RU2560716C1 - Pulse and periodic charging system - Google Patents
Pulse and periodic charging system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2560716C1 RU2560716C1 RU2014121898/07A RU2014121898A RU2560716C1 RU 2560716 C1 RU2560716 C1 RU 2560716C1 RU 2014121898/07 A RU2014121898/07 A RU 2014121898/07A RU 2014121898 A RU2014121898 A RU 2014121898A RU 2560716 C1 RU2560716 C1 RU 2560716C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulse
- electrodes
- voltage
- rotating
- charging
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано при разработке мощных импульсно-периодических ускорителей электронов и СВЧ-генераторов на их основе.The invention relates to high-voltage pulse technology and can be used in the development of powerful pulse-periodic electron accelerators and microwave generators based on them.
При создании мощных электрофизических установок, в частности ускорителей электронов, работающих в импульсно-периодическом режиме с высокой средней мощностью электронного пучка, весьма актуальной задачей является разработка эффективной и надежной системы импульсно-периодической зарядки (СИЗ) емкостных накопителей генераторов высоковольтных импульсов. При уровнях средней мощности пучка в сотни киловатт и выше наиболее предпочтительным является подход с использованием предварительно заряжаемого высоковольтного буферного емкостного накопителя, энергия из которого с помощью коммутатора-прерывателя дозировано передается в емкостной накопитель генератора высоковольтных импульсов (рабочую емкость). Скорость передачи энергии из буфера в высоковольтный генератор наиболее просто регулировать с помощью индуктивности, величина которой в совокупности с величинами буферной и рабочей емкости однозначно определяет длительность зарядки рабочей емкости и, соответственно, частоту следования импульсов. Немаловажным преимуществом данной схемы является возможность работать с удвоением напряжения на генераторе высоковольтных импульсов. Кроме того, разрыв цепи прерывателем по окончании цикла зарядки осуществляется в момент нуля тока (в максимуме напряжения на рабочей емкости), что положительно сказывается на эффективности и надежности работы всей системы в целом.When creating powerful electrophysical installations, in particular, electron accelerators operating in a repetitively pulsed mode with a high average power of the electron beam, a very urgent task is to develop an efficient and reliable system of repetitively pulsed periodic charging (PPE) of capacitive storage devices for high-voltage pulse generators. At average beam power levels of hundreds of kilowatts and above, the most preferable approach is the use of a pre-charged high-voltage buffer capacitive storage, the energy from which is metered through a switch-interrupter to the capacitive storage of a high-voltage pulse generator (working capacity). The speed of energy transfer from the buffer to the high-voltage generator is most easily controlled using inductance, the value of which in combination with the values of the buffer and working capacitance uniquely determines the duration of charging the working capacitance and, accordingly, the pulse repetition rate. An important advantage of this circuit is the ability to work with doubling the voltage on the high-voltage pulse generator. In addition, the circuit breaker at the end of the charging cycle at the moment of zero current (at the maximum voltage on the working capacitance), which positively affects the efficiency and reliability of the entire system.
Основным элементом в схеме с дозированным отбором энергии из буферного накопителя является коммутатор-прерыватель, функции которого в высоковольтных вариантах СИЗ может выполнять разрядник с вращающимся электродом (РВЭ), который периодически замыкает буферную накопительную емкость на накопитель генератора высоковольтных импульсов и после окончания зарядки разрывает цепь. Основными проблемами при эксплуатации РВЭ и всей СИЗ на его основе в целом являются эффективное гашение высоковольтной дуги по окончании зарядки, надежное без пропусков закорачивание промежутков разрядника в начале зарядки и повышение надежности функционирования СИЗ за счет быстрого прерывания ее работы при возникновении нештатных ситуаций.The main element in the circuit with dosed energy extraction from the buffer storage is a switch-interrupter, the functions of which in high-voltage versions of SIZ can be performed by a rotating electrode discharger (REM), which periodically closes the buffer storage capacitance to the storage of the high-voltage pulse generator and breaks the circuit after charging. The main problems during operation of the electrical equipment and the entire PPE based on it as a whole are the effective quenching of the high-voltage arc at the end of charging, reliable short-circuiting of the gap of the arrester at the beginning of charging and increasing the reliability of the PPE due to the rapid interruption of its operation in case of emergency.
