RU2265135C2 - Устройство запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя - Google Patents
Устройство запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2265135C2 RU2265135C2 RU2003110604/06A RU2003110604A RU2265135C2 RU 2265135 C2 RU2265135 C2 RU 2265135C2 RU 2003110604/06 A RU2003110604/06 A RU 2003110604/06A RU 2003110604 A RU2003110604 A RU 2003110604A RU 2265135 C2 RU2265135 C2 RU 2265135C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cells
- current
- discharge
- inputs
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Устройство предназначено для использования в электрореактивных двигательных установках, плазменных ускорительных и генераторных установках. Ячейки преобразователя разъединены на две группы. Все ячейки ограничивают ток разряда в режиме короткого замыкания, кроме того ячейки одной группы стабилизируют напряжение разряда, а ячейки другой группы стабилизируют ток нагревателя катода, причем пороги срабатывания по току разряда у всех ячеек разные, такие, что в режиме ограничения может находиться только одна ячейка одновременно. Изобретение позволяет значительно снизить пульсации тока потребления и помехи, массу входного фильтра, а также максимальную потребляемую мощность устройства. 2 ил.
Description
Изобретение относится к электрореактивной технике, а именно к электрореактивным двигательным установкам на базе плазменных ускорителей.
Известно устройство электропитания электрореактивного плазменного двигателя [1], недостатком которого являются повышенные массогабаритные показатели за счет наличия отдельных преобразователей для электропитания нагревателя катода и электрода поджига, которые включают в себя силовой инвертор, выпрямитель, согласующие трансформаторы и систему управления, а также повышенные пульсации тока потребления и помехи.
Известно устройство запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя [2], содержащее общий преобразователь, состоящий из n нерегулируемых преобразовательных ячеек, соединенных по входу и по выходу параллельно, формирователи тока нагревателя катода и поджигающих импульсов. Недостатком [2] является повышенная потребляемая мощность из-за отсутствия токоограничений при коротком замыкании в нагрузке, а также наличие согласующих трансформаторов, что приводит к увеличению массогабаритных показателей.
Наиболее близким к заявляемому является устройство запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя [3], содержащее один общий преобразователь, состоящий из параллельно работающих преобразовательных ячеек, каждая из которых содержит помимо высоковольтной обмотки для электропитания разряда, еще низковольтную - для электропитания нагревателя катода и электрода поджига. Ячейки по входу включены параллельно, а по выходу - последовательно. Недостатком этого устройства являются большие пульсации и помехи, обусловленные прерыванием входного тока всех ячеек одновременно, из-за чего необходимо увеличивать массу входного фильтра.
Цель изобретения - снижение максимальной потребляемой мощности, уровня электромагнитных помех и массы устройства.
Это достигается тем, что ячейки преобразователя разделены на две группы, в каждой из которых высоковольтные выходы соединены последовательно, а низковольтные выходы, имеющиеся только в ячейках второй группы, соединены параллельно, одна - стабилизирует напряжение разряда, а другая - ток нагревателя катода, причем для стабилизации тока нагревателя катода входной ток второй группы ячеек прерывается одновременно, однако в это время ток разряда отсутствует, поэтому амплитудное значение тока потребления не превышает 15% от расчетного (фиг.1) (0-t1), а следовательно, не вызывает значительных пульсаций и помех. При появлении повышенной проводимости в канале разряда в режим регулирования переходит только одна из n ячеек, для этого пороги срабатывания ячеек по току разряда выбираются следующим образом:
где i - целое число от 1 до n (количество ячеек);
Iр.макс - максимально допустимый ток разряда в режиме ограничения.
то в режиме регулирования будет i-ая ячейка, при этом ячейки, чей номер меньше i - полностью открыты, а ячейки с номерами больше i - закрыты.
Диаграмма тока потребления в этом режиме имеет вид, показанный на фиг.1а (t1-t2), а тока разряда - на фиг.1б (t1-t2). В заявляемом устройстве максимальная мощность потребления в режиме КЗ в нагрузке меньше, чем в [3], и может быть еще более уменьшена за счет увеличения количества ячеек.
