RU1841318C

RU1841318C - HYDROACOUSTIC TRANSMISSION PATH POWER SUPPLY SYSTEM

Info

Publication number: RU1841318C
Application number: SU0004529509A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Александров; Борис Николаевич Артемьев; Владимир Львович Куликов; Владимир Владимирович Ткалич
Original assignee: Акционерное общество Концерн "Океанприбор"
Filing date: 1990-04-10
Publication date: 2022-08-29

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 the pulsed mode of their operation. The power supply system of the hydroacoustic transmission path (HATP) contains a controlled rectifier and a zero-body connected in parallel to a capacitive storage device, a sequentially connected prohibition circuit and the first counter, the second counter, an HF generator, the first R-S trigger, a control pulse generator. The claimed scheme includes a control circuit for the direction and speed of counting, containing a logic switch, a matching circuit, two logic adders, an R-S trigger, a resolution circuit and an "N"-channel matching circuit, a frequency generation unit, a pre-installation circuit, a level discriminator, an inverter, a current sensor.

EFFECT: increased reliability of the power supply system of the HATP in the pulse mode of its operation.

1 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустической техники и электротехники и предназначено для использования в качестве системы электропитания устройств большой мощности в импульс ном режиме их 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 the pulse mode of their operation.

Известны системы электропитания, например, описанные в монографии 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 (ЕН), - с шинами электропитания гидроакустического передающего тракта (ГАПТ). Недостатками подобных устройств являются большие габариты и вес из-за использования в них низкочастотных трансформаторов (50 Гц). Кроме того, применение таких устройств в ГАПТ большой мощности (свыше 2 кВт во время излучения сигнала) со скважностью порядка 20÷50 приводит к ухудшению энергетических характеристик аппаратуры из-за протекания через первичную обмотку трансформатора тока холостого хода в паузе между посылками. Указанные недостатки ограничивают область применения таких устройств в гидроакустических комплексах автономного действия с ограниченным энергоресурсом и жесткими требованиями по тепловыделению передающей аппаратуры.Power supply systems are known, for example, those described in the monograph 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 capacitive storage (EN) , - with power supply buses of the hydroacoustic transmission path (HAPT). The disadvantages of such devices are large dimensions and weight due to the use of low-frequency transformers (50 Hz). In addition, the use of such devices in high-power HAPTs (over 2 kW during signal emission) with a duty cycle of about 20 ÷ 50 leads to a deterioration in the energy characteristics of the equipment due to the idle current flowing through the primary winding of the idle current transformer in the pause between bursts. 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 патентах США №4217632, 4251857, содержащие первый выпрямитель, входы которого подключены к шинам первичного электропитания, а выходы - через импульсный трансформатор, второй выпрямитель и второй ЕН, - с шинами электропитания ГАПТ. В этих устройствах транзисторный усилитель работает на высокой частоте переключений (порядка 10÷20 кГц), что позволяет значительно уменьшить габариты выходного импульсного трансформатора. Однако использование таких решений связано с большим усложнением системы электропитания (наличие двух выпрямителей и двух ЕН), понижением эффективности и надежности ее работы. В частности, применение транзисторов для управления потоком энергии от первичного источника электропитания требует сложной схемы формирования и предварительного усиления импульсного напряжения. В 2-тактном усилителе возможно протекание сквозных токов, 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 инверторов в системе электропитания ГАПТ с выходной мощностью во время посылки свыше 2 кВт. Для обеспечения указанных уровней выходной мощности ГАПТ большими достоинствами обладает система электропитания, описанная в международном патенте W 0801/101023 H03F 3/21, Н02М 2/44. Она содержит силовой трансформатор, первичная обмотка которого через тиристорный ключ соединена с шинами первичного электропитания, а вторичная обмотка, через выпрямитель и ЕН, - с шинами электропитания передающего тракта, причем вход управления тиристорного ключа соединен с выходом фазосдвигающей цепи, вход которой подключен к соответствующей шине первичного электропитания, а вход управления - к шине эталонного (или опорного) напряжения. Выключение тиристорного ключа в паузе между посылками устраняет потери, вызванные протеканием тока холостого хода, что позволяет использовать подобную систему для электропитания ГАПТ при импульсном режиме его работы. Использование в такой системе тиристорного ключа позволяет обеспечить управление потоком энергии большого уровня мощности при сравнительно простой схеме управления. Однако большая амплитуда токов через тиристоры при их включении, обусловленная подключением напряжения первичного электропитания к ЕН с "нулевым" напряжением на нем в начальный момент заряда, а амплитуда этих токов может более чем в 5…10 раз превышать амплитуду номинального рабочего тока, является весьма существенным недостатком этого устройства. Указанное обстоятельство, особенно при импульсном режиме работы ГАПТ, приводит к периодической работе рассматриваемого устройства в режиме токовой перегрузки, что значительно понижает надежность подобных систем электропитания. Улучшить их надежностные характеристики возможно лишь за счет повышения резервирования, т.е. за счет увеличения массогабаритных характеристик этих устройств.Power supply systems are known, for example, those described in US patents No. 4217632, 4251857, containing the first rectifier, the inputs of which are connected to the primary power buses, and the outputs through a pulse transformer, the second rectifier and the second EH, with the power supply buses GAPT. In these devices, the transistor amplifier operates at a high switching frequency (of the order of 10–20 kHz), which makes it possible to significantly reduce the dimensions of the output pulse transformer. However, the use of such solutions is associated with a great complication of the power supply system (the presence of two rectifiers and two EH), a decrease in the efficiency and reliability of its operation. 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 2-stroke amplifier, through currents can flow, 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 inverters in the GAPT power supply system with an output power at the time of sending more than 2 kW. To provide the indicated output power levels of the GAPT, the power supply system described in the international patent W 0801/101023 H03F 3/21, H02M 2/44 has great advantages. It contains 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 EH, to the power supply buses of the transmitting path, and the control input of the thyristor key is connected to the output of the phase-shifting circuit, the input of which is connected to the corresponding bus primary power supply, and the control input to the reference (or reference) voltage bus. Turning off the thyristor key in the pause between bursts eliminates the losses caused by the flow of no-load current, which makes it possible to use a similar system to power the HAPT in the pulse mode of its operation. The use of a thyristor switch in such a system makes it possible to control the energy flow of a high power level with a relatively simple control scheme. However, the large amplitude of currents through the thyristors when they are turned on, due to the connection of the primary power supply voltage to the EH with "zero" voltage on it at the initial moment of charging, and the amplitude of these currents can exceed the amplitude of the rated operating current by more than 5 ... 10 times, is very significant disadvantage of this device. This circumstance, especially in the pulse mode of operation of the HAPT, leads to the periodic operation of the device in question in the current overload mode, which significantly reduces the reliability of such power supply systems. It is possible to improve their reliability characteristics only by increasing redundancy, i.e. by increasing the weight and size characteristics of these devices.

Наиболее близкой к предлагаемой системе электропитания является система, описанная в авторском свидетельстве №1841316.The closest to the proposed power supply system is the system described in the author's certificate No. 1841316.

Устройство-прототип (фиг.1) содержит последовательно включенные выпрямитель (7) и ЕН (9), входные выводы выпрямителя через тиристорный ключ (5) связаны с выводами для подключения источника переменного напряжения, формирователь импульсов управления (4), выход которого подключен ко входу управления тиристорного ключа, нуль-орган (1), вход которого связан с выводами для подключения источника переменного напряжения, а его выход через схему запрета (2) подключен ко входу синхронизации первого счетчика (3), выход старшего разряда которого соединен с другим входом схемы 2 запрета, а его установочный вход подключен к выводам для подключения пускового сигнала Тцикла, выходы первого счетчика (3) соединены с информационными входами второго счетчика (6), вход синхронизации которого подключен к выходу генератора ВЧ импульсов (11), а установочный вход - к выходу RS-триггера (10), соединенного S-входом с выходом нуль-органа, а R-входом с выходом второго счетчика (6) и входом формирователя импульсов управления (4).The prototype device (figure 1) contains a series-connected rectifier (7) and EH (9), the input terminals of the rectifier through a thyristor switch (5) are connected to the terminals for connecting an AC voltage source, the control pulse shaper (4), the output of which is connected to control input of the thyristor key, zero-organ (1), the input of which is connected to the terminals for connecting an AC voltage source, and its output through the prohibition circuit (2) is connected to the synchronization input of the first counter (3), the output of the most significant bit of which is connected to another input prohibition circuit 2, and its installation input is connected to the terminals for connecting the trigger signal Tcycle, the outputs of the first counter (3) are connected to the information inputs of the second counter (6), the synchronization input of which is connected to the output of the RF pulse generator (11), and the installation input - to the output of the RS-trigger (10), connected by the S-input to the output of the null organ, and by the R-input to the output of the second counter (6) and the input of the pulse shaper y board (4).