Следует отметить, что разрядники с вращающимся электродом для коммутации емкостного накопителя на нагрузку - разряд в воде - широко используются в промышленности для дробления щебня, очистки вагонеток от окалины и т.д. (Л.А. Юткин. Электрогидравлическое дробление. - Л.: ЛДНТП, ч. 1, 1959, 36 с.). Применение таких систем основано на электрогидравлическом эффекте. Указанные устройства работают в широком интервале запасенной в буфере энергии и питающих напряжений, однако частоты срабатываний ограничиваются единицами герц и лишь при средних мощностях до 50 кВт реализованы режимы с частотой следования импульсов 50…100 Гц.It should be noted that arresters with a rotating electrode for switching a capacitive storage device to a load - a discharge in water - are widely used in industry for crushing crushed stone, cleaning trolleys from scale, etc. (L.A. Yutkin. Electro-hydraulic crushing. - L .: LDNTP, part 1, 1959, 36 pp.). The use of such systems is based on the electro-hydraulic effect. These devices operate in a wide range of energy and supply voltages stored in the buffer, however, the response frequencies are limited to units of Hertz and only with average powers up to 50 kW are modes with a pulse repetition rate of 50 ... 100 Hz implemented.
За прототип, наиболее близкий к заявляемой системе импульсно-периодической зарядки по совокупности признаков, выбран генератор импульсных токов с фильтровой (буферной) емкостью и индуктивной зарядной цепью электрогидравлической установки (Л.А. Юткин. Электрогидравлические установки. - Л.: Машиностроение, 1986. - стр. 86-90, рис. 3.1д).For the prototype closest to the inventive pulse-periodic charging system in terms of all the features, a pulse current generator with a filter (buffer) capacity and an inductive charging circuit of an electro-hydraulic installation was selected (L.A. Yutkin. Electro-hydraulic installations. - L .: Engineering, 1986. - p. 86-90, fig. 3.1e).
Прототип содержит источник высокого напряжения, буферный емкостной накопитель, индуктивность, высоковольтный диод, размещенный в заземленном корпусе разрядник с двумя неподвижными электродами и вращающимся электродом и генератор высоковольтных импульсов.The prototype contains a high voltage source, a capacitive buffer storage, inductance, a high-voltage diode, a spark gap with two stationary electrodes and a rotating electrode, and a high-voltage pulse generator in a grounded housing.
В основе функционирования системы импульсно-периодической зарядки, выполненной по схеме прототипа, лежит процесс дозированного отбора энергии с помощью коммутатора-прерывателя из предварительно заряженного с помощью источника высокого напряжения буферного накопителя. В качестве коммутатора-прерывателя в прототипе использован разрядник с двумя неподвижными электродами и одним вращающимся электродом, для которого величина коммутируемой энергии ограничена электрической прочностью конструкции и эрозионной стойкостью электродов. Расстояние между неподвижными электродами при этом определяется диаметром вращающегося электрода. В схеме СИЗ прототипа буферная емкость через индуктивность электрически связана с неподвижным электродом РВЭ, второй неподвижный электрод РВЭ соединен через диод с емкостным накопителем генератора высоковольтных импульсов. При этом один из неподвижных электродов находится под потенциалом зарядки буферной емкости, второй - поскольку рабочая емкость изначально не заряжена, находится под нулевым потенциалом. При сближении вращающегося электрода с неподвижными за счет разности потенциалов первоначально происходит пробой воздушного промежутка между высоковольтным неподвижным электродом и вращающимся. В результате подвижный электрод попадает под высокий потенциал, что в свою очередь ведет к пробою второго межэлектродного промежутка между подвижным и вторым неподвижным, связанным с рабочей емкостью. Таким образом, электрическая цепь замыкается и начинается зарядка генератора, которая носит резонансный характер. Подвижный электрод продолжает свое вращательное движение и расстояние между ним и неподвижными электродами непрерывно увеличивается. При этом ток зарядки рабочей емкости продолжает течь через электрическую дугу, образовавшуюся между электродами. По мере роста напряжения на рабочей емкости ток зарядки падает, в момент окончания зарядки он становится равным нулю и в штатном режиме работы дуга самопроизвольно гаснет. Этому способствует и наличие в цепи защитного высоковольтного диода, который предотвращает возникновение колебательного