После прожига избыточного газа в разрядной камере, проводимость канала разряда снижается и регулирующее воздействие по току разряда прекращается, а пульсации тока потребления обусловлены только регулирующим воздействием по напряжению разряда (t2...), осуществляемого на группу ячеек, количество которых определяют из соотношения:
где n - количество ячеек в группе, осуществляющей стабилизацию напряжения разряда,
m - количество ячеек в группе, осуществляющей стабилизацию тока нагревателя катода,
m+n=р - общее количество ячеек преобразователя.
Таким образом, в режиме, когда ток потребления близок к номинальному, его пульсации определяются отношением Iном/р, т.е. в р раз меньше, чем в [3], а поскольку масса фильтра пропорциональна пульсациям тока потребления, то и она значительно уменьшится.
Устройство запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя (фиг.2) содержит шины питания постоянного тока 1, входной фильтр 2, задающий генератор 3, сигналы с которого поступают на входы преобразовательных ячеек 41...4n и 51...5n, пороговые устройства 61...6n+m, имеющие разные пороги срабатывания по току разряда, выходы которых соединены с входами преобразовательных ячеек. Выходы преобразовательных ячеек 41...4n соединены с первичными обмотками трансформаторов 71...7n, имеющих только высоковольтную вторичную обмотку для электропитания разряда, а выходы ячеек 51...5m соединены с первичной обмоткой трансформаторов 81...8m, имеющих кроме высоковольтной еще низковольтную обмотку для электропитания нагревателей катодов HK1, HK2 и электродов поджига ЭП1, ЭП2. Высоковольтные обмотки всех преобразовательных ячеек соединены со входами суммирующего по напряжению выпрямителя 9, выходы которого через ограничивающий дроссель 10, магнитную катушку МК и датчик тока разряда 11 соединены с анодом А и общей точкой катодов K1, К2 двигателя 12, а низковольтные обмотки m ячеек соединены со входами суммирующего по току выпрямителя 13, выходы которого через дозирующий дроссель 14, ключ 15 или 16, управляемый блоком управления 17, и датчик тока нагревателя катода 18 соединены с нагревателями катодов HK1, НК2 и общей точкой катодов. На вход блока управления 17 поступают внешние команды и сигнал с датчика тока разряда 11, по которым формируются управляющие сигналы для задающего генератора 3 и ключей 15, 16. Вторичная обмотка дозирующего дросселя 14 одним концом соединена с общей точкой катодов, а другим через диод 19 с анодом и фильтрующим конденсатором 20, параллельно которому включен датчик напряжения разряда 21, а через разделительные диоды 22 и 23 - с электродами поджига ЭП1 и ЭП2 соответственно. Для формирования поджигающих импульсов в режиме подхвата добавлен ключ 24, выполненный на базе полевого транзистора, который стоком подключен к выходу дозирующего дросселя 14 и ключам 15 и 16, а истоком через разделительные диоды 25, 26 - к электродам поджига, затвор соединен с блоком управления 17. Одним входом все пороговые устройства соединены с датчиком тока разряда 11, а другим - 61...6n соединены с датчиком напряжения разряда 21, a 6n+1...6m - с датчиком тока нагревателя катода 18.