Устройство-прототип используется в ГАПТ, работающем в импульсном режиме с длительностью посылок (10÷20) сек и скважности работы порядка (20÷50) при полном использовании энергии, запасаемой в ЕН. Практически на все время паузы между излучениями сигнал управления отсутствует (Uупр.=0), 1-й N-разрядный счетчик обнулен, а на его инверсных выходах - максимальная величина двоичного кода S макс. Следовательно, на управляющих электродах тиристорного ключа импульсы его запуска имеют постоянную и максимальную по величине задержку включения τ_{зад.макс} и при разряженном ЕН тиристоры ключа будут открываться при напряжениях на их анодах, близких к нулю. Таким образом, ток через первичную обмотку сетевого трансформатора во время паузы между посылками будет минимальным, что позволило устранить потери в нем на этом интервале времени.The prototype device is used in GAPT, operating in a pulsed mode with a burst duration (10÷20) sec and a duty cycle of the order of (20÷50) with full use of the energy stored in the EH. For almost the entire pause between emissions, there is no control signal (Uupr.=0), the 1st N-bit counter is reset to zero, and its inverse outputs have the maximum value of the binary code S max. Consequently, on the control electrodes of the thyristor key, its start pulses have a constant and maximum turn-on delay τ _{set max} , and when the EH is discharged, the thyristors of the key will open at voltages on their anodes close to zero. Thus, the current through the primary winding of the network transformer during the pause between bursts will be minimal, which made it possible to eliminate losses in it in this time interval.

Непосредственно перед излучением, с определенным упреждением, на вход синхронизации 1-го N-разрядного счетчика поступает сигнал Uупр.=1, что является разрешением к уменьшению его входного кода (на единицу для каждого перехода через ноль питающего напряжения U сети) и дискретному уменьшению времени задержки импульсов, запускающих тиристоры ключа. Ток через тиристоры, соответственно и ток заряда ЕН, определяется для каждого цикла подзаряда напряжением ΔU, равным разности между напряжением питающей сети в момент включения тиристоров ключа и напряжением U_EH в этот же момент времени:Immediately before emission, with a certain lead, the synchronization input of the 1st N-bit counter receives the signal Ucontrol = 1, which is the permission to reduce its input code (by one for each zero crossing of the supply voltage U of the network) and a discrete decrease in time delays of pulses that trigger the thyristors of the key. The current through the thyristors, respectively, and the charge current EH, is determined for each recharge cycle by voltage ΔU, equal to the difference between the supply voltage at the moment the key thyristors are turned on and the voltage U _EH at the same time:

В начальной стадии процесса заряда ЕН, при

к тиристорам ключа прикладывается напряжение, ограниченное по величине (при N=4, ΔU < 0,1 U_сети) но максимальное за все время процесса заряда. С каждым переходом через "0" питающего напряжение величина ΔU вначале медленно, а затем все быстрее уменьшается и при задержке включения тиристоров τ_зад = τ_{зад.мин} ток подзаряда ЕН прекратится. При этом огибающая импульсов подзаряда ЕН по форме близка к правой (относительно оси симметрии) половине колоколообразного импульса. Такой алгоритм процесса заряда ЕН позволил ограничить амплитуду тока заряда в начальной его стадии.In the initial stage of the process of charging EH, at

a voltage is applied to the thyristors of the key, limited in magnitude (at N=4, ΔU < 0.1 U _{of the network} ) but the maximum for the entire time of the charging process. With each transition through the "0" of the supply voltage, the value of ΔU at first slowly, and then decreases more and more rapidly, and with a delay in turning on the thyristors τ _set = τ _set , the charging current EH will stop. In this case, the envelope of the charge pulses EH is close in shape to the right (with respect to the axis of symmetry) half of the bell-shaped pulse. Such an algorithm of the charge process EH made it possible to limit the amplitude of the charge current in its initial stage.

Вместе с тем устройство-прототип имеет один существенный недостаток. Упомянутую форму огибающей токов подзаряда ЕН в виде половины колоколообразного импульса нельзя считать оптимальной, т.к. большую часть времени, отводимую на процесс заряда ЕН, тиристоры работают с существенным "недогрузом" по току. Если каким-либо образом получить огибающую импульсов подзаряда ЕН в виде, близком к прямоугольному, то можно или сократить время заряда (при токах через тиристоры ключа I_зар ≅ I_доп.), или, разгрузив тиристоры, полностью использовать паузу между излучениями для заряда ЕН. При всех прочих равных условиях в последнем варианте явно обнаруживается повышение надежности системы электропитания.However, the prototype device has one significant drawback. The mentioned form of the envelope of the charging currents EH in the form of half a bell-shaped pulse cannot be considered optimal, since most of the time allotted for the process of charging EH, thyristors operate with a significant "underload" in current. If in any way the envelope of the recharging pulses EH is obtained in a form close to rectangular, then it is possible either to reduce the charge time (at currents through the thyristors of the key I _charge ≅ I _additional ), or, by unloading the thyristors, to fully use the pause between radiations to charge EH . All other things being equal, the latter version clearly shows an increase in the reliability of the power supply system.

Кроме того, устройство-прототип обеспечивает работу ГАПТ, режим которого можно охарактеризовать как квазиимпульсный. Между тем эти же тракты используются для обзора ближней обстановки (ОБО) с более выраженными импульсными характеристиками режима работы: с длительностями посылок Тизл = (20÷100) мс и скважностями Q = (10÷30). Другой особенностью ГАПТ ОБО является такое их структурное построение, что во время излучения осуществляется не полный, а лишь частный разряд ЕН (до Uен.кон ≥ 0,5 Uен.ном. В этих условиях весьма важно обеспечить начало процесса заряда ЕН сразу после окончания излучения, т.к. любая задержка начала процесса заряда уменьшает его длительность и вынуждает увеличивать токи заряда, протекающие через тиристоры ключа. Использование в ГАПТ ОБО устройства-прототипа с описанным выше алгоритмом его работы затруднено, т.к. значительную часть паузы между излучениями необходимо использовать для формирования задержки включения тиристоров τ_зад, обеспечивающей начало процесса заряда ЕН. Так, при глубине его разряда до 0,5 Uном ЕН этот интервал времени составляет 3 периода питающей сети при разрядности 1-го счетчика N=4 и 10 периодов - при N=6. Таким образом, использование устройства-прототипа в ГАПТ ОБО не сможет обеспечить высокую надежность его работы, а в ряде ситуаций - вообще не обеспечит требуемый режим работы тракта.In addition, the prototype device ensures the operation of the GAPT, the mode of which can be characterized as quasi-pulse. Meanwhile, the same paths are used to view the near environment (NBO) with more pronounced impulse responses of the operating mode: with burst durations Тizl = (20÷100) ms and duty cycles Q = (10÷30). Another feature of the HAPT OBO is such a structural construction that during the radiation, not a complete, but only a partial discharge of EH is carried out (up to Uen.kon ≥ 0.5 Uen.nom. Under these conditions, it is very important to ensure the start of the charge process of EH immediately after the end of the radiation , because any delay in the beginning of the charging process reduces its duration and forces to increase the charge currents flowing through the thyristors of the key. for the formation of a delay in turning on the thyristors τ _ass , which ensures the start of the charging process EH So, with a depth of its discharge up to 0.5 Unom EH, this time interval is 3 periods of the supply network with a capacity of the 1st counter N=4 and 10 periods - with N= 6. Thus, the use of a prototype device in the GAPT OBO will not be able to provide high reliability of its operation, and in a number of situations it will not provide the required th mode of operation of the tract.

Цель изобретения - повышение надежности системы электропитания ГАПТ в импульсном режиме его работы.The purpose of the invention is to improve the reliability of the GAPT power supply system in the pulse mode of its operation.