процесса в системе буферная емкость - рабочая емкость - индуктивность. Наличие защитного диода, кроме того, позволяет за счет организации принудительной временной задержки между окончанием процесса зарядки (нулем тока) и коммутацией рабочей емкости на нагрузку гарантированно обеспечить обрыв высоковольтной дуги в разряднике с вращающимся электродом за счет паузы тока.The functioning of the system of pulse-periodic charging, made according to the prototype scheme, is based on the process of dosed energy selection using a switch-interrupter from a buffer storage device previously charged with a high voltage source. As a switch-chopper in the prototype, a spark gap with two fixed electrodes and one rotating electrode is used, for which the amount of switched energy is limited by the electric strength of the structure and the erosion resistance of the electrodes. The distance between the stationary electrodes is determined by the diameter of the rotating electrode. In the prototype PPE circuit, the buffer capacitance through the inductance is electrically connected to the fixed RVE electrode, the second fixed RVE electrode is connected through a diode to the capacitive storage of the high-voltage pulse generator. In this case, one of the stationary electrodes is under the potential of charging the buffer capacity, the second - since the working capacity is not initially charged, is at zero potential. When the rotating electrode approaches the stationary ones due to the potential difference, the breakdown of the air gap between the high-voltage stationary electrode and the rotating one initially occurs. As a result, the movable electrode falls under high potential, which in turn leads to the breakdown of the second interelectrode gap between the movable and the second stationary, associated with the working capacity. Thus, the electric circuit is closed and charging of the generator begins, which is of a resonant nature. The movable electrode continues its rotational movement and the distance between it and the stationary electrodes is continuously increasing. At the same time, the charging current of the working capacity continues to flow through the electric arc formed between the electrodes. As the voltage at the working capacitance rises, the charging current drops, at the moment of the end of charging it becomes equal to zero and in the normal operation mode the arc goes out spontaneously. This is facilitated by the presence in the circuit of a protective high-voltage diode, which prevents the occurrence of an oscillatory process in the system buffer capacity - working capacity - inductance. The presence of a protective diode, in addition, allows organizing a forced time delay between the end of the charging process (current zero) and the switching of the working capacitance to the load to ensure that the high-voltage arc is disconnected in the spark gap with a rotating electrode due to a current pause.
Следует особо отметить, что в прототипе в составе РВЭ использован один вращающийся электрод, неподвижные электроды расположены друг напротив друга и зазор между ними определяется размерами вращающегося электрода, что ограничивает электрическую прочность конструкции и скорость гашения дуги.It should be especially noted that in the prototype a single rotating electrode was used as part of the RWE, the stationary electrodes are located opposite each other and the gap between them is determined by the dimensions of the rotating electrode, which limits the electric strength of the structure and the rate of arc extinction.
Система импульсно-периодической зарядки, выполненная по схеме прототипа, позволяет получать практически любую частоту следования импульсов при небольших рабочих емкостях до 0,1 мкФ. Это достигается тем, что буферная емкость работает в режиме частичного разряда, а рабочая - заряжается в течение одного полупериода в колебательном режиме через индуктивность с малыми омическими потерями. При этом величина буферной емкости превышает рабочую в 15…20 раз.The system of pulse-periodic charging, made according to the prototype scheme, allows you to get almost any pulse repetition rate at small working capacities up to 0.1 microfarads. This is achieved by the fact that the buffer capacity operates in the partial discharge mode, and the working one is charged for one half-cycle in the oscillatory mode through an inductance with low ohmic losses. In this case, the value of the buffer capacity exceeds the working one by 15 ... 20 times.
