RU1841316C - Hydroacoustic transmission path power supply system - Google Patents

Hydroacoustic transmission path power supply system Download PDF

Info

Publication number
RU1841316C
RU1841316C SU0003184740A SU3184740A RU1841316C RU 1841316 C RU1841316 C RU 1841316C SU 0003184740 A SU0003184740 A SU 0003184740A SU 3184740 A SU3184740 A SU 3184740A RU 1841316 C RU1841316 C RU 1841316C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
power supply
voltage
hydroacoustic
Prior art date
Application number
SU0003184740A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ашот Араратович Алексанян
Владимир Александрович Александров
Александр Олегович Афанасьев
Василий Александрович Галахов
Михаил Захарович Гельман
Эвелина Валентиновна Дегусарова
Original Assignee
Акционерное общество Концерн "Океанприбор"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество Концерн "Океанприбор" filed Critical Акционерное общество Концерн "Океанприбор"
Application granted granted Critical
Publication of RU1841316C publication Critical patent/RU1841316C/en

Links

Images

Abstract

FIELD: hydroacoustic engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of hydroacoustic engineering and electrical engineering and is intended for use as a power supply system for high-power devices in pulsed operation. The power supply device of the hydroacoustic transmission path contains a rectifier and a capacitive storage device connected in series, the input terminals of the rectifier through a thyristor key are connected to the terminals for connecting an alternating voltage source, a control pulse generator, the output of which is connected to the control input of the thyristor key. At the same time, a control circuit for the turn-on delay of the thyristor key is introduced, containing a zero organ, two prohibition circuits, two R-S counters, a trigger and a high-frequency pulse generator.
EFFECT: increased reliability in the pulse mode.
1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустической техники и электротехники и предназначено для использования в качестве системы электропитания устройств большой мощности в импульсном режиме работы.The present invention relates to the field of hydroacoustic engineering and electrical engineering and is intended for use as a power supply system for high power devices in a pulsed mode of operation.

Известны системы электропитания, например, описанные в книге Ю.С. Русина "Электропитание гидроакустической аппаратуры", Л.: Судостроение, 1986 г., содержащие силовой трансформатор, первичная обмотка которого соединена с шинами переменного напряжения (220 В, 50 Гц) первичного электропитания, а вторичная обмотка через выпрямитель и емкостный накопитель с шинами электропитания гидроакустического передающего тракта (ГАПТ). Недостатком известных устройств являются большие габариты и вес из-за использования низкочастотного трансформатора (частота изменения напряжения первичной электросети 50 Гц). Кроме того, применение известных устройств в ГАПТ большой мощности (до 2…4 кВт во время излучения сигнала) со скважностью работы более 20…50 приводит к ухудшению энергетических характеристик аппаратуры из-за протекания через первичную обмотку трансформатора тока холостого хода (х.х.) в паузе между посылками.Power supply systems are known, for example, those described in the book by Yu.S. Rusina "Power supply of hydroacoustic equipment", L .: Shipbuilding, 1986, containing a power transformer, the primary winding of which is connected to the AC voltage buses (220 V, 50 Hz) of the primary power supply, and the secondary winding through a rectifier and a capacitive storage device with hydroacoustic power supply buses transmitting path (GAPT). The disadvantage of the known devices are large dimensions and weight due to the use of a low-frequency transformer (the frequency of change of the voltage of the primary power supply is 50 Hz). In addition, the use of known devices in high-power GAPT (up to 2 ... 4 kW during signal emission) with a duty cycle of more than 20 ... 50 leads to a deterioration in the energy characteristics of the equipment due to the flow through the primary winding of the idle current transformer ) in the pause between messages.

Указанные недостатки ограничивают область применения таких устройств в гидроакустических комплексах автономного действия с ограниченным энергоресурсом и жесткими требованиями по тепловыделению передающей аппаратуры.These shortcomings limit the scope of such devices in autonomous hydroacoustic systems with limited energy resources and stringent requirements for heat dissipation of the transmitting equipment.

