RU225241U1 - Мехатронное устройство включения высоковольтного электровакуумного СВЧ-прибора радиопередатчика РЛС - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к радиотехнике и электротехнике, в частности к устройствам автоматического включения высоковольтных электровакуумных СВЧ-приборов по заданному алгоритму. Техническим результатом является повышение надежности СВЧ-прибора благодаря подаче на него напряжения по заданному алгоритму, снижающему вероятность электрического пробоя вакуумного промежутка. Магнетронное устройство включения высоковольтного электровакуумного СВЧ-прибора радиопередатчика РЛС содержит модуль управления 1, силовой регулятор 2 и высоковольтный модуль 3. Модуль управления содержит трехфазный асинхронный электродвигатель, соединенный механически с помощью электромагнитной муфты с конечным выключателем и регулируемым резистором, который является составной частью устройства управления, которое через выходы модуля управления 1 обеспечивает заданный алгоритм управления силовым регулятором 2. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и электротехнике, в частности к устройствам автоматического включения высоковольтных электровакуумных СВЧ-приборов по заданному алгоритму.

Известен трансформаторно-ключевой регулятор переменного напряжения (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1704141, авторы Липковский К.А. и Лялько О.В., опубл. 1992 г., МПК: G05F 1/20), содержащий трансформатор, у которого концы первичной обмотки соединены с входными выводами регулятора, а у вторичной обмотки один конец соединен с первым выходным выводом регулятора непосредственно, а второй конец соединен со вторым выходным выводом через N последовательно соединенных регулировочных секций, каждая из которых состоит из части вторичной обмотки и двух ключей переменного тока. Регулятор осуществляет дискретное (ступенчатое) изменение выходного напряжения. Недостатком указанного регулятора является наличие крутых фронтов и выбросов напряжения на них, особенно на заключительной стадии подъема напряжения, когда уровень высокого напряжения приближается к номинальному значению, что повышает вероятность электрического пробоя вакуумного промежутка. Кроме того, регулирование высокого напряжения трехфазного тока увеличивает объем и массу коммутирующих силовых приборов в составе мощного радиопередатчика и снижает его надежность.

Известно устройство «Коммутатор уровней постоянного напряжения» (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1224922, МПК: Н02М 3/335, авторы Лизаков Л.И. и др., опубл. 1986 г. ), содержащее источник высокого напряжения постоянного тока с числом 1, 2, 3, ..., N выводов по количеству ступеней выходного напряжения, имеющих на выходах конденсаторы, которые включены последовательно, зарядный и разрядный узлы, каждый из которых содержит (N-1) управляемых ключевых элементов, разделительные диоды, блок управления, согласующие трансформаторы. Электровакуумный прибор представлен в виде емкостной нагрузки. Устройство обеспечивает подключение высокого напряжения ко входу ЭВП ступенями.

Недостатком данного устройства также является ступенчатый характер подъема высокого напряжения с выбросами на фронтах ступеней, что стимулирует возникновение пробоя вакуумного промежутка и снижает надежность работы электровакуумного прибора на стадии включения. В устройстве не предусмотрено задание промежутков времени, в течение которых повышается напряжение. Применение высоковольтных импульсных конденсаторов существенно ухудшает массогабаритные характеристики устройства.

Наиболее близким по назначению и технической сущности решением, выбранным в качестве прототипа, является «Устройство для плавного подъема и спуска напряжения переменного тока» (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1211839, авторы Головлев Ю.М. и др., опубл. 1986 г., МПК: Н02М 5/257, H01F 29/14), содержащее дроссель с тремя магнитопроводами и обмоткой управления; источник постоянного тока; резисторы, шунтируемые контактами реле; узел защиты; узел управления дросселем, при помощи которого в обмотку управления дросселя поступает увеличивающийся постоянный ток; реле, контакты которого шунтируют рабочие обмотки дросселя.