Вместе с тем повышение средней мощности, передаваемой в накопитель генератора высоковольтных импульсов, с помощью системы импульсно-периодической зарядки по схеме прототипа требует существенного увеличения емкости буферной батареи, а значит и энергетики, запасаемой в ней, что существенным образом повышает негативные последствия нештатных ситуаций. Эти нештатные ситуации в подавляющем большинстве случаев связаны с невосстановлением электрической прочности до номинального уровня либо самопробоем коммутатора (либо коммутаторов) генератора высоковольтных импульсов и самопробоем самого разрядника с вращающимся электродом на землю. С учетом большой запасаемой в буфере энергии последствия нештатной работы ключевых элементов носят взрывной характер, что связано с существенно растущим по амплитуде и длительности током разрядки буферной емкости. Кроме того, при наличии закороченного коммутатора рабочего накопителя либо РВЭ на землю оборвать ток в цепи СИЗ, многократно превышающий номинальный, без принятия специальных мер не представляется возможным. Происходит полная разрядка буферной емкости с выгоранием или повреждением электродов РВЭ и коммутаторов высоковольтного генератора. Установка плавкого предохранителя в цепи СИЗ способна частично решить проблему защиты, но его эффективность и быстродействие в импульсных схемах существенно ограничены. Кроме того, восстановление работоспособности системы зарядки в этом случае возможно только после замены предохранителя.At the same time, increasing the average power transmitted to the drive of the high-voltage pulse generator using a periodic periodic charging system according to the prototype scheme requires a significant increase in the capacity of the buffer battery, and hence the energy stored in it, which significantly increases the negative consequences of emergency situations. These abnormal situations in the vast majority of cases are associated with the failure to restore the electric strength to the nominal level or with the self-breakdown of the switch (or switches) of the high-voltage pulse generator and the self-breakdown of the spark gap itself with a rotating electrode to earth. Given the large energy stored in the buffer, the consequences of abnormal operation of key elements are explosive, which is associated with a significantly increasing amplitude and duration of the discharge current of the buffer capacity. In addition, if there is a shorted switch of the working drive or RVE to the ground, it is not possible to cut off the current in the PPE circuit many times higher than the nominal one without taking special measures. The buffer capacity is completely discharged with burnout or damage to the RWE electrodes and switches of the high-voltage generator. Installing a fuse in the PPE circuit can partially solve the protection problem, but its efficiency and performance in pulse circuits are significantly limited. In addition, restoration of the charging system in this case is only possible after replacing the fuse.
Недостатками системы импульсно-периодической зарядки, выбранной в качестве прототипа, являются относительно невысокий уровень средней мощности, передаваемой в нагрузку, отсутствие защиты цепи от возникающего сквозного тока из-за невосстановления электрической прочности коммутатора генератора высоковольтных импульсов, а также периодические пропуски срабатывания РВЭ из-за наличия остаточного потенциала на вращающемся электроде от предыдущего импульса.The disadvantages of the system of pulse-periodic charging, selected as a prototype, are the relatively low level of average power transmitted to the load, the lack of protection of the circuit from the resulting through current due to the failure to restore the electrical strength of the switch of the generator of high-voltage pulses, as well as the periodic misses of the RWE due to the presence of residual potential on the rotating electrode from the previous pulse.
Следует особо отметить, что без принятия специальных мер дальнейшее повышение средней мощности системы импульсно-периодической зарядки, построенной по схеме прототипа, и увеличение частоты следования импульсов вызовет еще большие трудности в обеспечении ее функционирования из-за существенно возрастающей вероятности возникновения нештатных ситуаций.It should be especially noted that without taking special measures, a further increase in the average power of the pulse-periodic charging system constructed according to the prototype scheme and an increase in the pulse repetition rate will cause even greater difficulties in ensuring its functioning due to the significantly increased probability of emergency situations.
Таким образом, для повышения среднего уровня мощности, передаваемой в нагрузку с помощью системы импульсно-периодической зарядки на основе дозированного отбора энергии с использованием разрядника с вращающимся электродом, и увеличения надежности функционирования СИЗ в этом режиме необходим ряд усовершенствований, минимизирующий последствия некорректной работы элементов.Thus, in order to increase the average level of power transmitted to the load by means of a pulse-periodic charging system based on dosed energy extraction using a spark gap with a rotating electrode, and to increase the reliability of the operation of PPE in this mode, a number of improvements are required to minimize the consequences of incorrect operation of the elements.
Техническая задача состоит в совершенствовании схемы построения системы импульсно-периодической зарядки на базе дозированного отбора энергии из высоковольтного буферного накопителя с использованием быстродействующего защитного реле и разрядника с вращающимися электродами улучшенной конструкции.The technical task is to improve the design of a pulsed-periodic charging system based on dosed energy extraction from a high-voltage buffer storage using a high-speed protective relay and an arrester with rotating electrodes of improved design.