Известны системы электропитания, например, описанные в пат. США №4217632, 4251857, содержащие первый выпрямитель, входы которого подключены к шинам первичного электропитания, а выходы - через первый емкостный накопитель к шинам электропитания двухтактного транзисторного усилителя, входы которого соединены с формирователем импульсов, а выходы через импульсный трансформатор, второй выпрямитель и второй емкостный накопитель - с шинами электропитания ГАПТ. В таких устройствах транзисторный усилитель работает на высокой частоте переключений (около 5…20 кГц), что позволяет значительно уменьшить габарит выходного импульсного трансформатора. Однако использование известных решений связано с большим усложнением системы электропитания (наличие двух выпрямителей и двух емкостных накопителей), понижением эффективности и надежности работы. В частности, применение транзисторов для управления потоком энергии от первичного источника электропитания требует сложной схемы формирования и предварительного усиления импульсного напряжения. В двухтактном оконечном каскаде возможно протекание сквозных токов транзистор-транзистор, что также связано с понижением надежности устройства. Использование транзисторов для формирования импульсного напряжения в первичной обмотке трансформатора ограничивает уровень выходной мощности системы электропитания, который, как правило, не превышает 0,5…1 кВт. Таким образом, низкая надежность ограничивает применение транзисторных конверторов в системе электропитания ГАПТ с выходной мощностью во время посылки до 2…4 кВт.Known power supply systems, for example, described in US Pat. US No. 4217632, 4251857, containing the first rectifier, the inputs of which are connected to the primary power supply buses, and the outputs - through the first capacitive storage to the power supply buses of a push-pull transistor amplifier, the inputs of which are connected to the pulse shaper, and the outputs through a pulse transformer, the second rectifier and the second capacitive drive - with power supply buses GAPT. In such devices, the transistor amplifier operates at a high switching frequency (about 5 ... 20 kHz), which can significantly reduce the size of the output pulse transformer. However, the use of known solutions is associated with a greater complexity of the power supply system (the presence of two rectifiers and two capacitive storage), a decrease in efficiency and reliability. In particular, the use of transistors to control the flow of energy from the primary power supply requires a complex scheme for the formation and pre-amplification of the pulsed voltage. In a push-pull terminal stage, through currents can flow transistor-transistor, which is also associated with a decrease in the reliability of the device. The use of transistors to form a pulsed voltage in the primary winding of the transformer limits the output power of the power supply system, which, as a rule, does not exceed 0.5 ... 1 kW. Thus, low reliability limits the use of transistor converters in the GAPT power supply system with an output power of up to 2…4 kW during sending.

Наиболее близким к предлагаемой системе электропитания является система, описанная в пат. W080/01023 МКИ H03F 3/21, Н02М 5/44 (международный патент).Closest to the proposed power supply system is the system described in US Pat. W080/01023 MKI H03F 3/21, H02M 5/44 (international patent).

Устройство-прототип (фиг. 1) содержит силовой трансформатор 2, первичная обмотка которого через тиристорный ключ 1 соединена с шинами первичного электропитания, а вторичная обмотка через выпрямитель 3 и емкостный накопитель 4 подключена к шинам электропитания передающего тракта 5, причем вход управления тиристорного ключа 1 соединен с выходом фазосдвигающей цепи 6, вход которой подключен к соответствующей шине первичного электропитания, а вход управления - к шине эталонного напряжения UЭТ. The prototype device (Fig. 1) contains a power transformer 2, the primary winding of which is connected through the thyristor key 1 to the primary power buses, and the secondary winding through the rectifier 3 and capacitive storage 4 is connected to the power supply buses of the transmission path 5, and the control input of the thyristor key 1 connected to the output of the phase-shifting circuit 6, the input of which is connected to the corresponding primary power bus, and the control input is connected to the reference voltage bus U ET.

Устройство-прототип работает следующим образом. Фазосдвигающая цепь 6 обеспечивает включение тиристорного ключа 1, выполненного на двух встречно-параллельно включенных тиристорах (фиг. 1), в моменты времени tk с фазовым сдвигом относительно переходов через ноль напряжения первичной электросети

Figure 00000001
. Величина Δϕ определяется уровнем эталонного напряжения UЭТ, поступающего на вход управления фазосдвигающей цепи 6, чем обеспечивается требуемый уровень выходного напряжения системы электропитанияThe prototype device works as follows. The phase-shifting circuit 6 ensures the inclusion of the thyristor key 1, made on two back-to-back thyristors (Fig. 1), at times t k with a phase shift relative to zero-crossings of the primary power supply voltage
Figure 00000001
. The value of Δϕ is determined by the level of the reference voltage U ET supplied to the control input of the phase-shifting circuit 6, which ensures the required level of the output voltage of the power supply system

Figure 00000002
Figure 00000002

где KТ - коэффициент трансформации силового трансформатора 2,where K T is the transformation ratio of the power transformer 2,

ЕМ - амплитуда напряжения первичной электросети (Е0≈310 В).E M - the amplitude of the voltage of the primary electrical network (E 0 ≈310 V).

Начиная с момента tk, тиристорный ключ 1 открыт, чем обеспечивается подключение к первичной обмотке трансформатора 2 напряжения первичной электросети и, соответственно, заряд емкостного накопителя до Uвых (1). При переходе через ноль напряжения первичной электросети тиристорный ключ выключается. Как правило, для большой выходной мощности фазовый сдвиг выбирается из условия

