Устройство программируемого ввода тока в сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано в области сверхпроводимости для регулируемого ввода плавно нарастающего тока в сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии и измерения его иммитанса. Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой полезной модели, является возможность непрерывного измерения иммитанса и оценки запасенной энергии в сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии, а также предотвращение перехода сверхпроводящего индуктивного накопителя энергии в резистивное состояние за счет плавного нарастания тока. Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные блок управления, силовой блок и нагрузку, причем второй выход силового блока соединен с входом блока управления, дополнительно введены последовательно соединенные блок измерения иммитанса, микропроцессорную вычислительную систему и блок интегрирования, выход которого соединен с входом блока управления, а выход нагрузки соединен с входом блока измерения иммитанса.

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в области сверхпроводимости для регулируемого ввода плавно нарастающего тока в сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии и измерения его иммитанса.

Из существующего уровня техники известен «Способ регулирования выходного тока импульсного стабилизирующего преобразователя и устройство для его осуществления» [Патент RU 2215360, Н02М 7/00, опубл. 27.10.2003. Бюл. 30], устройство содержит последовательно соединенные силовой блок, нагрузку, блок управления и блок генерации пилообразного напряжения, причем выход блока генерации пилообразного напряжения соединен с входом силового блока.

Работает устройство следующим образом. Входное переменное напряжение поступает на силовой блок, в котором преобразуется в постоянное на выпрямителе, затем пульсации преобразованного напряжения сглаживаются фильтром, и сглаженное напряжение подается на первый и второй полупроводниковый ключи которые преобразуют напряжение в переменное напряжение высокой частоты, поступающее на выходной выпрямитель, который преобразует входное переменное напряжение в постоянное, затем сглаживаемое фильтром и подаваемое на нагрузку. С нагрузки на блок управления поступает сигнал обратной связи по току, который подает импульсы управления на полупроводниковые ключи и на вход блока генерации пилообразного напряжения, где они инвертируются и передаются на дезъюнктор, который суммирует сигналы и передает их преобразователю длительности импульсов, преобразующему сигнал в пропорциональное по величине напряжение. Это напряжение суммируется при помощи сумматора с опорным напряжением источника и поступает на вход ШИМ-компаратора, в котором сравнивается с пилообразным сигналом поступающим с генератора, и результат сравнения поступает на третий ключ силового блока.

Недостатками данного технического решения являются невозможность предварительного программирования схемы нарастания тока и невозможность измерения иммитанса нагрузки.

Из существующего уровня техники известен «Преобразователь переменного трехфазного напряжения в постоянное с плавным регулированием тока для возбуждения синхронных машин» [Патент RU 2261518, Н02М 7/12, Н02М 7/48, опубл. 27.09.2005. Бюл. 30], содержащий последовательно соединенные блок управления и силовой блок.

Работает устройство следующим образом. Входное переменное напряжение поступает на силовой блок, в котором преобразуется в постоянное на выпрямителе, затем пульсации преобразованного напряжения сглаживается фильтром, и сглаженное напряжение подается на полупроводниковый преобразователь, который преобразует напряжение в переменное напряжение высокой частоты, поступающее на выходной выпрямитель, который преобразует входное переменное напряжение в постоянное, подаваемое на нагрузку. Система управления обеспечивает формирование управляющих импульсов, поступающих на полупроводниковый преобразователь и выходной выпрямитель силового блока.

Недостатками данного технического решения являются невозможность предварительного программирования схемы нарастания тока, и невозможность измерения иммитанса нагрузки.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство «Тиристорный регулятор CD3000E-2PH» (CD Automation S.r.l., "CD3000E-2PH Thyristor Unit from 25A to 700A", Legnano (MI) - ITALY, Rev.03/2008), содержащий последовательно соединенные блок управления, силовой блок и нагрузку, причем второй выход силового блока соединен с входом блока управления.

Работает устройство следующим образом. В соответствии с заданным уровнем напряжения, блок управления посылает управляющие импульсы в силовой блок, который преобразует входное переменное напряжение в постоянное, подаваемое на нагрузку, а также передает сигнал обратной связи блоку управления.

Недостатком данного технического решения является невозможность предварительного программирования схемы нарастания тока, и отсутствие измерения и индикации иммитанса нагрузки.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель является возможность предварительного программирования схемы нарастания тока и динамического измерения и индикации иммитанса нагрузки.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой полезной модели, является возможность непрерывного измерения иммитанса и оценки запасенной в энергии в сверхпроводящем индуктивном накопителе энергии, а также предотвращение перехода сверхпроводящего индуктивного накопителя энергии в резистивное состояние за счет плавного нарастания тока.

Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные блок управления, силовой блок и нагрузку, причем второй выход силового блока соединен с входом блока управления, дополнительно введены последовательно соединенные блок измерения иммитанса, микропроцессорную вычислительную систему и блок интегрирования, выход которого соединен с входом блока управления, а выход нагрузки соединен с входом блока измерения иммитанса, причем микропроцессорная вычислительная система и блок измерения иммитанса выполнены на сигнальном микроконтроллере.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявленного объекта «Устройство программируемого ввода тока в сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии» отсутствуют, следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «новизна».

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной полезной модели, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на дополнении известного устройства - аналога какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно этого дополнения;

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена блок-схема устройства и введены следующие обозначения:

1 - микропроцессорная вычислительная система

2 - блок интегрирования

3 - блок управления

4 - силовой блок

5 - нагрузка

6 - блок измерения иммитанса

Устройство микропроцессорного ввода тока в сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии, содержащее последовательно соединенные микропроцессорную вычислительную систему 1, блок интегрирования 2, блок управления 3, силовой блок 4, нагрузку 5, блок измерения иммитанса 6, причем второй выход силового блока 4 соединен с входом блока управления 3, а выход блока измерения иммитанса 6 с входом микропроцессорной вычислительноый системы 1, причем микропроцессорная вычислительная система 1 и блок измерения иммитанса 6 выполнены на сигнальном микроконтроллере.

Микропроцессорная вычислительная система 1 и блок измерения иммитанса 6 выполнены на сигнальном микроконтроллере ATmega32 [1]

Блок интегрирования 2 выполнен по схеме интегратора напряжения на дифференциальном операционном усилителе [2]

Блок управления 3 и силовой блок 4 входят в состав тиристорного регулятора CD3000E-2PH [3]

Нагрузка 5 представляет собой СПИН [4]

Устройство работает следующим образом. На начальном этапе задают необходимые значения конечного тока и времени его достижения. Затем микропроцессорная вычислительная система 1 по сигналу от блока измерения иммитанса 6, заданному времени нарастания и конечному уровню тока рассчитывает и подает управляющий сигнал на блок интегрирования 2, который формирует линейно возрастающее напряжение, поступающее на блок управления 3, формирующий управляющие импульсы, подаваемые на силовой блок 4. Силовой блок 4 преобразует переменное входное напряжение, поступающее из внешней питающей сети (на схеме не показана), в постоянное и передает его на нагрузку 5, дополнительно передавая сигнал обратной связи на блок управления 3. С нагрузки 5 поступают сигналы, пропорциональные уровню тока и напряжения в нагрузке и передаются на блок измерения иммитанса 6, который рассчитывает иммитанс из формулы (1)

где U - напряжение на нагрузке, I - ток в нагрузке, R - активное сопротивление нагрузки, L - индуктивность нагрузки, - скорость изменения тока в нагрузке. Проведя измерения для двух соседних промежутков времени, микропроцессорная вычислительная система 6 решает систему из двух уравнений и находит R и L, которые вместе с текущими значениями тока и напряжения поступают в микропроцессорную вычислительную систему 1 для следующего цикла вычислений и индикации на знакосинтезирующем дисплее (на схеме не показан).

Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного устройства выполняются следующие условия:

- средство, воплощающее предлагаемое устройство при его осуществлении, предназначено для предварительного программирования схемы нарастания тока в СПИН, измерения и индикации иммитанса СПИНа и оценки запасенной энергии;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных до даты подачи заявки средств;

Источники информации:

1. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. - Москва: Додэка XXI, 2007. - 592 с.

2. В.А.Прянишков Электроника. Курс лекций. - Санкт-Петербург: Корона принт, 1998. - ¬¬ 400 с.

3. CD Automation S.r.l., "CD3000E-2PH Thyristor Unit from 25A to 700A" [Electronic resource] / Legnano (MI) - ITALY, Rev. 03/2008 // Access: http://www.cdautomation.com/download/ENG_LM_CD_CD3000E-2PH_25-700A.pdf, free.

4. Глебов И.А., Шахтарин В.Н., Антонов Ю.Ф. Проблема ввода тока в сверхпроводиковые устройства. - Ленинград: Наука, 1985. - 208 с.

1. Устройство программируемого ввода тока в сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии, содержащее последовательно соединенные блок управления, силовой блок и нагрузку, причем второй выход силового блока соединен с входом блока управления, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит последовательно соединенные блок измерения иммитанса, микропроцессорную вычислительную систему и блок интегрирования, выход которого соединен с входом блока управления, а выход нагрузки соединен с входом блока измерения иммитанса.

2. Устройство программируемого ввода тока в сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии по п.1, отличающееся тем, что микропроцессорная вычислительная система и блок измерения иммитанса выполнены на сигнальном микроконтроллере.