Ожидаемым техническим результатом предлагаемого решения является увеличение средней мощности системы импульсно-периодической зарядки, повышение надежности ее работы и минимизация последствий некорректной работы основных элементов, входящих в СИЗ и генератор высоковольтных импульсов.The expected technical result of the proposed solution is to increase the average power of the pulse-periodic charging system, increase the reliability of its operation and minimize the consequences of incorrect operation of the main elements included in the PPE and high-voltage pulse generator.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известной системы импульсно-периодической зарядки, включающей в свой состав источник высокого напряжения, буферный емкостной накопитель, индуктивность, высоковольтный диод, размещенный в заземленном корпусе разрядник, содержащий два неподвижных электрода и вращающийся электрод, и генератор высоковольтных импульсов, в предлагаемой системе между буферным емкостным накопителем и разрядником в схему введено быстродействующее защитное реле, а разрядник содержит два пространственно разнесенных неподвижных электрода и, как минимум, два пространственно разнесенных электрически связанных вращающихся электрода и оснащен датчиком положения вращающихся электродов и скользящим контактом, электрически связанным с одной стороны с вращающимися электродами, с другой - через токоограничивающий элемент с корпусом разрядника.The technical result is achieved by the fact that, in contrast to the known pulse-periodic charging system, which includes a high voltage source, a buffer capacitive storage, inductance, a high-voltage diode, a spark gap placed in a grounded housing, containing two stationary electrodes and a rotating electrode, and a high-voltage generator pulses, in the proposed system between the buffer capacitive storage and the arrester, a high-speed protective relay is introduced into the circuit, and the arrester contains two spatial spaced fixed electrode and at least two spaced apart electrically connected rotating electrode is equipped with a position sensor and rotating electrodes and sliding contact, is electrically connected on one side with rotating electrodes, on the other - through a current limiting element with the arrester housing.
Введение в схему импульсно-периодической системы зарядки между буферным емкостным накопителем и разрядником быстродействующего защитного реле позволяет существенно увеличить среднюю мощность и повысить надежность системы в целом. В случае нештатной работы разрядника с вращающимися электродами или коммутаторов генератора высоковольтных импульсов возникает сквозной ток из буферной емкости на землю, амплитуда и длительность которого существенно превышает штатные рабочие значения. Установленный в цепи пороговый токовый датчик при этом формирует сигнал на запуск защитного высоковольтного реле, которое быстро разрывает зарядную цепь на заранее выбранный временной интервал. Это позволяет восстановить электрическую прочность коммутирующих элементов, избежать разрушения узлов сквозным током из буферной емкости и продолжить работу системы после замыкания защитного реле в штатном режиме.Introduction to the circuit of a pulse-periodic charging system between a buffer capacitive storage and a spark gap of a high-speed protective relay allows to significantly increase the average power and increase the reliability of the system as a whole. In the case of abnormal operation of a spark gap with rotating electrodes or switches of a high-voltage pulse generator, there is a through current from the buffer tank to the ground, the amplitude and duration of which significantly exceeds the standard operating values. The threshold current sensor installed in the circuit at the same time generates a signal to start the protective high-voltage relay, which quickly breaks the charging circuit into a pre-selected time interval. This allows you to restore the electrical strength of the switching elements, to avoid the destruction of nodes through current from the buffer tank and to continue the system after the protective relay is closed in normal mode.
Пространственное разнесение неподвижных электродов и использование соответствующим образом разнесенных, как минимум, двух вращающихся электродов позволяет существенным образом повысить эффективность гашения дуги и электрическую прочность конструкции за счет увеличения зазоров между неподвижными электродами. Разнесение неподвижных электродов может быть осуществлено как по углу (электроды расположены в одной плоскости вращения), так и по высоте.The spatial separation of the stationary electrodes and the use of appropriately spaced at least two rotating electrodes can significantly increase the efficiency of arc extinction and the dielectric strength of the structure by increasing the gaps between the stationary electrodes. The separation of the stationary electrodes can be carried out both in angle (electrodes are located in the same plane of rotation) and in height.
Оснащение РВЭ датчиком положения вращающихся электродов позволяет оперативно регулировать момент запуска и величину паузы тока между окончанием процесса зарядки и запуском коммутаторов высоковольтного генератора, что, во-первых, облегчает штатный режим работы генератора за счет обеспечения полного восстановления электрической прочности коммутаторов, во-вторых, позволяет за счет регулировки задержки оперативно менять частоту следования импульсов. Оснащение РВЭ скользящим электрическим контактом, связывающим вращающиеся электроды через токоограничивающий элемент с землей, обеспечивает во время движения электродов, когда они не замкнуты дугой на неподвижные электроды, принудительное поддержание на них нулевого потенциала. Такая организация работы разрядника существенным образом стабилизирует пусковые характеристики и повышает его надежность. При замкнутых на неподвижные электроды вращающихся электродов (во время процесса зарядки рабочей емкости) токоограничивающий элемент препятствует стеканию заряда из буферной емкости на землю.Equipping the RWE with the position sensor of the rotating electrodes allows you to quickly adjust the start time and the current pause between the end of the charging process and the start of the switches of the high-voltage generator, which, firstly, facilitates the normal operation of the generator by ensuring full restoration of the electrical strength of the switches, and secondly, by adjusting the delay to quickly change the pulse repetition rate. Equipping the EWR with a sliding electric contact connecting the rotating electrodes through the current-limiting element to the ground ensures that, when they are not closed by an arc to the stationary electrodes, the force is maintained at zero potential. This organization of the spark gap operation significantly stabilizes the starting characteristics and increases its reliability. When rotating electrodes are closed to stationary electrodes (during the process of charging the working capacity), the current-limiting element prevents the charge from draining from the buffer tank to the ground.