Figure 00000003
(при Δϕ=0). При этом вольт-секундная площадь напряжения, поступающего в первичную обмотку трансформатора 2, в два раза меньше вольт-секундной площади полуволны первичной электросети. Указанное обстоятельство позволяет в устройстве-прототипе использовать силовой трансформатор 2 с меньшей индуктивностью первичной обмотки и тем самым уменьшить габарит силового трансформатора 2. Наличие тиристорного ключа 1 позволяет использовать устройство-прототип в качестве системы электропитания передающего тракта в импульсном режиме работы. Обеспечив выключение тиристорного ключа 1 в паузе между посылками, можно устранить потери, вызванные протеканием тока холостого хода и повысить эксплуатационный КПД системы.Starting from the moment t k , the thyristor key 1 is open, which ensures the connection to the primary winding of the transformer 2 of the primary voltage and, accordingly, the charge of the capacitive storage to U out (1). When the voltage of the primary power grid passes through zero, the thyristor key turns off. As a rule, for a large output power, the phase shift is chosen from the condition
Figure 00000003
(for Δϕ=0). In this case, the volt-second area of the voltage supplied to the primary winding of the transformer 2 is two times less than the volt-second area of the half-wave of the primary power grid. This circumstance allows the prototype device to use a power transformer 2 with a lower inductance of the primary winding and thereby reduce the size of the power transformer 2. The presence of a thyristor key 1 allows the use of the prototype device as a power supply system for the transmission path in a pulsed mode of operation. By ensuring that the thyristor switch 1 is turned off in a pause between bursts, it is possible to eliminate the losses caused by the flow of no-load current and increase the operational efficiency of the system.

Вместе с тем устройство-прототип выгодно отличается от известных устройств (пат. США №4217632, №4251857), использующих транзисторные ключевые элементы. Использование в прототипе тиристорного ключа позволяет обеспечить управление потоком энергии большого уровня мощности (до 2…4 кВт) при сравнительно простой схеме устройства.However, the prototype device compares favorably with known devices (US Pat. US No. 4217632, No. 4251857), using transistor key elements. The use of a thyristor key in the prototype makes it possible to control the flow of energy at a high power level (up to 2...4 kW) with a relatively simple device circuit.

Основным недостатком устройства-прототипа является большая амплитуда токов при включении устройства, величина которых может более чем в 5…10 раз превышать амплитуду номинального рабочего тока. Отмеченный недостаток обусловлен подключением напряжения заданной величины через тиристорный ключ 1, трансформатор 2 и выпрямитель 3 на емкостный накопитель, напряжение которого в начальный момент включения равно нулю. Указанное обстоятельство, особенно при импульсном режиме работы передающего тракта 5, приводит к периодической работе устройства-прототипа в режиме токовой перегрузки, что связано со значительным понижением надежности устройства-прототипа и ограничивает его применение для электропитания ГАПТ большого уровня мощности.The main disadvantage of the prototype device is the large amplitude of the currents when the device is turned on, the value of which can be more than 5...10 times the amplitude of the rated operating current. The noted drawback is due to the connection of a voltage of a given value through a thyristor key 1, a transformer 2 and a rectifier 3 to a capacitive storage, the voltage of which at the initial moment of switching on is zero. This circumstance, especially in the pulsed mode of operation of the transmission path 5, leads to periodic operation of the prototype device in the current overload mode, which is associated with a significant decrease in the reliability of the prototype device and limits its use for powering the HAPT of a high power level.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности в импульсном режиме работы. Поставленная цель достигается в известном устройстве, содержащем силовой трансформатор, первичная обмотка которого через тиристорный ключ соединена с шинами первичного электропитания, а вторичная обмотка через выпрямитель и емкостный накопитель подключена к шинам электропитания передающего тракта, посредством введения в его состав управляемой схемы задержки, опорного генератора, накопителя, ограничителя, дифференцирующего устройства и дополнительного трансформатора, первичная обмотка которого соединена с шинами первичного электропитания, а вторичная обмотка через последовательно соединенные ограничитель и дифференцирующее устройство подключена к входу синхронизации накопителя и к входу управляемой схемы задержки, вход синхронизации которой соединен с выходом опорного генератора, выход - со входом управления тиристорного ключа, а разрядные входы управления соединены с разрядными выходами накопителя, установочный вход которого соединен с шиной сигнала управления.The aim of the present invention is to improve the reliability in the pulsed mode of operation. This goal is achieved in a known device containing a power transformer, the primary winding of which is connected through a thyristor key to the primary power buses, and the secondary winding through a rectifier and a capacitive storage device is connected to the power supply buses of the transmitting path, by introducing into its composition a controlled delay circuit, a reference oscillator, an accumulator, a limiter, a differentiating device and an additional transformer, the primary winding of which is connected to the primary power supply buses, and the secondary winding, through a limiter and a differentiating device connected in series, is connected to the synchronization input of the accumulator and to the input of a controlled delay circuit, the synchronization input of which is connected to the output of the reference oscillator, the output is connected to the control input of the thyristor switch, and the bit control inputs are connected to the bit outputs of the accumulator, the installation input of which is connected to the control signal bus.