Для этого в известное устройство-прототип, состоящее из параллельного соединения емкостного накопителя, управляемого выпрямителя и нуль-органа, первый вход которого соединен с одной из шин питания, а выход - со входом записи второго счетчика, последовательно соединены схемы запрета и первого счетчика, выход переноса которого соединен со вторым входом схемы запрета, N информационных входов второго счетчика соединены с N выходами первого счетчика, вход синхронизации - с выходом генератора ВЧ, первого RS-триггера, R-вход которого соединен с выходом переноса второго счетчика, S-вход соединен с выходом нуль-органа, а выход - со входом формирователя управляющих импульсов, выход которого соединен со входом управляемого выпрямителя, дополнительно введена схема управления направлением и скоростью счета, содержащая датчик тока, второй вход которого соединен со вторым входом нуль-органа, первый вход соединен со второй шиной питания, а выход - со входом дискриминатора уровня, первый выход которого соединен с R-входом второго RS-триггера, а второй - со вторым входом первого логического сумматора, первый вход которого соединен с шиной пускового сигнала, а третий соединен с выходом устройства предварительной установки, второй выход которой соединен с третьим входом нуль-органа, выход первого логического сумматора соединен с входом записи первого счетчика и S -входом второго RS-триггера, выход которого соединен с третьим входом логического коммутатора, второй вход которого соединен со вторым выходом блока формирования частот, а первый вход - с первым выходом блока формирования частот, выход логического коммутатора соединен с первым входом схемы совпадения, а ее второй вход соединен с третьим выходом дискриминатора уровня и через инвертор - с входом управления первого счетчика и со вторым входом схемы разрешения, первый вход которой подключен к третьему выходу блока формирования частот, а третий вход - с выходом N канальной схемы совпадения, входы которой соединены с разрядными выходами первого счетчика, выход схемы разрешения подсоединен ко второму входу второго логического сумматора, первый вход которого соединен с выходом схемы совпадения, а его выход - с первым входом схемы запрета.To do this, in a well-known prototype device, consisting of a parallel connection of a capacitive storage, a controlled rectifier and a null body, the first input of which is connected to one of the power buses, and the output is connected to the recording input of the second counter, the prohibition circuits and the first counter are connected in series, the output the transfer of which is connected to the second input of the prohibition circuit, N information inputs of the second counter are connected to N outputs of the first counter, the synchronization input is connected to the output of the RF generator, the first RS flip-flop, the R-input of which is connected to the transfer output of the second counter, the S-input is connected to the output of the null organ, and the output - with the input of the control pulse shaper, the output of which is connected to the input of the controlled rectifier, an additional control circuit for the direction and count rate is introduced, containing a current sensor, the second input of which is connected to the second input of the null organ, the first input is connected to the second power rail, and the output - with the input of the level discriminator, the first output of which connected to the R input of the second RS flip-flop, and the second to the second input of the first logic adder, the first input of which is connected to the trigger signal bus, and the third is connected to the output of the preset device, the second output of which is connected to the third input of the null organ, the output of the first logical adder is connected to the record input of the first counter and the S-input of the second RS-flip-flop, the output of which is connected to the third input of the logical switch, the second input of which is connected to the second output of the frequency formation unit, and the first input is connected to the first output of the frequency formation unit, the output the logic switch is connected to the first input of the matching circuit, and its second input is connected to the third output of the level discriminator and through the inverter - to the control input of the first counter and to the second input of the resolution circuit, the first input of which is connected to the third output of the frequency formation unit, and the third input - with the output of the N-channel matching circuit, the inputs of which are connected to the bit outputs dami the first counter, the output of the enable circuit is connected to the second input of the second logical adder, the first input of which is connected to the output of the match circuit, and its output is connected to the first input of the prohibition circuit.

Таким образом, предлагаемая система электропитания ГАПТ имеет отличия от прототипа и обладает новизной. При этом заявителю и авторам не известны технические решения, которые могли бы обеспечить минимальную задержку начала процесса заряда частично разряженного ЕН стабилизированными по амплитуде импульсами тока и тем самым повысить надежность электропитания гидроакустической аппаратуры.Thus, the proposed GAPT power supply system differs from the prototype and has a novelty. At the same time, the applicant and the authors are not aware of technical solutions that could provide a minimum delay in the start of the process of charging a partially discharged EH with amplitude-stabilized current pulses and thereby increase the reliability of the power supply of hydroacoustic equipment.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства-прототипа.Figure 1 shows a block diagram of the prototype device.

На фиг.2 представлена структурная схема предлагаемого устройства; пунктирной линией обведены блоки и связи оригинальной части заявляемой системы электропитания.Figure 2 shows a block diagram of the proposed device; the dotted line circles the blocks and connections of the original part of the proposed power supply system.

На фиг.3 представлены диаграммы токов и напряжений, поясняющие принцип работы предлагаемого устройства.Figure 3 presents diagrams of currents and voltages, explaining the principle of operation of the proposed device.

На фиг.4 представлена блок-схема логического коммутатора, являющегося составной частью заявляемой системы электропитания.Figure 4 shows a block diagram of a logical switch, which is an integral part of the inventive power supply system.

На фиг.5 приведены диаграммы напряжений, поясняющие принцип формирования выходных сигналов логического коммутатора.Figure 5 shows voltage diagrams that explain the principle of generating the output signals of the logical switch.

Структурная схема предлагаемой системы электропитания, представленная на фиг.2, состоит из нуль-органа 1, схемы запрета 2, первого счетчика 3, формирователя управляющих импульсов 4, второго счетчика 6, управляемого выпрямителя 8, который может включать в себя тиристорный ключ 5 и неуправляемый выпрямитель 7 из устройства-прототипа, емкостного накопителя 9, первого RS-триггера 10, генератора ВЧ импульсов 11, схемы предварительной установки 12, дискриминатора уровня 13, датчика тока 14, первого логического сумматора 15, второго RS-триггера 16, блока формирователя частот 17, логического коммутатора 18, схемы совпадения 19, схемы разрешения 20, инвертора 21, второго логического сумматора 22 и N-канальной схемы совпадения 23.Structural diagram of the proposed power supply system, shown in figure 2, consists of a null body 1, a prohibition circuit 2, a first counter 3, a control pulse generator 4, a second counter 6, a controlled rectifier 8, which may include a thyristor switch 5 and an uncontrolled rectifier 7 from a prototype device, capacitive storage 9, first RS flip-flop 10, RF pulse generator 11, preset circuit 12, level discriminator 13, current sensor 14, first logic adder 15, second RS flip-flop 16, frequency shaper 17 , a logic switch 18, a matcher 19, an enabler 20, an inverter 21, a second logic adder 22, and an N-channel matcher 23.

Функциональное назначение перечисленных блоков предлагаемой системы электропитания ГАПТ следующее.The functional purpose of the listed blocks of the proposed GAPT power supply system is as follows.

Нуль-орган 1 состоит из резистивного делителя, усилителя-ограничителя и дифференцирующего устройства. Усилитель-ограничитель преобразовывает синусоидальное напряжение Кдел × Uсети, поступающее на его вход с делителя напряжения, в импульсный сигнал типа "меандр", фронт и спад которого определяется моментами перехода через ноль напряжения U сети. Дифференцирующее устройство предназначено для формирования коротких импульсов частотой следования 100 Гц (при Uсети = 50 Гц), временное положение которых совпадает с фронтом и спадом выходных сигналов усилителя-ограничителя. Нуль-орган, на второй вход которого поступает сигнал со схемы предварительной установки, блокирующий его выход на (1÷2) сек после подачи на систему электропитания напряжения +5 В, может быть выполнен на микросхемах 564ЛН2 и 564ЛП2, а его выходом может служить элемент 2И-НЕ микросхемы 564 ЛА7.Null organ 1 consists of a resistive divider, a limiting amplifier and a differentiating device. The limiting amplifier converts the sinusoidal voltage Kdel × Unetwork, which is fed to its input from the voltage divider, into a meander-type pulse signal, the rise and fall of which is determined by the zero-crossing times of the voltage Unetwork. The differentiating device is designed to form short pulses with a repetition rate of 100 Hz (at Unetwork = 50 Hz), the time position of which coincides with the front and fall of the output signals of the limiting amplifier. The null organ, the second input of which receives a signal from the presetting circuit, blocking its output for (1÷2) sec after the +5 V voltage is applied to the power supply system, can be made on 564LN2 and 564LP2 microcircuits, and its output can be an element 2I-NOT microcircuits 564 LA7.

Первый счетчик 3 служит для формирования линейно-нарастающего (или линейно-спадающего) двоичного кода S, поступающего на разрядные входы S⁰, Sⁱ, … S^N второго счетчика 6. Оба счетчика могут быть реализованы на N-разрядных двоичных счетчиках типа 564 ИЕ11. На установочный вход 1-го счетчика с 1-го логического сумматора 15 поступают сигналы (команды), определяющие режим работы всей системы электропитания: первоначальная задержка включения, режим заряда накопителя, режим излучения, аварийный режим. На вход синхронизации этого счетчика через схему запрета 2 поступает последовательность импульсов переменной, зависимой от амплитуды зарядного тока ЕН i_зар, частоты, а на управляющий вход - положительный потенциал, но только на время превышения импульсами зарядного тока i_зар величины, принятой за номинальную (i_ном). В последнем случае 1-й счетчик считает на увеличение кода. Величина кода изменяется от максимального значения Sмакс = 2^N+1 - 1 до минимального Sмин = 2^N - 1.The first counter 3 is used to form a linearly increasing (or linearly decreasing) binary code S supplied to the bit inputs S ⁰ , S ⁱ , ... S ^N of the second counter 6. Both counters can be implemented on N-bit binary counters of type 564 IE11 . The installation input of the 1st counter from the 1st logical adder 15 receives signals (commands) that determine the operation mode of the entire power supply system: initial turn-on delay, storage charge mode, radiation mode, emergency mode. The synchronization input of this counter through the prohibition circuit 2 receives a sequence of pulses of a variable dependent on the amplitude of the charging current EH i _charge , frequency, and a positive potential is sent to the control input, but only for the time that the pulses of the charging current i _charge exceed the value taken as the nominal (i _nom ). In the latter case, the 1st counter counts for increasing the code. The code value changes from the maximum value Smax = 2 ^N+1 - 1 to the minimum Smin = 2 ^N - 1.