Устройство запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя (фиг.2) работает следующим образом. При поступлении команды на включение нагревателя катода HK1 (или НК2) блок управления 17 замыкает цепь соответствующего нагревателя катода ключом 16 (15). Затем подается команда на включение преобразователя, при этом начинает работать задающий генератор 3, который запускает преобразовательные ячейки 41...4n и 51...5m, соединенные с шинами питания 1 через входной фильтр 2. При этом на обмотках трансформаторов 7, 8 появляется напряжение, которое суммируется в выпрямителе 9, за счет последовательного соединения высоковольтных обмоток 7 и 8, и через ограничивающий дроссель 10 подается на анод А, конденсатор 20 и датчик напряжения разряда 21, сигнал с которого подается на входы пороговых устройств 61...6n. Одновременно появляется напряжение на низковольтных обмотках трансформаторов 81...8m, которые суммируются по току в выпрямителе 13, и в цепи НК появляется ток. Пока ток нагревателя не достигнет требуемого уровня, сигнал с датчика 18 меньше порога срабатывания 6n+1...6n+m, и если напряжение разряда не превышает допустимого уровня, то все пороговые устройства на выходе имеют разрешающий сигнал, и все преобразовательные ячейки работают по полной петле (коэффициент заполнения выходных импульсов близок к единице). Если напряжение разряда превышает допустимое значение (за счет повышенного напряжения питания или неидеальности прямоугольных импульсов на выходе выпрямителя 9), то одна из ячеек 41...4n переходит в режим регулирования, при этом ячейки 5 работают по полной петле. Если ток накала станет больше допустимого значения, то в режим регулирования переходят все ячейки 5, так как 6n+1...6n+m имеют один порог срабатывания по току НК. Ток разряда в этом режиме отсутствует, а проводимость канала А - К определяется только током утечки конденсатора 20 и делителя 21. По истечении некоторого времени, когда нагреватель катода разогреется, блок управления 17 формирует сигнал, размыкающий ключ 16 (15) и замыкающий 24. При этом ток нагревателя катода трансформируется во вторичную обмотку дозирующего дросселя 14, напряжение которой определяется проводимостью газового промежутка ЭП - К, а диоды 25, 26 заперты более высоким потенциалом катодов диодов 22 и 23. Если проводимость в момент возникновения импульса напряжения на вторичной обмотке дросселя 14 осталась близкой к нулю (пробой не произошел), то энергия дросселя сбрасывается через диод 19 в емкостной накопитель энергии, который также выполняет роль фильтра, при этом прикладываемое к ЭП напряжение будет равно напряжению разряда двигателя. Затем ключ 16 (15) по сигналам блока управления 17 замыкает, а через некоторое время снова разрывает цепь НК на несколько миллисекунд, этот процесс повторяется до тех пор, пока не произойдет пробой промежутка ЭП - К, тогда его проводимость становится такой, что весь ток дросселя 14 замыкается в цепи поджига, а диод 19 заперт более высоким потенциалом анода. При длительности поджигающего импульса несколько миллисекунд, энергии, накопленной в дросселе 14, не хватает, чтобы сформировать поджигающий импульс для этого режима (режим подхвата), поэтому на время закрытого состояния ключа 16 (15) блок управления 17 открывает ключ 24, через который выходное напряжение выпрямителя 13 подается на ЭП, поскольку ток нагревателя в этот момент отсутствует, а ток разряда еще не достиг требуемого значения, на выходе 13 будет постоянное напряжение, т.е. поджигающий импульс не будет иметь просечек.
Как только ток разряда достигнет некоторого значения (0,4 от номинального), по сигналу датчика 11 блок управления 17 размыкает ключи 15, 16, 24, при этом нагрев катода и подача поджигающих импульсов прекращается. За счет резкого уменьшения сопротивления канала А - К происходит просадка напряжения разряда, ее величина определяется степенью короткого замыкания в канале, которая в свою очередь пропорциональна количеству газа, находящегося в разрядной камере. В этот момент одна из ячеек 4, 5 переходят в режим ограничения тока разряда, за счет чего снижается действующее значение напряжения на выходе выпрямителя 9. По мере прожига избыточного газа, сопротивление канала А - К увеличивается, ограничение тока прекращается и система выходит в номинальный режим работы. Отключение двигателя производится внешней командой, по которой задающий генератор 3 прекращает генерацию управляющего напряжения, и ячейки преобразователя запираются.
Испытания макета предлагаемого устройства запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя показали, что по сравнению с прототипом, пульсации тока потребления в три раза меньше, а максимальная потребляемая мощность при КЗ в нагрузке в 1,3 раза меньше, чем в [3] при р=3.
ЛИТЕРАТУРА
1. Power electronics development for the SPT-100 Thruster / J.A.Hamley, J.M.Hill, J.M.Sankovic // IEPC-93-044, Proceeding of the 23rd International Electric Propulsion Conference, September, 1993.
2. А.с. № 752664 СССР. Преобразователь напряжения / А.M.Баранов, M.M.Глибицкий и др. // БИ. 1980, № 28.
3. Пат. 2162623 РФ. Система запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя / И.M.Катасонов // Изобретения. 2001, № 3.