Введение новых блоков и связей в состав известного устройства позволило в предлагаемой системе электропитания обеспечить заряд емкостного накопителя в режиме постоянного тока, тем самым уменьшить ток включения, величина которого превосходит значение номинального рабочего тока более чем на 20…30%. Тем самым в предлагаемом устройстве устраняются токовые перегрузки при импульсном режиме работы, чем достигается повышение надежности его работы. Совокупность вновь введенных блоков и связей ранее в устройствах рассматриваемого класса не использовалась, следовательно, предлагаемое устройство имеет новые признаки, применение которых приводит к достижению положительного эффекта.The introduction of new blocks and connections in the composition of the known device made it possible in the proposed power supply system to ensure the charge of the capacitive storage in the direct current mode, thereby reducing the switching current, the value of which exceeds the value of the rated operating current by more than 20 ... 30%. Thus, in the proposed device, current overloads are eliminated in the pulsed mode of operation, thereby increasing the reliability of its operation. The set of newly introduced blocks and links was not previously used in devices of this class, therefore, the proposed device has new features, the use of which leads to a positive effect.

На фиг. 1 и фиг. 2 приведены структурные схемы устройства-прототипа и предлагаемого устройства, а на фиг. 3 иллюстрируются эпюры напряжений, поясняющие работу заявляемой системы электропитания.In FIG. 1 and FIG. 2 shows block diagrams of the prototype device and the proposed device, and Fig. 3 illustrates voltage diagrams that explain the operation of the inventive power supply system.

Предлагаемое устройство (фиг. 2) содержит тиристорный ключ 1, трансформатор 2, выпрямитель 3, емкостный накопитель 4, выходы которого подключены к шинам электропитания передающего тракта 5, дополнительный трансформатор 6, ограничитель 7, дифференцирующее устройство 8, управляемую схему задержки 10, накопитель 9 и опорный генератор 11.The proposed device (Fig. 2) contains a thyristor key 1, a transformer 2, a rectifier 3, a capacitive storage 4, the outputs of which are connected to the power supply buses of the transmitting path 5, an additional transformer 6, a limiter 7, a differentiating device 8, a controlled delay circuit 10, a storage 9 and reference oscillator 11.

Функциональные схемы дифференцирующего устройства 8, накопителя 9 и управляемой схемы задержки 10 приведены на фиг. 4. Тиристорный ключ 1 предназначен для управления потоком энергии от первичной электросети через трансформатор 2 и выпрямитель 3 в емкостный накопитель 4. Тиристорный ключ 1 обеспечивает подключение первичной обмотки трансформатора 2 к первичному напряжению электропитания Un с момента tk поступления на вход управления тиристорного ключа 1 импульсного напряжения U10 (tu≈20…50 мкс) с выхода управляемой схемы задержки (фиг. 3). Выключение тиристорного ключа 1 происходит при переходе через ноль напряжения первичного электропитания. Тиристорный ключ 1 выполняется на двух встречно-параллельно включенных тиристорах, управляющие электроды которых соединены с гальванически развязанными выходами схемы 10 задержки.Functional diagrams of the differentiating device 8, the accumulator 9 and the controlled delay circuit 10 are shown in FIG. 4. Thyristor key 1 is designed to control the flow of energy from the primary power network through transformer 2 and rectifier 3 to capacitive storage 4. Thyristor key 1 connects the primary winding of transformer 2 to the primary power supply voltage U n from the moment t k of thyristor key 1 control input pulse voltage U 10 (t u ≈20...50 μs) from the output of the controlled delay circuit (Fig. 3). Turning off the thyristor key 1 occurs when the primary power supply voltage passes through zero. Thyristor key 1 is performed on two back-to-back thyristors, the control electrodes of which are connected to galvanically isolated outputs of the delay circuit 10.

Силовой трансформатор 2 служит для трансформации напряжения первичной электросети, поступающего на его первичную обмотку через тиристорный ключ 1, в напряжение заданной величины, которое через выпрямитель 3 поступает в емкостный накопитель 4. Трансформатор 2 выполняется на требуемую выходную мощность из решета вольт-секундной площади полуволны первичного напряжения Un.Power transformer 2 is used to transform the voltage of the primary power supply, supplied to its primary winding through the thyristor key 1, into a voltage of a given value, which through the rectifier 3 enters the capacitive storage 4. Transformer 2 is performed at the required output power from the sieve of the volt-second area of the half-wave of the primary voltage U n .

Дополнительный трансформатор 6 служит для обеспечения напряжения вторичного электропитания задающей части системы и выполняется на уровень мощности около 10…20 Вт, и, следовательно, приводит к увеличению габаритов устройства не более чем на 5…10%. Вторичная обмотка трансформатора 6, подключенная ко входам ограничителя 7, используется для выделения переходов через ноль напряжения первичного электропитания.The additional transformer 6 serves to provide the voltage of the secondary power supply to the driving part of the system and is performed at a power level of about 10...20 W, and, therefore, leads to an increase in the dimensions of the device by no more than 5...10%. The secondary winding of the transformer 6, connected to the inputs of the limiter 7, is used to highlight the zero crossings of the primary power supply voltage.

Ограничитель 7 служит для преобразования напряжения, поступающего на его входы, в импульсный сигнал U7 типа меандр, фронт и спад которого определяется моментами перехода через ноль напряжения Un. Ограничитель 7 может быть выполнен на усилителе-ограничителе с достаточно большим коэффициентом усиления (более 10).The limiter 7 serves to convert the voltage supplied to its inputs into a pulse signal U 7 of the meander type, the front and slope of which is determined by the moments of zero crossing of the voltage U n . The limiter 7 can be made on the amplifier-limiter with a sufficiently large gain (more than 10).