Недостатком прототипа является подъем напряжения по линейному закону, что не уменьшает вероятность пробоя вакуумного промежутка при первом или повторном включении высоковольтного СВЧ-прибора в связи с завышенной крутизной нарастающего напряжения. Кроме того, при пробое вакуума в высоковольтном СВЧ-приборе радиопередатчика РЛС неприемлем плавный спуск напряжения, поскольку при пробое защита СВЧ-прибора должна быть быстродействующей, поэтому используют шунтирование его быстродействующим разрядником и быстрое (скачком) отключение входного напряжения. Для повторного включения прототипа необходимо предварительно выключить и затем вновь включить источник постоянного тока, что приведет к неприемлемой в условиях эксплуатации задержке.

Общим недостатком аналогов и прототипа является использование в силовых цепях маломощных приборов (типа реле), что неприемлемо в радиопередающих устройствах, в силовых цепях которых мощность измеряется десятками киловатт.

Технический результат, который достигается при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в повышении надежности высоковольтного СВЧ-прибора благодаря подаче на него напряжения по заданному алгоритму, снижающему вероятность электрического пробоя вакуумного промежутка. Порядок изменения уровня высоковольтного напряжения при подаче его на вход электровакуумного прибора, обеспечиваемый предлагаемым устройством, показан на Фиг. 1, где U_н - номинальное входное напряжение СВЧ-прибора; t₀ - момент подачи сигнала на включение высокого напряжения; t₀...t₁ - выдержка времени для деионизации вакуумного промежутка в СВЧ-приборе, в конце которой (в момент t₁) на электроды СВЧ-прибора скачком подается частичное значение высокого напряжения (например, на усилительный клистрон КИУ-97 допустима подача половины номинального напряжения, что составляет 14 кВ); t₁...t₂ - время нарастания высокого напряжения от частичного значения до номинального значения по эллиптической кривой a-b; t₃ - момент спада напряжения от номинального значения до нуля при пробое вакуумного промежутка и шунтировании СВЧ-прибора быстродействующим вакуумным разрядником. Далее процесс подачи высокого напряжения на СВЧ-прибор повторяется автоматически.

Отличительной особенностью заявляемого устройства является алгоритм подачи высокого напряжения, которым предусмотрено время деионизации вакуума в СВЧ-приборе после пробоя, подачи части рабочего напряжения на СВЧ-прибор с последующим повышением рабочего напряжения по эллиптической кривой для плавного приближения к номинальному значению. Это уменьшает вероятность электрического пробоя вакуума при включении высоковольтного СВЧ-прибора, что повышает надежность работы его.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором представлены схемы составных частей мехатронного устройства:

Фиг. 2. Функциональная схема мехатронного устройства;

Фиг. 3. Модуль управления 1;

Фиг. 4. Силовой регулятор 2;

Фиг. 5. Высоковольтный модуль 3.

Мехатронное устройство включения высоковольтного СВЧ-прибора (Фиг. 2) содержит модуль 1 (Фиг. З) управления силовым регулятором 2 (Фиг. 4), выходное напряжение которого в модуле 3 повышается, выпрямляется и подается на СВЧ-прибор (Фиг. 5).

На входы 1.1, 1.2, 1.3 модуля управления 1 и на входы 2.1, 2.2, 2.3 силового регулятора 2 подаются фазы А, В и С напряжения трехфазного тока. Схема модуля 1 содержит трехфазный асинхронный электродвигатель 4 (например, типа ДАТ 10-12а) с обмотками 4.1, 4.2 и 4.3, выходной вал которого связан механически через редуктор 5 и электромагнитную муфту 6 с конечным выключателем 7 и подвижным контактом резистора 8. Обмотки 4.2 и 4.3 электродвигателя 4 коммутируются контактами реле 9. Реле 10 управляется сигналами конечного выключателя 7. Схема управления 11 коммутирует реле 12,13,14 и регулирует фазы тиристоров 15...20 силового регулятора 2, который содержит также силовой контактор 21 для шунтирования указанных тиристоров. Высоковольтный модуль 3 содержит трансформаторно-выпря-мительный преобразователь 22, выходное напряжение постоянного тока которого обеспечивает электропитанием высоковольтный электровакуумный СВЧ-прибор 23, зашунтированный вакуумным разрядником 24. Последовательно СВЧ-прибору включен датчик 25 тока с узлом 26 гальванической развязки для передачи сигнала из высоковольтной цепи в низковольтную схему управления 11.