Схема запрета 2 предотвращает прохождение на вход синхронизации 1-го счетчика выходных сигналов схемы управления направлением и скоростью счета при обнулении выхода старшего разряда 2^N кода S 1-го счетчика, что происходит при уменьшении кода S до величины Sмин. Этот элемент устройства может быть реализован на микросхеме 564 ЛА7.The prohibition circuit 2 prevents the passage of the output signals of the control circuit for the direction and counting rate to the synchronization input of the 1st counter when the output of the most significant bit 2 ^N of the code S of the 1st counter is zeroed, which occurs when the code S decreases to the value Smin. This device element can be implemented on a 564 LA7 chip.

Второй счетчик 6 предназначен для формирования последовательности импульсов, временное положение каждого i-того из которых (t_i) определяет момент включения тиристоров УВ относительно предыдущего перехода через ноль напряжения U сети (t_к). Разность (t_i-t_к), в дальнейшем описании называемая длительностью задержки включения тиристоров τ_зад, в штатном режиме работы ГАПТ при заряде ЕН с каждым переходом через ноль напряжения Uсети дискретно, на определенный отрезок времени, сокращается, приближаясь к моменту времени t_к кон, в который тиристоры будут включаться при полном амплитудном значении напряжения Uсети, что практически совпадает с прекращением процесса заряда ЕН. На вход предзаписи SЕ этого счетчика поступает последовательность импульсов с выхода нуль-органа, при этом каждый импульс производит запись в счетчик информации, поступающей на его входы S⁰…S^N.The second counter 6 is designed to generate a sequence of pulses, the time position of each i-th of which (t _i ) determines the moment of switching on the thyristors SW relative to the previous transition through zero voltage U of the network (t _to ). The difference (t _i -t _to ), hereinafter referred to as the duration of the thyristor turn-on delay τ _ass , in the normal mode of operation of the GAPT when charging EH with each transition through zero voltage U network discretely, for a certain period of time, is reduced, approaching the time t _to end, in which the thyristors will turn on at the full amplitude value of the voltage Unetwork, which practically coincides with the termination of the charging process EH. The pre-recording input SE of this counter receives a sequence of pulses from the output of the null organ, with each pulse recording information received at its inputs S ⁰ ...S ^N .

На счетный вход (или вход синхронизации) второго счетчика поступают импульсы с выхода генератора ВЧ 11, реализация которого может быть выполнена на основе триггера Шмидта микросхемы 564 ТЛ1; для обеспечения нормального функционирования второго счетчика частота F_o генератора 11 должна определяться соотношением: F_c = 2^N+2 - F сети.The counting input (or synchronization input) of the second counter receives pulses from the output of the RF generator 11, the implementation of which can be performed on the basis of the Schmidt trigger of the 564 TL1 chip; to ensure the normal operation of the second counter frequency F _o generator 11 must be determined by the ratio: F _c = 2 ^N+2 - F network.

Длительность τ_зад определяется величиной двоичного кода S, записываемой вторым счетчиком по поступлению каждого импульса с выхода нуль-органа с частотой F_вх = 2 F сети, и периодом синхронизирующих импульсов Т_о = 1/F_o: τ_зад = S⋅Т_о. Соответственно, длительность τ_зад изменяется от

до τ_мин = Sмин⋅Т_о = (Тп/2)/2-Т_о. В устройстве-прототипе при N = 4 и частоте сигналов на входе синхронизации 1-го счетчика 3 F_вх = 100 Гц и 2-го F_o = 3,2 кГц на каждый переход через ноль питающей сети величина S двоичного кода дискретно уменьшается на единицу от Sмакс = 31 до Sмин = 15, не с неизменным шагом квантования полупериода Uсети

180°/Sмакс ≈ 6. Углом включения тиристоров УВ, равным

, определяется и амплитуда первого импульса зарядного тока.The duration _τ set is determined by the value of the binary code S recorded by the second counter upon receipt of each pulse from the output of the null-organ with a frequency F _in = 2 F of the network, and the period of the clock pulses T _o = 1/F _o : τ set = _S⋅T _o . Accordingly, the duration τ _ass changes from

up to τ _min \u003d Smin⋅T _o \u003d (Tp / 2) / 2-T _o . In the prototype device with N = 4 and the frequency of the signals at the synchronization input of the 1st counter 3 _Fin = 100 Hz and the 2nd F _o = 3.2 kHz for each zero crossing of the supply network, the value S of the binary code is discretely reduced by one from Smax = 31 to Smin = 15, not with the same half-cycle quantization step Unetwork

180°/Smax ≈ 6. The switching angle of the SW thyristors is equal to

, the amplitude of the first pulse of the charging current is also determined.

RS-триггер 10 формирует импульсную последовательность с периодом повторения Тп = 1/2 Uсети, но с изменяющейся в процессе заряда ЕН скважностью. Передние фронты импульсов совпадают с поступающими на его S-вход импульсами нуль-органа, а задние - с выходными, задержанными на время τ_зад, импульсами 2-го счетчика, поступающими на его R-вход.The RS flip-flop 10 generates a pulse sequence with a repetition period Tp = 1/2 Unetwork, but with a duty cycle changing during the charge EH. The leading edges of the pulses coincide with the pulses of the null organ arriving at its S-input, and the rear ones coincide with the output pulses of the 2nd counter, delayed for a time τ _ass , arriving at its R-input.

Формирователь управляющих импульсов 4 вырабатывает импульсы запуска тиристоров УВ 8 и может быть выполнен, как и в устройстве-прототипе, на инверторе, одновибраторе, определяющем длительность импульсов запуска, и однотактном усилителе с трансформаторным выходом, определяющем энергетические параметры этих импульсов. При выполнении блока 8 на оптотиристорах выходными каскадами формирователя 4 могут служить эмиттерные повторители транзисторных матриц (1HT251, 2ТС622). После инвертирования импульсной последовательности, поступающей на формирователь 4 с RS-триггера 10, на вход одновибратора будут поступать импульсы с изменяющимся во времени (задерживаемым) передним фронтом и жестко связанным с периодом U сети задним фронтом. Формируя импульсы заданной длительности (t_u≈20 мкс) по переднему фронту входных импульсов, одновибратор обеспечивает включение тиристоров УВ с необходимой задержкой.The control pulse shaper 4 generates trigger pulses for the thyristors SW 8 and can be performed, as in the prototype device, on an inverter, a single vibrator that determines the duration of the trigger pulses, and a single-cycle amplifier with a transformer output that determines the energy parameters of these pulses. When block 8 is executed on optothyristors, emitter followers of transistor matrices (1HT251, 2TC622) can serve as output stages of shaper 4. After inverting the pulse sequence arriving at the shaper 4 from the RS-trigger 10, pulses with a time-varying (delayed) leading edge and a trailing edge rigidly connected with the period U of the network will arrive at the input of the one-shot. Forming pulses of a given duration (t _u ≈20 μs) along the leading edge of the input pulses, the single vibrator ensures that the SW thyristors are turned on with the necessary delay.

Управляемый выпрямитель 8 может быть выполнен в том же виде, как и в устройстве-прототипе (блоки 5 и 7 на фиг.1): тиристорный ключ в одной из фаз питающей сети Uсети и диодный мост. Он может быть выполнен и на тиристорном мосту (с ЕН в диагонали). Его функцией является обеспечение протекания токов подзаряда i_зар через ЕН в одном и том же направлении, несмотря на изменение фазы питающего напряжения Uсети. При этом амплитуды токов i_зар определяются разностью напряженийControlled rectifier 8 can be made in the same form as in the prototype device (blocks 5 and 7 in figure 1): a thyristor key in one of the phases of the supply network Unetwork and a diode bridge. It can also be performed on a thyristor bridge (with EH in the diagonal). Its function is to ensure the flow of charging currents i _charge through the EH in the same direction, despite the change in the phase of the supply voltage Unetwork. In this case, the amplitudes of the currents i _charge are determined by the voltage difference

приложенных к тиристорам при данной задержке τ' зад их включения, а их длительности

- из условия равенства ΔU = 0.applied to the thyristors at a given delay τ' set their turn on, and their duration

- from the equality condition ΔU = 0.