Дифференцирующее устройство 8 предназначено для формирования коротких импульсов U8, временное положение которых совпадает с фронтом и спадом импульсного напряжения U7, формируемого ограничителем 7. Дифференцирующее устройство 8 может быть выполнено, например, в соответствии с функциональной схемой, приведенной на фиг. 4, где короткие импульсы, соответствующие фронту и спаду входного напряжения, поступают на вход через логический сумматор, выполненный на схеме "ИЛИ" (8.3). Накопитель 9 служит для формирования линейно-нарастающего двоичного кода S9 (фиг. 3), поступающего на разрядные входы схемы задержки 10. Накопитель 9 (фиг. 4) выполняется на n-разрядном двоичном счетчике 9.2, установочный вход "R" которого соединен с шиной сигнала управления, а вход синхронизации подключен к выходу схемы "И" (9.1), входы которой соединены с выходом дифференцирующего устройства 8 и выходом старшего разряда двоичного счетчика. Разрядность n двоичного счетчика определяется из условия:The differentiating device 8 is designed to generate short pulses U 8 whose time position coincides with the rise and fall of the pulse voltage U 7 generated by the limiter 7. The differentiating device 8 can be made, for example, in accordance with the functional diagram shown in FIG. 4, where short pulses corresponding to the rise and fall of the input voltage are fed to the input through a logical adder made on the "OR" circuit (8.3). Accumulator 9 is used to form a linearly increasing binary code S 9 (Fig. 3) supplied to the bit inputs of the delay circuit 10. Accumulator 9 (Fig. 4) is performed on an n-bit binary counter 9.2, the installation input "R" of which is connected to control signal bus, and the synchronization input is connected to the output of the "AND" circuit (9.1), the inputs of which are connected to the output of the differentiating device 8 and the output of the high-order bit of the binary counter. The capacity n of a binary counter is determined from the condition:

Figure 00000004
Figure 00000004

где То - период выходного импульсного напряжения опорного генератора 11,where T about - the period of the output pulse voltage of the reference generator 11,

Тп - период первичного напряжения электропитания (Тп≈20 мс).T p - the period of the primary voltage of the power supply (T p ≈20 ms).

Выполнение условия (2) необходимо для нормальной работы управляемой схемы 10 задержки, разрядные входы которой соединены с разрядными выходами накопителя. Управляемая схема 10 задержки выполняется на управляемом n-разрядном двоичном счетчике 10.1, "R-S" триггере 10.2, схеме "И" 10.3, одновибраторе 10.4 и однотактном предварительном усилителе 10.5 с трансформаторным выходом, вторичные обмотки которого подключаются к управляющим входам тиристоров, входящих в состав тиристорного ключа 1. Схема 10 задержки предназначена для формирования импульсов U10 (фиг. 3) включения (tk) тиристоров длительностью tu=20…50 мкс, определяемой одновибратором 10.4, через временной интервал

Figure 00000005
после предшествующего перехода через ноль
Figure 00000006
первичного напряжения электропитания. Длительность интервала τ3 определяется величиной S9 двоичного кода, поступающего с разрядных выходов накопителя 9, который определяет коэффициент деления счетчика 10.1:The fulfillment of condition (2) is necessary for the normal operation of the controlled delay circuit 10, the bit inputs of which are connected to the bit outputs of the drive. The controlled delay circuit 10 is performed on a controlled n-bit binary counter 10.1, an "RS" trigger 10.2, an "AND" circuit 10.3, a single vibrator 10.4 and a single-cycle preamplifier 10.5 with a transformer output, the secondary windings of which are connected to the control inputs of the thyristors that are part of the thyristor key 1. The delay circuit 10 is designed to generate pulses U 10 (Fig. 3) turn on (t k ) thyristors with a duration t u =20...50 μs, determined by a single vibrator 10.4, through a time interval
Figure 00000005
after previous zero crossing
Figure 00000006
primary supply voltage. The duration of the interval τ 3 is determined by the value S 9 of the binary code coming from the bit outputs of the drive 9, which determines the division ratio of the counter 10.1:

Figure 00000007
Figure 00000007

Величина S9 выходного двоичного кода накопителя 9 изменяется по переходам через ноль первичного напряжения электропитания от максимальной величиныThe value S 9 of the output binary code of the drive 9 varies by zero-crossing of the primary voltage of the power supply from the maximum value

Figure 00000008
Figure 00000008

до минимальной величины:to the minimum value:

Figure 00000009
Figure 00000009

Соответственно, длительность задержки τ также изменяется в пределах:Accordingly, the duration of the delay τ also varies within:

τmax=Smax⋅To; τmin=Smin⋅To τ max =S max ⋅T o ; τ min \u003d S min ⋅T o

или с учетом (2):or taking into account (2):