Таким образом, построение мощной высоковольтной системы импульсно-периодической зарядки емкостных накопителей по предлагаемой схеме позволяет достичь технического результата - повышения средней мощности системы импульсно-периодической зарядки, увеличения надежности, работы системы и минимизации последствий некорректной работы основных элементов, входящих в состав СИЗ.Thus, the construction of a powerful high-voltage system of pulse-periodic charging of capacitive storage devices according to the proposed scheme allows to achieve a technical result - increasing the average power of the system of pulse-periodic charging, increasing reliability, operation of the system and minimizing the consequences of incorrect operation of the main elements that make up the PPE.
На фиг. 1 приведена схема заявляемой системы импульсно-периодической зарядки,In FIG. 1 is a diagram of the inventive system of pulse-periodic charging,
гдеWhere
1 - источник высокого напряжения;1 - high voltage source;
2 - быстродействующее защитное реле;2 - high-speed protective relay;
3 - буферный емкостной накопитель;3 - buffer capacitive storage;
4 - индуктивность;4 - inductance;
5 - высоковольтный диод;5 - high voltage diode;
6 - разрядник с вращающимися электродами;6 - spark gap with rotating electrodes;
7 - генератор высоковольтных импульсов;7 - generator of high voltage pulses;
где Ср - рабочая емкость; К - коммутатор; R - сопротивление.where C p is the working capacity; K - switch; R is the resistance.
На фиг. 2 приведена схема разрядника с вращающимися электродами, датчиком положения электродов и скользящим контактом, электрически связанным с вращающимися электродами и через токоограничивающий элемент с корпусом разрядника,In FIG. 2 shows a circuit of a spark gap with rotating electrodes, an electrode position sensor and a sliding contact electrically connected to rotating electrodes and through a current-limiting element with a spark gap body,
гдеWhere
8 - корпус разрядника;8 - arrester housing;
9 - диэлектрический вал;9 - dielectric shaft;
10 - вращающиеся электроды;10 - rotating electrodes;
11 - неподвижные электроды;11 - fixed electrodes;
12 - диск с датчиком положения вращающихся электродов;12 - disk with a position sensor of rotating electrodes;
13 - скользящий контакт;13 - sliding contact;
14 - токоограничивающий элемент.14 - current limiting element.
Заявляемая система импульсно-периодической зарядки реализована на практике. В состав СИЗ, схема которой представлена на фиг. 1, входят: источник высокого напряжения 1 в виде высоковольтного выпрямителя, буферный емкостной накопитель 3, набранный из параллельно включенных энергоемких высоковольтных конденсаторов, быстродействующее защитное реле 2, представляющее из себя герметичный объем, заполненный трансформаторным маслом, в котором с помощью электромагнита происходит коммутация и размыкание цепи зарядки с использованием подвижных электродов, индуктивность 4, защитная сборка 5 из высоковольтных сильноточных диодов, разрядник с вращающимися электродами 6, генератор высоковольтных импульсов 7 с рабочей емкостью Ср и газовым управляемым коммутатором К. Разрядка ГИН после срабатывания коммутатора осуществлялась на активную нагрузку, которая на схеме представлена сопротивлением R.The inventive system of pulse-periodic charging is implemented in practice. The composition of PPE, the circuit of which is presented in FIG. 1, includes: a high-voltage source 1 in the form of a high-voltage rectifier, a buffer capacitive storage 3, composed of parallel-connected energy-intensive high-voltage capacitors, a fast-acting protective relay 2, which is a sealed volume filled with transformer oil, in which switching and opening are carried out using an electromagnet charging circuits using movable electrodes, inductance 4, protective assembly 5 of high-voltage high-current diodes, spark gap with rotating electrodes 6, g generator of voltage pulses 7 with capacitance C p and the gas discharge controlled switch K. GIN after activation switch in an active load that represented in Scheme resistance R.