Емкостной накопитель 9 представляет собой батарею электролитических конденсаторов с присоединенной к ней демпфирующей индуктивностью L_демпф, ограничивающей крутизну нарастания токов i_зар в моменты включения тиристоров УВ. Номинал L_демпф определяется максимальной величиной напряжения ΔU, расчетной величиной тока i_зар и желаемой длительностью его фронта нарастания.Capacitive storage 9 is a battery of electrolytic capacitors with a damping inductance L _damping attached to it, which limits the steepness of the rise of currents i _charge at the moments of switching on the SW thyristors. The value of L _damping is determined by the maximum voltage value ΔU, the calculated value of the current i _charge and the desired duration of its rising front.

Схема предварительной установки 12 предназначена для обеспечения необходимых условий штатного функционирования системы электропитания в начальный момент времени, непосредственно после подачи на ее электронную (управляющую) часть напряжения 5 В. Для этого она на время (1÷2) сек (интервал t₁-t₂ фиг.3,а) выдает на входы нуль-органа 1 и первого логического сумматора 15 напряжение низкого уровня (в дальнейшем "лог.0"). После соответствующего преобразования этими блоками напряжение уже высокого уровня (в дальнейшем "лог.1", фиг.3.д) поступает на установочные S -входы RS-триггеров 10 и 16 и на входы перезаписи SE первого (3) и второго (6) счетчиков. В результате на инверсных выходах первого счетчика 3 записывается максимальное число 5 макс, а второй счетчик 6 формирует максимальную по длительности задержку τ_макс включения тиристоров УВ 8. При этом состояние RS-триггеров обеспечивает начало работы заявляемой системы, т.е. заряд ЕН 9, минимальными токами. Через (1÷2) с выходное напряжение схемы переводится в рабочий режим. Схема 12 может быть выполнена на одном элементе 564 ТЛ1 (триггер Шмидта), одном элементе НЕ микросхемы 564 ЛН2 и времязадающей RC-цепи.The pre-installation circuit 12 is designed to provide the necessary conditions for the normal operation of the power supply system at the initial moment of time, immediately after the voltage of 5 V is applied to its electronic (control) part. To do this, it is for a time (1÷2) sec (interval t ₁ -t ₂ Fig.3,a) outputs to the inputs of the null body 1 and the first logic adder 15 voltage low level (hereinafter "log.0"). After the corresponding conversion by these blocks, the voltage of an already high level (hereinafter "log.1", Fig.3.d) is supplied to the installation S -inputs of the RS flip-flops 10 and 16 and to the rewriting inputs SE of the first (3) and second (6) counters. As a result, the maximum number 5 max is recorded on the inverse outputs of the first counter 3, and the second counter 6 generates the maximum duration delay τ _max for turning on the thyristors SW 8. charge EN 9, minimum currents. After (1÷2) s, the output voltage of the circuit is switched to the operating mode. Scheme 12 can be performed on one element 564 TL1 (Schmidt trigger), one element NOT chip 564 LN2 and timing RC circuit.

Датчиком тока (ДТ) 14 может служить трансформатор тока, включаемый в одну из шин первичного электропитания. С его выхода на вход дискриминатора уровня (ДУ) 13 поступают пачки импульсов (фиг.2,в), амплитуды которых пропорциональны амплитудам импульсов зарядного тока ЕН9, протекающих через вентили УВ 8.The current sensor (DT) 14 can be a current transformer included in one of the primary power buses. From its output to the input of the level discriminator (DU) 13 receive bursts of pulses (figure 2, c), the amplitudes of which are proportional to the amplitudes of the pulses of the charging current EH9 flowing through the UV valves 8.

ДУ 13 предназначен для формирования на трех своих выходах команд, моменты появления которых и их длительность зависят от амплитуд импульсов тока i_зар, поступающих на его вход с ДТ14. ДУ 13 состоит из трех пороговых устройств, вырабатывающих следующие виды команд:DU 13 is designed to generate commands at its three outputs, the moments of occurrence of which and their duration depend on the amplitudes of current pulses i _charge arriving at its input from DT14. DU 13 consists of three threshold devices that generate the following types of commands:

перепад напряжения с "лог.0" в "лог.1" - при i_зар = i_мин (фиг.3.е),voltage drop from "log.0" to "log.1" - at i _charge = i _min (Fig.3.e),

перепад напряжения с "лог.1" в "лог.0" - при i_зар = i_ном (фиг.3,ж),voltage drop from "log.1" to "log.0" - at i _charge = i _nom (Fig.3,g),

перепад напряжения с "лог.1" в "лог.0" на время ~5 сек, после чего восстанавливается "лог.1", - при i_зар = i_макс (фиг.3,г).voltage drop from "log.1" to "log.0" for a time of ~5 seconds, after which "log.1" is restored - at i _charge = i _max (Fig.3,d).

В соответствии с этим ДУ 13 определяет один из четырех режимов работы заявляемой системы электропитания: "минимального тока" (i_зар < i_мин), "нарастающего тока" (i_мин ≤ i_зар < i_ном), "номинального тока" (i_ном ≤ i_зар < i_макс) и аварийный (i_зар > i_макс). В последнем случае, как видно из диаграмм на фиг.3, исключается возможность включения тиристоров УВ 8 в случае появления случайного режима КЗ на выходе ЕН 9 в процессе его заряда. Это достигается тем, что в аварийном режиме импульс положительной полярности с выхода первого логического сумматора 15 поступает на вход предзаписи первого счетчика, при этом, как отмечалось, на его инверсных выходах записывается максимальное число, определяющее максимальную длительность задержки включения тиристоров УВ 8.In accordance with this, DU 13 determines one of the four modes of operation of the proposed power supply system: "minimum current" (i _charge < i _min ), "increasing current" (i _min ≤ i _charge < i _nom ), "rated current" (i _nom ≤ i _charge < i _max ) and emergency (i _charge > i _max ). In the latter case, as can be seen from the diagrams in figure 3, the possibility of turning on the thyristors SW 8 is excluded in the event of a random short-circuit mode at the output of EN 9 during its charging. This is achieved by the fact that in emergency mode, a positive polarity pulse from the output of the first logical adder 15 is fed to the pre-recording input of the first counter, while, as noted, the maximum number is recorded on its inverse outputs, which determines the maximum duration of the turn-on delay of the HC 8 thyristors.

Пороговые устройства ДУ 13 могут быть реализованы, при наличии соответствующих резистивных делителей напряжения, на трех триггерах Шмидта микросхемы 564 TJII, а для формирования отрицательного импульса при аварийном режиме возможно использование и четвертого элемента этой микросхемы, охваченного времязадающей RC-цепью.Threshold devices DU 13 can be implemented, in the presence of appropriate resistive voltage dividers, on three Schmidt triggers of the 564 TJII microcircuit, and for the formation of a negative pulse in emergency mode, it is also possible to use the fourth element of this microcircuit, covered by a timing RC circuit.

Инвертор 21 обеспечивает на входе схемы 20 разрешения и входе управления первого счетчика 3 необходимый уровень сигнала (фиг.3,з) для нормального функционирования системы электропитания в режиме "номинального тока"; он может быть выполнен на одном из шести элементов НЕ микросхемы 564 ЛН2. Его выходной сигнал положительной полярности разрешает прохождение через схему 20 разрешения на вход синхронизации первого счетчика импульсов частотой F 3 с блока 17 формирования частот; одновременно он изменяет направление счета этого счетчика с уменьшения (символ < на диаграмме фиг.3,з при "лог.0") на увеличение (символ > при "лог.1").The inverter 21 provides at the input of the permission circuit 20 and the control input of the first counter 3 the necessary signal level (Fig.3, h) for the normal operation of the power supply system in the "rated current" mode; it can be performed on one of the six elements NOT of the 564 LN2 microcircuit. Its output signal of positive polarity allows passage through the permission circuit 20 to the synchronization input of the first pulse counter with a frequency F 3 from the frequency generation unit 17; at the same time, it changes the counting direction of this counter from decreasing (symbol < in the diagram of figure 3, h at "log.0") to increasing (symbol > at "log.1").

Первый логический сумматор 15, выходные сигналы которого представлены на фиг.3, д, предназначен для приведения системы электропитания после каждого цикла излучения (интервал t₅÷t₆ на фиг.3,б) при штатном ее функционировании и после аварийного режима (момент времени t₁₀ на фиг.3,в), если причина его возникновения самоликвидировалась, в исходное (начальное) состояние, определяемое максимальной задержкой Тмакс включения тиристоров УВ 8. На его первый вход поступает команда Тцикла (фиг.3,б), определяющая длительности излучения Тизл и паузы Тпаузы между ними; на второй и третий входы поступают сигнал аварийного режима и сигнал задержки включения системы (на 1÷2) сек после подачи питания +5 В, функциональное назначение которых описано выше. Сумматор 15 может быть выполнен на одном элементе 3И-НЕ микросхемы 564 ЛА9.The first logical adder 15, the output signals of which are shown in figure 3, d, is designed to bring the power supply system after each radiation cycle (interval t ₅ ÷ t ₆ in figure 3, b) during normal operation and after emergency mode (time t ₁₀ in figure 3,c), if the cause of its occurrence self-destructed, in the initial (initial) state, determined by the maximum delay Tmax turn on thyristors SW 8. At its first input receives the command Tcycle (figure 3,b), which determines the duration of the radiation Teasle and pauses Tpauses between them; the second and third inputs receive an emergency mode signal and a system turn-on delay signal (for 1÷2) sec after +5 V power supply, the functional purpose of which is described above. The adder 15 can be made on one element 3I-NOT chip 564 LA9.