Claims (1)
- Устройство запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя, содержащее преобразовательные ячейки, подключенные к выходу входного фильтра, входами соединенные с выходом задающего генератора и состоящие из коммутирующих транзисторов и трансформаторов, суммирующего разрядного выпрямителя, выходы которого через ограничивающий дроссель соединены с входными выводами двигателя, выпрямитель нагревателей катодов, выход которого через датчик тока нагревателей катодов, дозирующий дроссель и управляемые ключи соединен с нагревателями катодов двигателя, отличающееся тем, что преобразовательные ячейки разъединены на две группы, отношение количества ячеек в группе, осуществляющей стабилизацию напряжения разряда к количеству ячеек в группе, осуществляющей стабилизацию тока нагревателя катода, определяется отношением разницы максимального и минимального входного напряжения к минимальному входному напряжению, входы одной группы ячеек соединены с выходами пороговых устройств, входы которых соединены с датчиками тока и напряжения разряда, а входы другой группы ячеек соединены с выходами пороговых устройств, входы которых соединены с датчиками тока разряда и тока нагревателя катода, устройство содержит дополнительный управляемый ключ, соединяющий выходной вывод дозирующего дросселя с электродом поджига, а его затвор соединен с выходом блока управления, на входы которого поступают внешние команды и сигнал с датчика тока разряда.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003110604/06A RU2265135C2 (ru) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | Устройство запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003110604/06A RU2265135C2 (ru) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | Устройство запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003110604A RU2003110604A (ru) | 2004-10-10 |
RU2265135C2 true RU2265135C2 (ru) | 2005-11-27 |
Family
ID=35867815
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003110604/06A RU2265135C2 (ru) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | Устройство запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2265135C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101943148A (zh) * | 2010-07-27 | 2011-01-12 | 北京航空航天大学 | 一种用于脉冲等离子体推力器的电路 |
RU2564154C1 (ru) * | 2014-11-18 | 2015-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Система управления электрическим ракетным двигателем |
-
2003
- 2003-04-14 RU RU2003110604/06A patent/RU2265135C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101943148A (zh) * | 2010-07-27 | 2011-01-12 | 北京航空航天大学 | 一种用于脉冲等离子体推力器的电路 |
RU2564154C1 (ru) * | 2014-11-18 | 2015-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Система управления электрическим ракетным двигателем |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7295450B2 (en) | Primary-controlled SMPS with adjustable switching frequency for output voltage and current control | |
US20190027950A1 (en) | Bidirectional dc/dc converter and method for charging the intermediate circuit capacitor of a dc/dc converter from the low-voltage battery | |
US11362596B2 (en) | System and method for operating a system | |
US20140347767A1 (en) | Power converter with switching element | |
US20230070930A1 (en) | Charging Circuit of On-Board Charger, On-Board Charger, and Charging Control Method | |
US8107261B2 (en) | Powering unit with full bridge and wide adjusting range circuit | |
Eitzen et al. | Bidirectional HV DC-DC converters for energy harvesting with dielectric elastomer generators | |
US7848119B2 (en) | Direct current to direct current converter | |
RU2265135C2 (ru) | Устройство запуска и электропитания электрореактивного плазменного двигателя | |
RU141793U1 (ru) | Устройство запуска и защиты преобразователя напряжения | |
US20220006398A1 (en) | Driving circuit and driving method | |
CN215186451U (zh) | 电源电路和电源设备 | |
US6215255B1 (en) | Electric ballast system | |
JPH10511538A (ja) | 電流供給回路 | |
Arntz et al. | New concepts for pulsed power modulators: Implementing a high voltage Solid-State Marx Modulator | |
CN110797877B (zh) | 一种高压发生器母线电压控制方法及高压发生器 | |
WO2008064767A1 (en) | Power supply system for a vehicle, and method | |
JP2008035573A (ja) | 電気二重層コンデンサを用いた蓄電装置 | |
Mihalič et al. | Safe start-up procedures of isolated bi-directional DC-DC converter | |
RU2447571C1 (ru) | Преобразователь | |
CN113632380A (zh) | 电力电子设备和用于向功率半导体开关的驱动电路供应电压的方法 | |
JPH01223789A (ja) | 固体レーザ励起用ランプの電源装置 | |
Canacsinh et al. | Solid-state bipolar Marx generator with voltage droop compensation | |
CN218603363U (zh) | 交流供电电路、辅助电源及电子设备 | |
RU58002U1 (ru) | Высоковольтная система электропитания (варианты) и электронный ключ для нее |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050415 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |