное суммарное напряжение U_и+U_см=U1+1+eU_ио/U. Под действием этого напряжения через индуктивный накопитель 3 с индуктивностью Lн по цепи (фиг. 8, б): вторичная обмотка трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) - вывод а - клемма 10.1 (10.2 или 10.3) - зарядный тиристор 14.1 (14.2 или 14.3) - ТДК 13.1 (13.2 или 13.2) - клемма 11.1 (11.2 или 11.3) - УРК 21.1 - шина 5 - датчик 22 тока - индуктивный накопитель 3 - шина 4 - клемма 12.1 (12.2 или 12.3) - датчик 20.1 (20.2 или 20.3) тока - клемма 9.1 (9.2 или 9.3) - вывод б - вторичная обмотка трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) будет протекать ток i_LU1+1+eU_ио/Ut/L_н. Этот ток максимален в конце отрицательного полупериода при t = t= / и достигает величины I_LmU1+1+eU_ио/U/(L_н).

В следующий после рабочего отрицательного полупериода положительный полупериод снова происходит заряд ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) до максимального напряжения U_ст, а ток заряда i_з индуктивного накопителя 3, замыкаясь через блокирующий вентиль 17 с весьма малым сопротивлением (порядка тысячной доли Ома) по цепи (см. фиг. 4, б): индуктивный накопитель 3 - шина 4 - клемма 12 - блокирующий вентиль 17 - клемма 11 - УРК 21.1 - шина 5 - датчик 22 тока - индуктивный накопитель 3, суммируется по определенному закону с приращением тока I_Lm подзаряда индуктивного накопителя 3. И т.д. циклически с частотой изменения выходных напряжений U_ба и U_бс трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3. При этом текущий ток i_з заряда индуктивного накопителя 3 определяется по следующему из закона сохранения энергии выражению: i_з= L/, где t_з - текущее время заряда индуктивного накопителя (ИН) 3 от начального тока I_зо до тока i_з; k = I_зо/I_зm - относительный начальный ток заряда ИН 3, нормированный по максимальному току I_зm его заряда, а заряд индуктивного накопителя 3 происходит в режиме неизменной средней за период изменения напряжений U_ба и U_бс трансформаторов преобразователей 2.1 (2.2 или 2.3) потребляемой от источника 1 мощности.

Когда ток заряда индуктивного накопителя 3 достигнет заданного максимального значения i_з=I_зm=I/, где t_зк - конечное время заряда ИН 3 от начального I_зо до максимального I_зm тока, усиленное усилителем компаратора 42 падение напряжения на сопротивлении R_ш датчика 22 тока (например шунта) U_ш = R_ш Iзm становится равным опорному напряжению v_om компаратора 42, и компаратор 42 выдает постоянный управляющий импульс напряжения на управляющий переход запираемого тиристора 26 управления, который закрывает этот тиристор и прекращает подачу положительных импульсов вторичной обмотки импульсного трансформатора 24 управления на открытие зарядного тиристора 14.1 (14.2 или 14.3). Процесс заряда индуктивного накопителя 3 прекращается. Одновременно с компаратора 42 дополнительного блока 23 управления системой подается открывающий (поджигающий) импульс управления на управляющий (поджигающий) электрод и катод управляемого замыкающего коммутатора 6, например, типа тиристорного ключа, и он открывается, а на управляющий механизм 21.2 управляемого размыкающего коммутатора (УРК) 21.1 - импульс тока, размыкающий контакты УРК 21.1. Управляемый размыкающий коммутатор 21.1 размыкает свои контакты и накопленная в индуктивном накопителе 3 энергия передается через управляемый замыкающий коммутатор 6 в мощную импульсную нагрузку 7. Когда ток в импульсной нагрузке 7 достигает величины начального тока заряда ИН 3, усиленное усилителем компаратора 42 падение напряжения на датчике 22 тока (шунте) U_mo = R_ш I_зо становится равным второму опорному напряжению U_оокомпаратора 42, и последний подает управляющий импульс тока на управляющий механизм 21.2 УРК 21.1, который замыкает свои контакты и запирающий импульс напряжения с управляющего перехода запираемого тиристора 26 управления снимается, и он открывается выходным сигналам насыщенного двоичного счетчика 25. Происходит следующий описанный выше цикл заряда индуктивного накопителя 3 от начального I_зо до максимального I_зm тока и его последующий заряд на импульсную нагрузку 7. И т.д. циклически.

Из оптимального для работы каждой из трех фаз системы (каждая фаза состоит из преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) напряжения и токоограничивающе-дозирующего блока 8.1 (8.2 или 8.3) условия равенства средней относительной мощности трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) при заряде ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) через ЛД 16.1 (16.2 или 16.3) P_{* сср}=P_сср/P_н = (i_c/I_пн)(U_по/U_и)dt и при заряде индуктивного накопителя 3 через ТДК 13.1 (13.2 или 13.3).

P_{* нср}=P_нср/P_н = (i_L/I_ин)dt (P_*ccp P_*нср) где Р_н = U_ин I_ин - номинальная мощность трансформатора при его номинальных токе I_ин и напряжении U_ин U_и, с учетом выведенного нами из уравнения баланса энергии системы выражения для емкости ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) нами выведено соотношение для определения оптимального отношения выходных напряжений U_но/U_и трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3), равного отношению части витков W_o вторичной обмотки трансформатора преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3) между отводом О и вторым выводом б упомянутого преобразователя ко всем виткам W вторичной обмотки: +, (4) где _зL = 1/[1 + 1/(3f _Lн)] (5) - КПД системы при заряде ИНЗ через ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) _Lн = L_н/r_н - постоянная времени системы r_н R_оп + R_зт + R_ин + R_урк - активное сопротивление системы при заряде индуктивного накопителя 3 через ТДК 13.1 (13.2 или 13.3); R_он - приведенное к входным клеммам 10.1 (10.2 или 10.3) и 9.1 (9.2 или 9.3) ТБД 8,1 (8,2 или 8,3) внутреннее сопротивление источника 1 и преобразователя 2.1 (2.2 или 2.3); R_зт - среднее значение сопротивления зарядного тиристора 14.1 (14.2 или 14.3) в проводящем направлении; R_ин - активное сопротивление индуктивного накопителя 3, которое для сверхпроводящего индуктивного накопителя (СПИН) 3 равно нулю (R_ин 0), а для охлаждаемого жидким или кипящим водородом тороидального криорезистивного индуктивного накопителя (КРИН) 3 R_ин = L_н/_Lн', _Lн' L_н/R_ин 40-70 с - постоянная времени КРИН 3; R_урк (1-3) ^. 10^-4 Ом - активное сопротивление замкнутых контактов управляемого размыкающего коммутатора 21.1.

Рассчитанная по выведенному нами выражению графическая зависимость КПД предложенной системы _зс при заряде ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) через ЛД 16.1 (16.2 или 16.3) и КПД прототипа _зспр (_{зспр зс}) при заряде ТДК 13 через ЛД 16 от добротности Q системы приведена на диаграмме фиг.6.

Рассчитанная по выражению (5) графическая зависимость КПД предложенной системы _зL при заряде индуктивного накопителя 3 через ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) и КПД прототипа _зLпр (_{зLпр зL}) от добротности Q системы приведена на фиг.6.

Рассчитанная по выведенному нами выражению для эпюр токов i_13.1, i_13.2 и i_13.2 заряда ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) через линейный дроссель 16.1 (16.2 или 16.3) (фиг. 5, а) графическая зависимость идеального коэффициента использования источника 1 и трансформаторов преобразователей 2.1 (2.2 или 2.3) по мощности К_инс, под которым понимается отношение средней мощности этих источников к их максимальной мощности, от добротности Q системы приведена на фиг. 6. Для сравнения там же приведена графическая зависимость идеального коэффициента использования источника 1 и трансформатора преобразователя 2 прототипа по мощности К_инспр при заряде ТДК 13 через ЛД 16 от добротности Q системы. Видим, что при Q 2 К_инс = 0,720 = const, а К_инстр 0,637 = const.

Рассчитанная по выведенному нами выражению для эпюр токов i_14.1, i_14.2 и i_14.3 предложенной системы при подзаряде индуктивного накопителя 3 через ТДК 13.1 (13.2 или 13.3) (см. фиг. 5, б) графическая зависимость идеального коэффициента использования источника 1 и трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 по мощности К_инL от добротности Q системы приведена на фиг. 6. Там же для сравнения приведена графическая зависимость идеального коэффициента использования источника 1 и трансформатора преобразователя 2 прототипа по мощности К_инLпр при заряде ИН 3 через ТДК 13 от добротности Q системы. Видим, что при Q 2K_ииL 0,667const, а К_инLпр = 0,5 = const.

Практический коэффициент использования источника 1 и трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 по мощности К_ипm при заряде индуктивного накопителя 3 через описанный трехфазный преобразователь неизменной мощности (ТПИМ), под которым понимается отношение средней зарядной мощности ИН 3 Р_зср = L_н (I_зm² - I_зо²)/(2t_зк) Е_пи/t_зк к максимальной мощности Р_m источника 1 и трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 Р_трm (Р_трm Р_m), определяется выражением: К_ипm = Р_зср/Р_m = (К_{ипc зс} + К_{ипL зL})/2, (6) а практический коэффициент использования источника 1 и трансформатора преобразователя 2 прототипа по мощности К_ипmпр при зaряде индуктивного накопителя 3 через однофазный преобразователь неизменной мощности (ОПИМ) - выражением: К_ипmпр = Р_зср/Р_mпр = = (К_{ииспр зспр} + К_{инLпр зLпр})/2 (7) Рассчитанные по выражениям (6) и (7) графические зависимости практического коэффициента использования источника 1 и трансформаторов преобразователей 2.1, 2.2 и 2.3 предложенной системы К_ипm и источника 1 и трансформатора преобразователя 2 прототипа К_ипmпр по мощности от добротности Q системы приведены на фиг. 6. Видим, что при увеличении добротности Q системы от 4 до 20 К_ипm монотонно увеличивается от 0,552 до 0,668, а К_ипmпр монотонно увеличивается от 0,413 до 0,558.

Так как максимальная установленная мощность источника 1 и трансформаторов 2.2, 2.3 и 2.3 Р_m Р_трm = Р_зср/К_ипm обратно пропорциональна практическому