Предлагаемое устройство включения СВЧ-прибора работает следующим образом.

Сигнал «Включение высокого» (например, с напряжением 27 В постоянного тока) подается с выхода 11.1 устройства управления 11 на контакт 14.2 реле 14, на контакты 12.1, 12.5 и 12.8 реле 12 и на контакт 13.3 реле 13. Сигнал через контакты 13.3 и 13.2 реле 13 подается на обмотку реле 14, которое срабатывает с установленной задержкой (например, равной (1±0,2) с) и замыкает свои контакты 14.2 и 14.3. Через замкнутые контакты 14.2 и 14.3 реле 14 сигнал поступает на обмотку реле 12, которое срабатывает и коммутирует свои контакты, что обеспечивает выполнение следующих операций:

- при замыкании контактов 12.1 и 12.2 реле 12 сигнал «Включение высокого» поступает на контакт 11.2 устройства управления 11, которое через цепи 1.5... 1.10 управления тиристорами 15...20 устанавливает на выходах 2.11,2.12 и 2.13 силового регулятора 2 напряжение, составляющее часть номинального высокого напряжения на входах 23.1 и 23.2 СВЧ-прибора 23;

- при замыкании контактов 12.4 и 12.5 реле 12 сигнал «Включение высокого» проходит через них на обмотку реле 12, что обеспечивает автоблокировку его;

- при замыкании контактов 12.7 и 12.8 реле 12 сигнал «Включение высокого» проходит через них на обмотку реле 13 и приводит к размыканию его контактов 13.2 и 13.3, в результате чего отключается обмотка реле 14 и размыкаются его контакты 14.2 и 14.3, при этом реле 13 остается включенным в связи с автоблокировкой его.

После подачи половины номинального напряжения на входы 23.1 и 23.2 СВЧ-прибора 23 сигнал «Включение электромагнитной муфты» поступает с выхода 11.3 устройства управления 11 на контакт 10.5 реле 10, на контакт 7.1 конечного выключателя 7 и через замкнутые контакты 10.3 и 10.2 реле 10 на электромагнитную муфту 6 и обмотку реле 9. При подаче сигнала на электромагнитную муфту 6 происходит сцепление ее ведущей и ведомой частей. При этом реле 9 замыкает контакты 9.2 и 9.3, а также 9.5 и 9.6, благодаря чему подаются напряжения фазы С и фазы В на обмотки 4.3 и 4.2 электродвигателя 4, который начинает вращение и через редуктор 5 поворачивает ведущую и сцепленную с ней ведомую части электромагнитной муфты 6. Ведомая часть электромагнитной муфты связана механически с подвижным контактом 8.3 переменного резистора 8, который является управляющим компонентом фазо-регулирующей схемы устройства управления 11 и связан с указанной схемой через контакты 11.4 и 11.5. При повороте ведомой части электромагнитной муфты 6 плавно изменяется сопротивление резистора 8, что приводит к плавному повышению по эллиптической кривой напряжения, подаваемого на вход СВЧ-прибора 23. При достижении выходным напряжением трансформаторно-выпрямительного преобразователя 22 номинального значения, определяемого углом поворота ведомой части электромагнитной муфты 6 и перемещением подвижного контакта резистора 8 до определенного положения, контакты 7.1 и 7.2 конечного выключателя 7 замыкаются и с его контакта 7.2 сигнал «Выключение электромагнитной муфты» подается на обмотку реле 10 и на обмотку контактора 21, контакты 21.1,21.2,21.3 которого шунтируют тиристоры 15 и 16, 17и18, 19и20 соответственно. При подаче сигнала на обмотку реле 10 замыкаются его контакты 10.4 и 10.5, переводя реле в режим автоблокировки, и размыкаются его контакты 10.3 и 10.2, приводя к расцеплению ведущей и ведомой частей электромагнитной муфты 6. После этого ведомая часть электромагнитной муфты возвращается в исходное положение под действием возвратной пружины и перемещает в исходное положение подвижный контакт переменного резистора 8. Размыкание контактов 10.2 и 10.3 реле 10 приводит к отключению реле 9, контакты 9.3 и 9.2, а также 9.6 и 9.5 которого размыкаются, отключая обмотки 4.3 и 4.2 электродвигателя 4 от фаз С и В сети трехфазного тока.