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Причем при отсутствии сигнала управления (Uy=0 фиг. 4) счетчик 9.2 накопителя 9 обнулен, что соответствует максимальной величине двоичного кода на его инверсных выходах S9=Smax, и, следовательно, максимальной задержке τ3п/2-То. При поступлении сигнала управления (Uy=1, фиг. 4) с каждой полуволной первичного напряжения Un питания величина S9 дискретно (на единицу) уменьшается, что соответствует уменьшению времени задержки на величинуMoreover, in the absence of a control signal (U y =0 Fig. 4), the counter 9.2 of the drive 9 is reset, which corresponds to the maximum value of the binary code on its inverse outputs S 9 =S max and, therefore, the maximum delay τ 3 =T p /2- T o . When a control signal arrives (U y =1, Fig. 4) with each half-wave of the primary voltage U n supply, the value of S 9 discretely (by one) decreases, which corresponds to a decrease in the delay time by the value

Figure 00000012
Figure 00000012

Уменьшение кода S9 до минимальной величины (5) приводит к обнулению выхода старшего разряда 2n кода, что запрещает прохождение импульсов U8 через схему "И" 9.1 на вход синхронизации счетчика 9.2 и обеспечивает постоянную величину кода S9=Smin и длительность задержки τ3min. Описанный алгоритм работы накопителя 9 и управляемой схемы 10 задержки позволяет обеспечить режим заряда емкостного накопителя 4 без значительных токовых перегрузок.Reducing the code S 9 to the minimum value (5) leads to zeroing the output of the most significant bit 2 n of the code, which prohibits the passage of pulses U 8 through the "AND" circuit 9.1 to the synchronization input of the counter 9.2 and provides a constant value of the code S 9 =S min and the delay time τ 3 \u003d τ min . The described algorithm of operation of the drive 9 and the controlled delay circuit 10 makes it possible to charge the capacitive storage 4 without significant current overloads.

Предлагаемая система электропитания работает следующим образом. Нагрузкой устройства является передающий тракт, что соответствует импульсному изменению потребляемой мощности. Для основных режимов работы гидроакустического комплекса характерна большая мощность потребления (2…4 кВт) во время посылки, длительность которой достигает 10…20 с, при скважности работы более 20…50. Во время паузы между посылками сигнал управления отсутствует (Uy=0), накопитель 9 обнулен, что соответствует максимальной задержке (6) включения тиристорного ключа 1. При этом к первичной обмотке трансформатора 2 приложено напряжение, амплитуда которого не превышает:The proposed power supply system works as follows. The load of the device is the transmission path, which corresponds to a pulsed change in power consumption. The main modes of operation of the hydroacoustic complex are characterized by high power consumption (2 ... 4 kW) during the sending, the duration of which reaches 10 ... 20 s, with a duty cycle of more than 20 ... 50. During the pause between bursts, the control signal is absent (U y =0), the drive 9 is reset, which corresponds to the maximum delay (6) of turning on the thyristor switch 1. In this case, a voltage is applied to the primary winding of the transformer 2, the amplitude of which does not exceed:

Figure 00000013
Figure 00000013

где Ω=2π⋅50 рад/сек,where Ω=2π⋅50 rad/s,

τ3max.τ 3 \u003d τ max .

В частности, для разрядности двоичного кода n=4 с учетом (6) и (2)In particular, for the bit depth of the binary code n=4, taking into account (6) and (2)

гдеwhere

Figure 00000014
Figure 00000014

Соответственно, вольт-секундная площадь напряжения в первичной обмотке трансформатора 2 не превышает 1% от четверти полуволны первичного напряжения Un, что позволяет практически устранить потери в трансформаторе 2 во время паузы между посылками.Accordingly, the volt-second voltage area in the primary winding of the transformer 2 does not exceed 1% of a quarter of the half-wave of the primary voltage U n , which makes it possible to practically eliminate losses in the transformer 2 during the pause between messages.

При поступлении сигнала управления (Uy=1) импульсы U8 с выхода дифференцирующего устройства 8, поступающие на вход синхронизации накопителя 9, приводят к уменьшению его выходного кода, что соответствует уменьшению времени задержки. Для каждого перехода через ноль первичного напряжения электропитания величина кода уменьшается на 1 и, следовательно, амплитуда напряжения на первичной обмотке трансформатора U1 с каждой полуволной увеличивается на величину ΔU:When a control signal (U y =1) is received, the pulses U 8 from the output of the differentiating device 8 to the synchronization input of the drive 9 lead to a decrease in its output code, which corresponds to a decrease in the delay time. For each transition through zero of the primary voltage of the power supply, the code value decreases by 1 and, therefore, the voltage amplitude on the primary winding of the transformer U 1 increases with each half-wave by ΔU:

Figure 00000015
Figure 00000015

Причем величина ΔU, например для 4 разрядной системы, не превышает 10% от амплитуды ЕМ напряжения UП первичной электросети.Moreover, the value of ΔU, for example, for a 4-bit system, does not exceed 10% of the amplitude E M of the voltage U P of the primary power grid.