Разрядник с вращающимися электродами (см. фиг. 2) состоит из заземленного металлического корпуса 8 с размещенными внутри него на диэлектрическом валу 9 тремя пространственно разнесенными на 120 градусов друг относительно друга вращающимися электрически связанными электродами 10, двумя неподвижными электродами 11, также разнесенными на 120°, жестко связанного с валом РВЭ диска с датчиком положения электродов 12 и касающегося вращающихся электродов скользящего контакта 13, соединенного с корпусом разрядника через токоограничивающий элемент 14 в виде резистора.A spark gap with rotating electrodes (see Fig. 2) consists of a grounded
Система импульсно-периодической зарядки работает следующим образом. В соответствии с фиг. 1 источник высокого напряжения 1 относительно медленно заряжает буферный емкостной накопитель 3. Перед окончанием зарядки асинхронный двигатель с регулятором оборотов раскручивает вал 9 (см. фиг. 2) с вращающимися электродами 10. По окончании процесса зарядки буферной емкости и достижения требуемой частоты вращения вала блок управления формирует импульс на замыкание быстродействующего защитного реле 2, которое подключает буферную емкость к неподвижному вводу РВЭ через индуктивность 4 и высоковольтную диодную сборку 5. При этом полярность подключения диода допускает протекание тока из буферной емкости в рабочую, но препятствует обратному течению. При сближении подвижного электрода с неподвижным происходит пробой и на подвижном электроде появляется высокий потенциал, что, в свою очередь, приводит к пробою со второго подвижного электрода, электрически связанного с первым, на второй неподвижный, который связан с емкостным накопителем Ср генератора высоковольтных импульсов. Начинается зарядка рабочей емкости. При этом время запаздывания полной коммутации разрядника (время включения РВЭ) в зависимости от напряжения на буферной емкости составляет 100…200 мкс и не влияет на работу СИЗ. По окончании процесса зарядки дуга в межэлектродных промежутках РВЭ гаснет, ток становится равным нулю и сигнал с датчика положения вращающегося электрода поступает на линию задержки в блоке управления. С задержкой относительно управляющего импульса формируется сигнал на запуск коммутатора К генератора высоковольтных импульсов и запасенная в рабочей емкости энергия выделяется на активной нагрузке. Длительность выделения энергии существенно короче процесса зарядки. При этом частота вращения вала разрядника, длительность зарядки, задержка управляющего импульса на запуск разрядника К согласованы. По окончании цикла заряд-разряд с неподвижными электродами начинает сближаться следующая пара подвижных электродов и цикл повторяется. При этом средняя коммутируемая мощность ограничивается только эрозионной стойкостью электродов разрядника и возможностями двигателя, обеспечивающего вращение электродов. В случае возникновения нештатной ситуации из-за невосстановления электрической прочности коммутатора генератора высоковольтных импульсов либо РВЭ существенно увеличивается ток из буферной емкости на землю. В этом случае установленный в цепи СИЗ датчик тока сформирует на входе быстродействующего защитного реле сигнал на разрыв цепи зарядки с последующим ее замыканием через промежуток времени, необходимый для восстановления электрической прочности, и работа СИЗ продолжается в штатном режиме.The system of periodic repetitive charging is as follows. In accordance with FIG. 1 high voltage source 1 charges the buffer capacitive storage device relatively slowly 3. Before charging is completed, an asynchronous motor with a speed controller spins shaft 9 (see Fig. 2) with
Таким образом, в результате проведенных экспериментальных исследований и компьютерного моделирования было показано, что заявляемая мощная импульсно-периодическая система зарядки на основе дозированного отбора энергии из высоковольтного буферного накопителя с помощью разрядника с вращающимся электродами улучшенной конструкции способна эффективно работать с высокой средней мощностью. При этом надежность заявляемой СИЗ существенно выше систем с заведомо более низкими выходными характеристиками.Thus, as a result of experimental studies and computer modeling, it was shown that the inventive powerful pulse-periodic charging system based on dosed energy extraction from a high-voltage buffer storage device using an improved design of a rotating electrode with rotating electrodes is capable of efficiently operating with high average power. At the same time, the reliability of the claimed PPE is significantly higher than systems with obviously lower output characteristics.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014121898/07A RU2560716C1 (en) | 2014-05-29 | 2014-05-29 | Pulse and periodic charging system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014121898/07A RU2560716C1 (en) | 2014-05-29 | 2014-05-29 | Pulse and periodic charging system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2560716C1 true RU2560716C1 (en) | 2015-08-20 |