При нештатном режиме в цепи СВЧ-прибора 23 (например, при электрическом пробое в приборе или в волноводном тракте) срабатывает разрядник 24 и сигнал на отключение высокого напряжения с датчика 25 тока подается через узел 26 гальванической развязки на контакты 1.11 и 1.12 модуля управления 1. После аварийного отключения высокого напряжения процесс включения его повторяется, т.е. сначала проводится задержка включения в течение заданного времени для деионизации разрядного промежутка, затем подъем высокого напряжения согласно заявляемому алгоритму.

Таким образом, достигается заявленный технический результат использования предлагаемой полезной модели, а именно повышение надежности высоковольтного электровакуумного СВЧ-прибора при включении его.

Промышленная реализация предлагаемой полезной модели проверена. Она выполнима по освоенной технологии из отечественных стандартных компонентов и материалов.

Claims (3)

1. Магнетронное устройство включения высоковольтного электровакуумного СВЧ-прибора радиопередатчика РЛС, содержащее модуль управления 1, силовой регулятор 2 и высоковольтный модуль 3, при этом входное напряжение трехфазного тока (А, В, С) подается одновременно на входы 1.1, 1.2, 1.3 модуля управления и входы 2.1, 2.2, 2.3 силового регулятора, выходы 1.4...1.10 модуля управления соединены соответственно со входами 2.4...2.10 силового регулятора, выходы 2.11...2.13 которого соединены соответственно со входами 3.1...3.3 высоковольтного модуля, выходы 3.4 и 3.5 высоковольтного модуля соединены со входами 1.11 и 1.12 модуля управления, отличающееся тем, что модуль управления содержит трехфазный асинхронный электродвигатель 4, выходной вал которого связан механически через электромагнитную муфту 5 с конечным выключателем 7, который управляет реле 10, и подвижным контактом резистора 8, являющегося составной частью устройства управления 11, а обмотки электродвигателя коммутируются контактами реле 9, кроме того, в модуль управления входит устройство управления 11, которое через выходы 1.5...1.10 модуля управления обеспечивает заданный алгоритм управления силовым регулятором 2, с выхода 11.3 подает сигнал на включение реле 10 после замыкания контактов конечного выключателя 7 для выключения муфты 6 и реле 9, а также сигнал на выход 1.4 модуля управления для окончания регулирования напряжения, кроме того, в модуль управления введены реле времени 14, включаемое сигналом с вывода 11.1 устройства управления, реле 12 и 13, обеспечивающие удержание реле 14 в отключенном состоянии и соединение выхода 11.1 со входом 11.2 устройства управления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что силовой регулятор 2 содержит в каждой из трех фаз тока по два встречно-параллельно включенных тиристора (в фазе А - тиристоры 15 и 16, в фазе В - тиристоры 17 и 18, в фазе С - тиристоры 19 и 20) между входами 2.1, 2.2, 2.3 и выходами 2.11, 2.12, 2.13 силового регулятора, при этом управляющие выводы тиристоров соединены соответственно со входами 2.10...2.5 силового регулятора, при этом катоды и аноды тиристоров в каждой фазе зашунтированы замыкающими контактами 21.1...21.3 силового контактора 21, обмотка которого соединена со входом 2.4 силового регулятора.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что высоковольтный модуль 3 содержит трансформаторно-выпрямительный преобразователь 22, входы которого являются входами высоковольтного модуля, а выход 22.1 соединен с выводом 23.1 коллектора СВЧ-прибора 23 и выводом 24.1 вакуумного разрядника 24, шунтирующим вывод 23.1 коллектора и вывод 23.2 катода СВЧ-прибора, датчик 25 тока, соединенный одним концом с выходом 22.2 преобразователя 22 и входом 26.1 узла гальванической развязки, а вторым концом - со входом 26.2 узла гальванической развязки, с выводом 2.3.2 катода СВЧ-прибора и выводом 24.2 вакуумного разрядника, при этом выходы узла гальванической развязки являются выходами 3.4 и 3.5 высоковольтного модуля.