Отмеченное обстоятельство позволяет значительно уменьшить амплитуду тока i4 (фиг. 3) заряда емкостного накопителя 4. В частности, при допустимой амплитуде пульсаций выходного напряжения накопителя 4 в рабочем режиме до 5%, амплитуда тока заряда превышает амплитуду номинального тока не более чем на 20…30%. При этом заряд емкостного накопителя осуществляется не более чем за 8 периодов первичного напряжения электропитания.The noted circumstance makes it possible to significantly reduce the amplitude of the current i 4 (Fig. 3) of the charge of the capacitive storage 4. In particular, with the permissible amplitude of the output voltage ripples of the storage 4 in the operating mode up to 5%, the amplitude of the charge current exceeds the amplitude of the rated current by no more than 20 ... thirty%. In this case, the charge of the capacitive storage is carried out for no more than 8 periods of the primary voltage of the power supply.

Для меньшей амплитуды пульсаций выходного напряжения U4, что обеспечивается увеличением емкости емкостного накопителя 4, выравнивание амплитуд зарядного и рабочего тока можно обеспечить повышением разрядности накопителя 9 и управляемой схемы 10 задержки. Например, при пульсациях напряжения до 1% разрядность системы должна быть обеспечена порядка n=6, причем время заряда в этом случае не превышает 32 периодов первичного напряжения электропитания. Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается устранение потерь в паузах между посылками и выполняется условие плавного заряда емкостного накопителя 4. Указанные преимущества выгодно отличают заявляемое техническое решение от известных решений и устройства-прототипа. В частности, при обеспечении отключения первичной электросети во время паузы между посылками, периодический заряд емкостного накопителя перед началом рабочего цикла в устройстве-прототипе связан с подключением максимального напряжения к первичной обмотке трансформатора, что приводит к токовым перегрузкам, при которых величина зарядного тока более чем в 5…10 раз больше величины номинального тока. Такие токовые перегрузки не позволяют обеспечить отключение первичной электросети на время паузы между посылками, что связано с ростом потерь и уменьшением эксплуатационного КПД устройства-прототипа до 50…70%.For a smaller amplitude of output voltage ripples U 4 , which is ensured by an increase in the capacitance of the capacitive storage 4, equalization of the amplitudes of the charging and operating current can be achieved by increasing the capacity of the storage 9 and the controlled delay circuit 10. For example, with voltage ripples up to 1%, the capacity of the system should be provided on the order of n=6, and the charge time in this case does not exceed 32 periods of the primary supply voltage. Thus, the proposed device provides for the elimination of losses in the pauses between messages and the condition for the smooth charging of the capacitive storage 4. These advantages distinguish the claimed technical solution from the known solutions and the prototype device. In particular, when ensuring that the primary power supply is turned off during the pause between bursts, the periodic charge of the capacitive storage before the start of the working cycle in the prototype device is associated with connecting the maximum voltage to the primary winding of the transformer, which leads to current overloads, in which the magnitude of the charging current is more than 5…10 times the rated current. Such current overloads do not allow switching off the primary power grid during the pause between transmissions, which is associated with an increase in losses and a decrease in the operational efficiency of the prototype device to 50 ... 70%.

В предлагаемом устройстве отмеченные недостатки устранены. Введение в состав известного устройства совокупности новых блоков и связей позволило значительно улучшить энергетические характеристики и повысить надежность заявляемого устройства и тем самым обеспечить его эффективное использование для электропитания ГА передающих трактов в импульсном режиме работы.In the proposed device, the noted shortcomings are eliminated. The introduction of a set of new blocks and links into the composition of the known device made it possible to significantly improve the energy characteristics and increase the reliability of the proposed device and thereby ensure its efficient use for power supply of the HA transmission paths in the pulsed mode of operation.

Так, если известное устройство при выходной мощности во время посылки до 4 кВт и скважности более 20 имеет эксплуатационный КПД менее 60% при токовых перегрузках более чем в 5 раз больших номинального тока, то предлагаемое устройство при тех же условиях имеет эксплуатационный КПД до 90% при превышении зарядного тока не более чем на 20…30% номинальной величины тока в рабочем режиме.So, if a known device with an output power during sending up to 4 kW and a duty cycle of more than 20 has an operational efficiency of less than 60% at current overloads of more than 5 times the rated current, then the proposed device under the same conditions has an operational efficiency of up to 90% at exceeding the charging current by no more than 20 ... 30% of the rated current in the operating mode.

На предприятии изготовлен опытный образец и проведены экспериментальные испытания предлагаемого устройства, результаты которых подтвердили его преимущества по сравнению с известными техническими решениями.A prototype was made at the enterprise and experimental tests of the proposed device were carried out, the results of which confirmed its advantages in comparison with known technical solutions.

Заявляемое техническое решение позволяет значительно улучшить энергетические показатели аппаратуры электропитания ГА передающих трактов, устранить токовые перегрузки, вызванные импульсным режимом его работы, и может быть эффективно использовано в гидроакустических комплексах большого и среднего уровня мощности.The proposed technical solution can significantly improve the energy performance of the power supply equipment of the GA transmission paths, eliminate current overloads caused by the pulse mode of its operation, and can be effectively used in hydroacoustic systems of high and medium power levels.