RS-триггер 16 обеспечивает начало работы системы электропитания с режима "минимального тока", а по достижению сигнала с ДТ 14 порога срабатывания ДУ 13 (i_мин) и изменением своего выходного сигнала с "лог.1" в "лог.0" - перевод работы системы в режим, "нарастающего тока". Это устройство может быть реализовано на одном из триггеров микросхемы 564 ТР2.The RS-trigger 16 ensures the start of the power supply system from the "minimum current" mode, and upon reaching the signal from the DT 14, the threshold of operation of the DU 13 (i _min ) and changing its output signal from "log.1" to "log.0" - translation system operation in the "increasing current" mode. This device can be implemented on one of the flip-flops of the 564 TP2 chip.

Блок 17 формирования частот предназначен для формирования на трех своих выходах последовательностей прямоугольных импульсов типа "меандр" в логическом уровне: на первом выходе частота следования импульсов F1 = (2-3) кГц; на втором выходе F2 = (200-300) Гц, на третьем выходе F3≅10 кГц. Выбор частоты следования импульсов каждой последовательности обусловлен алгоритмом работы заявляемой системы и будет обоснован ниже, при описании работы устройства. Блок 17 может быть выполнен на трех триггерах Шмидта микросхемы 564 ТЛ1.The frequency generation unit 17 is designed to form, at its three outputs, sequences of rectangular pulses of the "meander" type in the logic level: at the first output, the pulse repetition rate F1 = (2-3) kHz; at the second output F2 = (200-300) Hz, at the third output F3≅10 kHz. The choice of the pulse repetition rate of each sequence is due to the algorithm of the proposed system and will be justified below, when describing the operation of the device. Block 17 can be performed on three Schmidt triggers of the 564 TL1 microcircuit.

Функциональное назначение логического коммутатора 18, схемы совпадения 19, схемы разрешения 20 и второго логического сумматора 22 поясним с помощью схемы, приведенной на фиг.4, и диаграмм напряжений на фиг.5, дополняющих диаграммы на фиг.3.The functionality of the logic switch 18, the coincidence circuit 19, the resolution circuit 20 and the second logic adder 22 will be explained using the circuit shown in Fig.4 and the voltage diagrams in Fig.5, supplementing the diagrams in Fig.3.

На входы 1 элементов 2И-НЕ (элементы 18.2 и 18.3 на фиг.4) логического коммутатора 18 с выходов 1 и 2 блока 17 поступают последовательности импульсов частотой следования F1 и F2, на входы 2 этих элементов поступают сигнал с выхода RS-триггера 16 (фиг.5,6), причем на элемент 18.3 через элемент 18.1 Е, т.е. с инверсией. "Лог.1" выходного сигнала RS-триггера разрешает прохождение через элемент 18.2 импульсов частотой F1, а с момента времени t₃ на его входе будет "лог.1" (фиг.5,г); аналогично, но в обратном порядке, будет формироваться выходной сигнал элемента 18.3: до момента t₃ - "лог.1", после чего будет разрешено прохождение импульсов частотой F2 (фиг.5,д). На выходе логического сумматора 18.4, являющегося оконечным элементом логического коммутатора 18 и выполненного также на элементе 2И-НЕ, будет присутствовать сигнал, изображенный на фиг.5,е (и на фиг.3, и).The inputs 1 of the elements 2I-NOT (elements 18.2 and 18.3 in Fig.4) of the logical switch 18 from the outputs 1 and 2 of the block 17 receive sequences of pulses with a repetition rate F1 and F2, the inputs 2 of these elements receive a signal from the output of the RS flip-flop 16 ( Fig.5,6), and on the element 18.3 through the element 18.1 E, i.e. with inversion. "Log.1" output signal RS-flip-flop allows the passage through the element 18.2 pulse frequency F1, and from time t ₃ at its input will be "log.1"(Fig.5,d); similarly, but in reverse order, the output signal of element 18.3 will be generated: until the moment t ₃ - "log.1", after which the passage of pulses with a frequency F2 will be allowed (Fig.5,e). At the output of the logical adder 18.4, which is the terminal element of the logical switch 18 and is also made on the element 2I-NOT, there will be a signal shown in figure 5, e (and in figure 3, i).

Схема 19 совпадения, выполненная на элементе 2И-НЕ, запрещает прохождение импульсов частотой F2 выходного сигнала логического коммутатора 18 на интервале времени (t₄÷t₅), когда зарядный ток i_зар (фиг.3, в) превышает порог срабатывания i_ном ДУ 13. Это происходит в соответствии с логическим уровнем сигнала i_ном (фиг.3,ж и 5,ж) в текущий момент времени. Этим же сигналом, но после инверсии элементом 21, схема разрешения 20 (3И-НЕ) разрешает на интервале времени (t₄÷t₅) прохождение импульсов частотой F3 (фиг.3,к и 5,и) на вход второго логического сумматора 22 (элемент 2И-НЕ).The coincidence circuit 19, made on the 2I-NOT element, prohibits the passage of pulses with a frequency F2 of the output signal of the logical switch 18 on the time interval (t ₄ ÷ t ₅ ) when the charging current i _charge (figure 3, c) exceeds the operating threshold i _nom DU 13. This happens in accordance with the logical level of the signal i _nom (Fig.3, g and 5, g) at the current time. With the same signal, but after the inversion by element 21, the resolution circuit 20 (3I-NOT) allows the passage of pulses with a frequency F3 (Fig.3, k and 5, i) to the input of the second logical adder 22 on the time interval (t ₄ ÷ t ₅ ) (element 2I-NOT).

В результате суммирования через схему запрета 2 на вход синхронизации первого счетчика будет поступать последовательность импульсов с чередующейся частотой следования, как это условно изображено на диаграмме фиг.5,к.As a result of the summation through the prohibition circuit 2, a sequence of pulses with an alternating repetition rate will arrive at the synchronization input of the first counter, as conditionally shown in the diagram of Fig.5,k.

В качестве устройства защиты от возможности начала процесса заряда чрезмерными по амплитуде импульсами тока, что возможно при переполнении первого счетчика при счете на увеличение кода, в заявляемой системе электропитания используется N-канальная схема совпадения 23, предназначенная для формирования на своем выходе перепада напряжения из "лог.1" в "лог.0" при достижении первым счетчиком состояния, соответствующего коду S = Sмакс - I. В отсутствие такого устройства при достижении этим счетчиком состояния, соответствующего коду Sмакс, он, с увеличением кода еще на единицу, автоматически переводится в состояние с кодом Sмин и тем самым при последующем включении тиристоров УВ 8 к ним будет приложено значительное по величине напряжение ΔU; соответственно, чрезмерным будет и ток i_зар через тиристоры.As a protection device against the possibility of starting the charging process with excessive current pulses, which is possible when the first counter overflows when counting to increase the code, the inventive power supply system uses an N-channel coincidence circuit 23, designed to generate a voltage drop from the "log" at its output. .1" to "log.0" when the first counter reaches the state corresponding to the code S = Smax - I. In the absence of such a device, when this counter reaches the state corresponding to the Smax code, it, with an increase in the code by one more, automatically switches to the state with the code Smin, and thus, when the thyristors HC 8 are subsequently turned on, a significant voltage ΔU will be applied to them; accordingly, the current i _charge through the thyristors will also be excessive.

Появление "лог.0" на входе 3 схемы разрешения 20 с выхода схемы 23 прекращает прохождение частоты F3 на вход синхронизации первого счетчика и переводит систему электропитания в режим "минимального тока".The appearance of "log.0" at input 3 of the resolution circuit 20 from the output of circuit 23 stops the passage of the frequency F3 to the synchronization input of the first counter and switches the power supply system to the "minimum current" mode.

"N"-канальная схема совпадения 23 может быть реализована на двух (при N>4) элементах 4И-НЕ микросхемы 564 ЛА8, оба выхода которой являются входами двух элементов НЕ микросхемы 564 ЛН2, а выходы этих элементов поступают на вход одного элемента 2И-НЕ микросхемы 564 ЛА7; выход последней соединен со входом 3 схемы разрешения 20.The "N"-channel matching circuit 23 can be implemented on two (for N>4) elements 4I-NOT of the 564 LA8 microcircuit, both outputs of which are inputs of two elements NOT of the 564 LN2 microcircuit, and the outputs of these elements are fed to the input of one element 2I- NOT chips 564 LA7; the output of the latter is connected to the input 3 of the resolution circuit 20.

Предлагаемая система электропитания работает следующим образом.The proposed power supply system works as follows.

Нагрузкой устройства, подключаемой к выходным клеммам ЕН9, являются усилители мощности (УМ) нескольких каналов усиления ГАПТ суммарной выходной мощностью (5÷10) кВт (в импульсе). При этом следует иметь в виду, что в штатном режиме работы тракта, используемого для ОБО, его ЕН разряжается не полностью, как в прототипе, а до определенного конечного напряжения Uен.кон, т.к. этот уровень напряжения, стабилизируемый на время излучение и является напряжением питания УМ. Такое структурное построение ГАПТ обеспечивает излучение пачек радиоимпульсов с прямоугольной формой огибающей, без "скола", отражающего процесс разряда ЕН во время излучения. Чтобы в этих условиях осуществить заряд ЕН постоянным средним током как при первоначальном включении ГАПТ, когда напряжение на Снак ЕН U_EH = 0, так и при работе, когда процесс заряда начинается при наличии напряжения U_EH = Uен.кон, необходимо надлежащим образом выбрать порог срабатывания i_мин ДУ 13, частоты F1 и F2 блока 17 формирователя частот и разрядность N двоичных счетчиков 3 и 6.The load of the device, connected to the output terminals of EH9, is the power amplifiers (PA) of several amplification channels of the GAPT with a total output power of (5÷10) kW (in a pulse). It should be borne in mind that in the normal mode of operation of the path used for OBO, its EH is not completely discharged, as in the prototype, but to a certain final voltage Uen.kon, because this voltage level, stabilized for a while, is the radiation supply voltage. Such a structural construction of the HAPT provides the radiation of bursts of radio pulses with a rectangular shape of the envelope, without a "cleavage", reflecting the process of the discharge of EH during the radiation. In order to charge EH under these conditions with a constant average current both during the initial switching on of the HAPT, when the voltage on Snack EH U _EH = 0, and during operation, when the charging process begins with a voltage U _EH = Uen.con, it is necessary to properly select the threshold actuation i _min DU 13, frequencies F1 and F2 of the block 17 of the frequency shaper and the capacity N of binary counters 3 and 6.

Величина порога i мин должна быть достаточно малой, незначительно превосходя токи удержания тиристоров УВ. Это необходимо для обеспечения условия i'_зар > i_мин, где i'_зар - амплитуда первого импульса зарядного тока при первоначальном включении ГАПТ, определяемая напряжениемThe threshold value i min should be sufficiently small, slightly exceeding the holding currents of the SW thyristors. This is necessary to ensure the condition i' _charge > i _min , where i' _charge is the amplitude of the first pulse of the charging current during the initial switching on of the HAPT, determined by the voltage

Так, при разрядности счетчиков N = 7 и частоте

т.е. шаге квантования полупериода сети

, напряжениеSo, with the number of counters N = 7 and the frequency

those. network half-cycle quantization step

, voltage

определяющее амплитуду i'_зар, составляет величину порядка I % от напряжения сети. В этом случае, при i_зар > i_мин, характер процесса заряда определяется последовательностью импульсов частотой F2, поступающей на вход первого счетчика: к каждому переходу напряжения сети через ноль, т.е. с частотой F_вх= 2 Fсети, состояние первого счетчика будет дискретно изменятся на величину Sдискр. = F2/F_вх, задержка включения тиристоров τ_зад, соответственно и угол их включения, также будет изменяться с шагом

(при F2 = 300 Гц угол

). Плавный линейный заряд ЕН.9 до номинального напряжения Uен.ном в данном случае будет осуществлен примерно через 0,5 сек, которое может входить составной частью в длительность предварительной установки (1÷2) сек.which determines the amplitude i' _charge , is about I% of the mains voltage. In this case, when i _charge > i _min , the nature of the charge process is determined by the sequence of pulses with frequency F2 supplied to the input of the first counter: to each transition of the mains voltage through zero, i.e. with a frequency F _in = 2 F networks, the state of the first counter will discretely change by the value Sdisc. = F2/F _in , the turn-on delay of thyristors τ _set , respectively, and the angle of their turn-on, will also change with a step

(at F2 = 300 Hz, the angle

). A smooth linear charge of EH.9 up to the rated voltage Uen.nom in this case will be carried out in about 0.5 sec, which can be an integral part of the presetting duration (1÷2) sec.

При неполном разряде напряжения на ЕН, когда после излучения ГАИТом радиоимпульса первый счетчик 3 находится в исходном состоянии, на нем остается напряжение Uен.кон (фиг.3,л, t=t₈). В этом случае скорость изменения угла включения тиристоров УВ на начальном этапе дозаряда ЕН недостаточна и приводит к значительной потере времени для достижения первым счетчиком состояния, при котором процесс дозаряда только начнется. Так, при упомянутых выше условиях и напряжении Uен.кон, для определенности, равным 0,5 Uен.ном, процесс дозаряда (момент t=t₉ на фиг.3,л) начнется через (7÷8) периодов питающей сети, что может составить до 1/3 времени, отводимого на процесс дозаряда ЕН. Поэтому в заявляемом устройстве первый счетчик переводится в состояние, разрешающее начало процесса дозаряда форсированно, за счет поступления на его вход импульсов с частотой F1. Действительно, при запертых обратным напряжениемWhen the voltage is not fully discharged on the EH, when after the radiation of the radio pulse by the GAIT, the first counter 3 is in its initial state, the voltage Uen.kon remains on it (Fig.3, l, t=t ₈ ). In this case, the rate of change in the angle of switching on the SW thyristors at the initial stage of recharging EH is insufficient and leads to a significant loss of time for the first counter to reach the state at which the recharging process will just begin. So, under the above conditions and voltage Uen.kon, for definiteness, equal to 0.5 Uen.nom, the recharging process (moment t=t ₉ in Fig.3, l) will begin after (7÷8) periods of the mains, which can be up to 1/3 of the time allotted for the process of recharging EH. Therefore, in the claimed device, the first counter is transferred to a state that allows the start of the recharging process forcibly, due to the receipt of pulses with a frequency F1 at its input. Indeed, when locked by reverse voltage

тиристорах УВ реализуется режим "минимального тока", т.е. i_зар < i_мин, а это является условием прохождения частоты F1 на вход синхронизации первого счетчика. В этом случае каждому переходу напряжения сети через ноль будет соответствовать изменение состояния счетчика на Sдиск = F1/F_вх и при

угол включения тиристоров изменится на величинуThyristors SW implements the "minimum current" mode, i.e. i _charge < i _min , and this is the condition for passing the frequency F1 to the synchronization input of the first counter. In this case, each transition of the mains voltage through zero will correspond to a change in the state of the counter on _Sdisk = F1 / F in and at

the thyristor switching angle will change by the value

т.е. за один период напряжения сети длительность задержки включения тиристоров обеспечит начало процесса дозаряда ЕН. Чтобы он начался плавно и в дальнейшем происходил линейно, необходимо выполнить условие (для рассматриваемого случая):those. for one period of the mains voltage, the duration of the delay in turning on the thyristors will ensure the start of the process of recharging the EH. In order for it to start smoothly and then proceed linearly, it is necessary to fulfill the condition (for the case under consideration):

которое обеспечит процесс дозаряда ЕН в режиме "нарастающего тока" поступлением на вход синхронизации первого счетчика импульсной последовательности с частотой F2 ≤ 300 Гц.which will ensure the process of recharging EH in the "increasing current" mode by entering the synchronization input of the first counter of the pulse sequence with a frequency of F2 ≤ 300 Hz.

При превышении тока i_зар порога срабатывания i_ном ДУ 13 частота импульсов на входе синхронизации первого счетчика резко меняется (F3 ≈ 10 кГц), но счетчик начинает считать в противоположную сторону, увеличивая с высокой скоростью величину кода S. Однако в штатном режиме работы заявляемой системы этот процесс весьма быстротечен, он длится только во время превышения импульсом тока i_зар порога i_ном и поэтому величина кода S сможет увеличиться незначительно. Соответственно и время задержки включения тиристоров τ_зад также увеличится, а работа системы будет стремиться вернуться в режим "нарастающего тока". В результате описанного процесса происходит стабилизация амплитуды импульсов тока i_зар и линеаризация активного этапа заряда ЕН.When the current i _charge exceeds the operating threshold i _nom DU 13, the pulse frequency at the synchronization input of the first counter changes sharply (F3 ≈ 10 kHz), but the counter starts counting in the opposite direction, increasing the value of the code S at a high speed. However, in the normal operation mode of the proposed system this process is very fast, it lasts only when the current pulse i _charge exceeds the threshold i _nom and therefore the value of the code S can increase slightly. Accordingly, the thyristor turn-on delay time _τset will also increase, and the system will tend to return to the "increasing current" mode. As a result of the described process, the amplitude of the current pulses i _charge is stabilized and the active stage of the charge EH is linearized.