Family
ID=53880798
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014121898/07A RU2560716C1 (en) | 2014-05-29 | 2014-05-29 | Pulse and periodic charging system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2560716C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2660171C1 (en) * | 2017-09-21 | 2018-07-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Pulse periodic charging system |
RU2723440C1 (en) * | 2019-10-18 | 2020-06-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Pulse-periodic charging system on gas-discharge switches |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1735950A1 (en) * | 1989-09-25 | 1992-05-23 | Самарский авиационный институт им.акад.С.П.Королева | Method and device for control of operation of discharger with sliding discharge |
JP2002280648A (en) * | 2001-03-22 | 2002-09-27 | Gigaphoton Inc | High voltage pulse generator and discharge stimulated gas laser apparatus for exposure |
RU2352056C1 (en) * | 2007-09-04 | 2009-04-10 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | High-voltage impulse generator |
RU2453966C1 (en) * | 2011-04-18 | 2012-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "ДЕЛЬТА" | Method of electric energy storage condenser charging and related charging device (versions) |
-
2014
- 2014-05-29 RU RU2014121898/07A patent/RU2560716C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1735950A1 (en) * | 1989-09-25 | 1992-05-23 | Самарский авиационный институт им.акад.С.П.Королева | Method and device for control of operation of discharger with sliding discharge |
JP2002280648A (en) * | 2001-03-22 | 2002-09-27 | Gigaphoton Inc | High voltage pulse generator and discharge stimulated gas laser apparatus for exposure |
RU2352056C1 (en) * | 2007-09-04 | 2009-04-10 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | High-voltage impulse generator |
RU2453966C1 (en) * | 2011-04-18 | 2012-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "ДЕЛЬТА" | Method of electric energy storage condenser charging and related charging device (versions) |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
EP 2556980a2, 13.02.2013. * |
ЮТКИН Л.А. Электрогидравлические установки ,Ленинград. Машиностроение, 1986. с. 86-90, рис. 3.1д. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2660171C1 (en) * | 2017-09-21 | 2018-07-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Pulse periodic charging system |
RU2723440C1 (en) * | 2019-10-18 | 2020-06-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Pulse-periodic charging system on gas-discharge switches |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102361417B1 (en) | Systems and methods for plasma ignition | |
JP7017510B2 (en) | Devices, systems and methods for interrupting current | |
AU2016422180B2 (en) | Method for operating a high-voltage pulse system | |
RU2560716C1 (en) | Pulse and periodic charging system | |
AU1150100A (en) | Pulse generator for generating a voltage pulse and corresponding method | |
RU2660171C1 (en) | Pulse periodic charging system | |
CA2918522A1 (en) | High energy ignition generator notably for a gas turbine | |
US3777179A (en) | Voltage-dividing dc circuit breaker and method | |
CN107863956B (en) | Dynamic electrode arc-extinguishing device | |
CN114467161B (en) | DC circuit breaker | |
KR101651737B1 (en) | Micro Pulse System Having Function for Restricting Current and Electrostatic Precipitator Using That Micro Pulse System | |
Zhang et al. | Simulation and analysis on the interruption process of HVDC vacuum switch with forced current zero | |
US3519550A (en) | Apparatus for creating high-voltage pulses | |
RU2723440C1 (en) | Pulse-periodic charging system on gas-discharge switches | |
Hofmann et al. | Inductive test circuit for a fast acting HVDC interrupter | |
RU2282936C1 (en) | Impulse currents generator | |
Faulkner et al. | Electromechanical ballistic DC breaker for use on ships | |
RU2461120C1 (en) | Current pulse series generator | |
RU2239060C1 (en) | Method for controlling electric power system for multi-electrode electro-hydraulic plant (variants) and device for realization of said method | |
RU2447536C2 (en) | Device of controlled commutation | |
RU2666225C1 (en) | Pulsed current generator for high-voltage electrohydraulic technologies | |
RU2474024C1 (en) | Device for protection of capacitance energy accumulator | |
RU2161857C1 (en) | Pulse generator built around transformer-coupled inductive energy storage | |
RU2656886C1 (en) | Plasma current breaker | |
RU148773U1 (en) | SEPARATE POWER OF THE KLYSTRON COLLECTOR AND RESONATORS WITH SUPPORT OF THE POSITIVE COLLECTOR POTENTIAL |