Claims (1)

Устройство электропитания гидроакустического передающего тракта, содержащее последовательно включенные выпрямитель и емкостный накопитель, входные выводы выпрямителя через тиристорный ключ связаны с выводами для подключения источника переменного напряжения, формирователь импульсов управления, выход которого подключен ко входу управления тиристорного ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в импульсном режиме, введена схема управления задержкой включения тиристорного ключа, содержащая нуль-орган, две схемы запрета, два счетчика R-S триггер и генератор высокочастотных импульсов, при этом вход нуль-органа связан с выводами для подключения источника переменного напряжения, а его выход через первую схему запрета подключен ко входу синхронизации первого счетчика, выход старшего разряда которого соединен с другим входом первой схемы запрета, а его установочный вход подключен к выводам для подключения пускового сигнала, выходы первого счетчика соединены с информационными входами второго счетчика, вход синхронизации которого подключен к выходу второй схемы запрета, один вход которого подключен к выходу генератора высокочастотных импульсов, а другой вход к выходу R-S-триггера, соединенного S входом с выходом нуль-органа, а R входом с выходом второго счетчика и входом формирователя импульсов управления.The power supply device of the hydroacoustic transmission path, containing a rectifier and a capacitive storage connected in series, the input terminals of the rectifier through a thyristor key are connected to the terminals for connecting an alternating voltage source, a control pulse shaper, the output of which is connected to the control input of the thyristor key, characterized in that, in order to increase reliability in the pulsed mode, a thyristor key turn-on delay control circuit has been introduced, containing a null organ, two inhibition circuits, two counters R-S trigger and a high-frequency pulse generator, while the input of the null organ is connected to the terminals for connecting an AC voltage source, and its output through the first prohibition circuit is connected to the synchronization input of the first counter, the output of the most significant digit of which is connected to another input of the first prohibition circuit, and its setting input is connected to the outputs for connecting the start signal, the outputs of the first counter are connected to the information inputs the second counter, the synchronization input of which is connected to the output of the second prohibition circuit, one input of which is connected to the output of the high-frequency pulse generator, and the other input to the output of the R-S flip-flop, connected by the S input to the output of the null organ, and R by the input to the output of the second counter and the input of the control pulse shaper.
SU0003184740A 1987-11-12 Hydroacoustic transmission path power supply system RU1841316C (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1841316C true RU1841316C (en) 2022-08-29

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1980001023A1 (en) * 1978-11-06 1980-05-15 R Carver High efficiency,light weight audio amplifier and power supply
US4217632A (en) * 1978-05-19 1980-08-12 Gould Advance Limited Regulated power supply system including saturable reactor means
US4251857A (en) * 1979-02-21 1981-02-17 Sperry Corporation Loss compensation regulation for an inverter power supply
SU1334307A1 (en) * 1984-06-28 1987-08-30 Предприятие П/Я А-1772 Single-phase stabilized d.c.-to-d.c.voltage converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4217632A (en) * 1978-05-19 1980-08-12 Gould Advance Limited Regulated power supply system including saturable reactor means
WO1980001023A1 (en) * 1978-11-06 1980-05-15 R Carver High efficiency,light weight audio amplifier and power supply
US4251857A (en) * 1979-02-21 1981-02-17 Sperry Corporation Loss compensation regulation for an inverter power supply
SU1334307A1 (en) * 1984-06-28 1987-08-30 Предприятие П/Я А-1772 Single-phase stabilized d.c.-to-d.c.voltage converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2291550C1 (en) One-phased semi-bridge inverter
RU1841316C (en) Hydroacoustic transmission path power supply system
US3381201A (en) Pulse-actuated, d-c to d-c converter for a thermionic diode
JP2003299356A (en) Dc-dc converter control method
RU2716289C1 (en) Excitation pulse generator
JPH0379951B2 (en)
US4858096A (en) Resonant converter for stabilized operation of switching devices
US3465231A (en) Transformerless converter-inverter
RU1841318C (en) HYDROACOUSTIC TRANSMISSION PATH POWER SUPPLY SYSTEM
JPH08168266A (en) Method for controlling dc-ac converter
SU575776A1 (en) Device for switching-off thyristors
SU767952A1 (en) Pulse generator
SU1295458A1 (en) Control device for electromagnet
SU811459A1 (en) Inverter
SU1741243A1 (en) D c / d c converter
SU1594669A1 (en) D.c. voltage converter
SU938375A1 (en) Pulse generator
SU543106A1 (en) Constant voltage regulator
SU1081796A1 (en) Transistor switch
SU1679584A1 (en) Power thyristor switching device
US4156898A (en) DC Convertor
SU1101996A1 (en) Thyristor pulse d.c.voltage converter
SU448602A1 (en) Device to disable thyristors
SU1140073A1 (en) Seismic signal source charge unit
SU1746491A1 (en) Voltage converter