По мере уменьшения кода S и приближения его к величине S мин напряжениеAs the code S decreases and approaches it to the value of S min, the voltage

прилагаемое к тиристорам, снижается, амплитуда импульсов типа i_зар также уменьшается и в пределе, без учета тока утечек конденсаторов ЕН, ток i_зар должен прекратиться. Уменьшение кода S до величины S мин приводит к обнулению выхода старшего разряда 2^N кода первого счетчика 3, что запрещает прохождение импульсных последовательностей с частотами F1, F2, F3 через схему запрета 2 на вход синхронизации этого счетчика и обеспечивает постоянную величину кода S = Sмин и длительность τ_зад = τ_{зад.мин}.applied to the thyristors decreases, the amplitude of pulses of the i _charge type also decreases, and in the limit, without taking into account the leakage current of the capacitors EH, the current i _charge must stop. Reducing the code S to the value S min leads to zeroing the output of the most significant bit 2 ^N of the code of the first counter 3, which prohibits the passage of pulse sequences with frequencies F1, F2, F3 through the prohibition circuit 2 to the synchronization input of this counter and provides a constant value of the code S = Smin and duration τ _set = τ _{set min} .

Таким образом, порог срабатывания ДУ 13 i_мин и частота F1 в совокупности определяют длительность режима "минимального тока" и выбираются, исходя из максимальной глубины разряда ЕН ΔUен.макс. Порог срабатывания ДУ 13 i_ном и частота F2 выбираются из такого расчета, чтобы при разряде ЕН на величину ΔUен.макс за время минимальной длительности Тпаузы обеспечить заряд ЕН до Uен = Uен.ном. Выбор величины F2 и i_ном определяет крутизну нарастания напряжения на Снак ЕН в процессе его заряда (интервал t₆÷t₇ на фиг.3,л). При остальных режимах работы ГАПТ перед каждым циклом излучения равенство Uен = Ueн.ном будет выполняться автоматически, что обеспечивает реализацию требуемых от ГАПТ режимов работы, включая и ОБО.Thus, the response threshold DU 13 i _min and the frequency F1 together determine the duration of the "minimum current" mode and are selected based on the maximum depth of discharge EN ΔUen.max. The operating threshold of DU 13 i _nom and the frequency F2 are selected so that when the discharge of EH by the value ΔUen.max during the minimum duration Tpause, charge EH to Uen = Ue.nom. The choice of the value of F2 and i _nom determines the steepness of the voltage rise on Snack EH in the process of its charge (interval t ₆ ÷t ₇ in figure 3,l). In other HAPT operating modes, before each radiation cycle, the equality Uen = Uen.nom will be performed automatically, which ensures the implementation of the operating modes required from HAPT, including the OBO.

Линейность нарастания напряжения на ЕН определяется качеством стабилизации амплитуд импульсов тока i_зар, которая во многом зависит от правильного подбора частот F2 и F3.The linearity of the voltage rise on the EH is determined by the quality of stabilization of the amplitudes of the current pulses i _charge , which largely depends on the correct selection of the frequencies F2 and F3.

Предлагаемое устройство, обладая таким качеством прототипа как обеспечение плавности процесса заряда ЕН ограниченными по амплитуде токами его заряда, за счет введения новых блоков и связей допускает возможность использования его в импульсных режимах работы ГАПТ с частичным разрядом его ЕН. Использование в предлагаемой системе электропитания устройства управления скоростью и направлением счета позволяет стабилизировать амплитуду токов заряда ЕН, полностью использовать в процессе заряда ЕН паузу между излучениями, максимально сократить время задержки процесса дозаряда ЕН при его частичном разряде. Все это позволяет эффективнее использовать электрические параметры тиристоров УВ, снизив в целом его массогабаритные показатели при сохранении высокой надежности. Кроме того, предлагаемая система электропитания ГАПТ позволяет снизить пиковую мощность, потребляемую от источника первичного электропитания носителя.The proposed device, having such a quality of the prototype as ensuring the smoothness of the process of charging EH with limited amplitude currents of its charge, due to the introduction of new blocks and connections allows the possibility of using it in pulsed operating modes of the HAPT with a partial discharge of its EH. The use of a device for controlling the speed and direction of counting in the proposed power supply system makes it possible to stabilize the amplitude of the charging currents EH, to fully use the pause between emissions during the charge of EH, to minimize the delay time for the process of recharging EH during its partial discharge. All this makes it possible to use the electrical parameters of the SW thyristors more efficiently, reducing its overall weight and size while maintaining high reliability. In addition, the proposed HAPT power supply system makes it possible to reduce the peak power consumed from the source of the carrier's primary power supply.

Так, если известное устройство при излучаемой мощности 4 кВт способно дозарядить ЕН с Снак = 10⁴ мкф от напряжения 0,5 Uен но до Uен.ном за паузу между излучениями Тпаузы = 0,5 сек при превышении расчетного значения пикового тока заряда среднего его значения в 2 раза, то предлагаемое устройство при тех же условиях осуществляет дозаряд ЕН за время 0,3 сек при неравномерности огибающей пачки импульсов тока заряда не более ±5% от расчетного значения. В условиях регулирования излучаемой мощности и уменьшении глубины разряда ЕН преимущества предлагаемого устройства еще более очевидны.So, if a known device with a radiated power of 4 kW is capable of recharging EH with Сnac = 10 ⁴ microfarads from a voltage of 0.5 Uen but to Uen.nom for a pause between emissions Тpauses = 0.5 sec when the calculated value of the peak charge current of its average value is exceeded 2 times, then the proposed device, under the same conditions, recharges EH in a time of 0.3 seconds with an uneven envelope of the charge current pulse pack of no more than ± 5% of the calculated value. Under conditions of regulation of the radiated power and a decrease in the depth of discharge EH, the advantages of the proposed device are even more obvious.

На предприятии изготовлен опытный образец и проведены экспериментальные испытания предлагаемого устройства, результаты которых подтвердили указанные преимущества заявляемого технического решения по сравнению с известным.A prototype was made at the enterprise and experimental tests of the proposed device were carried out, the results of which confirmed the indicated advantages of the proposed technical solution in comparison with the known one.

Заявляемое техническое решение позволяет значительно расширить функциональные возможности ГАКП и улучшить энергетические показатели аппаратуры электропитания гидроакустических комплексов и их носителей.The proposed technical solution allows to significantly expand the functionality of the HACH and improve the energy performance of the power supply equipment of hydroacoustic complexes and their carriers.

Claims

A power supply system for a hydroacoustic transmission path, comprising a capacitive storage device connected in parallel, a controlled rectifier and a null element, the first input of which is connected to one of the power buses, and the output to the recording input of the second counter, a prohibition circuit connected in series and the first counter, the transfer output of which is connected with the second input of the prohibition circuit, N information inputs of the second counter are connected to the outputs of the first counter, and its synchronization input is connected to the output of the RF generator, the first R-S flip-flop, the R-input of which is connected to the transfer output of the second counter, the S-input is connected to the zero output -organ, and the output - with the input of the control pulse shaper, the output of which is connected to the input of the controlled rectifier, characterized in that, in order to improve the reliability of the power supply system of the hydroacoustic transmission path in the pulsed mode of its operation, a control circuit for the direction and count rate is introduced, containing a logical switch, scheme matches , two logic adders, R-S flip-flop, resolution circuit and N-channel coincidence circuit, frequency generator, preset circuit, level discriminator, inverter, current sensor, the second input of which is connected to the second input of the null organ, the first input is connected to the second power bus, and the output - with the input of the level discriminator, the first output of which is connected to the R-input of the second RS trigger, and the second - with the second input of the first logical adder, the first input of which is connected to the trigger signal bus, and the third is connected to the first output presetting circuit, the second output of which is connected to the third input of the null organ, the output of the first logical adder is connected to the record input of the first counter and the S input of the second RS trigger, the output of which is connected to the third input of the logical switch, the second input of which is connected to the second output of the generation unit frequencies, and the first input - with the first output of the frequency formation unit, the output of the logical switch is connected line with the first input of the coincidence circuit, the second input of which is connected to the third output of the level discriminator and through the inverter - with the control input of the first counter and with the second input of the resolution circuit, the first input of which is connected to the third output of the frequency formation unit, and the third input is connected to the output N -channel matching circuit, the inputs of which are connected to the bit outputs of the first counter, the output of the enable circuit is connected to the second input of the second logical adder, the first input of which is connected to the output of the match circuit, the output is connected to the first input of the prohibition circuit.