Заряженная линия повышенной помехозащищенности

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЗАРЯЖЕННАЯ ЛИНИЯ ПОВЫШЕННОЙ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ(57) Заряженная линия повышенной помехозащищенности, содержащая корпус, цепочный- эквивалент, выполненный в виде конденсаторно-индуктивного устройства для накопления рабочего заряда и шины, отличающаяся тем, что содержит вспомогательный защитный конденсатор, логический блок, аналого-цифровые устройства, компаратор напряжений, токовые ключи, эквивалентное сопротивление, причем логический блок управления заряженной линией соединен с ключами тока, имеющими электрические связи с конденсаторно-индуктивным устройством и вспомогательным защитным конденсатором, логический блок имеет прямые и обратные электрические связи с аналого-цифровыми устройствами и компаратором напряжений, соединенных по входу с конденсаторноиндуктивным устройством и вспомогательным защитным конденсатором ключи тока заряженной линии повышенной помехозащищенности и вспомогательного защитного конденсатора соединены с выходной клеммой заряженной линии и эквивалентным сопротивлением соответственно, вспомогательный защитный конденсатор соединен с отдельным ключом тока заряда, вспомогательный защитный конденсатор имеет электрический контакт с корпусом. Полезная модель Заряженная линия повышенной помехозащищенности относится к электрическим цепям с распределенными параметрами и может быть использована в машинах конденсаторной сварки, применяемых в электротехнической и радиотехнической промышленности. Известна заряженная линия 1, используемая для модуляторов импульсных передатчиков, представляющая собой цепочный-эквивалент, заряженный до напряжения 0, который разряжается на согласованную нагрузку. Нагрузкой служит магнетрон, связанный с линией быстродействующим коммутатором. Данная линия имеет три режима. Режим согласованной нагрузки, апериодического типа, колебательного типа с затуханием. Для регулировки ее параметров используют шину в виде полосковых линий 2, описываемых системой уравнений 12 где в и усв - сопротивление и проводимость связи полосковых линий, является параметрами регулирования цепи, в том числе и коэффициента отражения по электрическому полю. Недостатком заряженной линии является отсутствие заземления, что приводит к ухудшению условий техники безопасности труда, трудности организации электрических защит рабочей схемы наличие в корпусе разноименных зарядов, что приводит к подверженности электронной схемы помехам со стороны энергоисточников. Это затрудняет расположение объектов в компактную группу из-за взаимных электромагнитных помех,ухудшает их электромагнитную совместимость с другим оборудованием. Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в увеличении помехозащищенности устройства, улучшении условий труда при сохранении регулировки и защиты линий от электромагнитных помех. Технический результат достигается в заряженной линии повышенной помехозащищенности, содержащей корпус, цепочный- эквивалент, выполненный в виде конденсаторно-индуктивного устройства для накопления рабочего заряда и шины, вспомогательного защитного конденсатора, блока управления заряженной линией, аналогоцифровых устройств, компаратора напряжений, токовых ключей и эквивалентного сопротивления. При этом в корпусе не возникает разноименных зарядов. Устройство позволяет при помощи противо ЭДС гибко регулировать параметры цепи, имея эквипотенциальный заземленный корпус и сохранять заряд после отключения конденсатора от цепи питания, что приводит к хорошей электромагнитной помехозащищенности устройства и улучшению условий безопасности труда, качеству сварки. На фиг. 1 изображено конструктивное исполнение заряженной линии повышенной помехозащищенности. На фиг. 2 показана функциональная схема управления зарядом и разрядом- эквивалента заряженной линии. На фиг. 3 изображено в увеличенном масштабе взаимодействие электрических полей основного и защитного конденсатора и заряженной линии повышенной помехозащищенности. Заряженная линия (фиг. 1) состоит из корпуса 1, шины 2, верхней обкладки 3 вспомогательного защитного конденсатора, диэлектрической прокладки 4, нижней обкладки 5 вспомогательного защитного конденсатора, контакта 6 между корпусом 1 и верхней обкладкой вспомогательного защитного конденсатора 3 (пайка, сварка, механический контакт), основного конденсатора 7, блока управления заряженной линией 8, сопротивления свариваемых деталей 9. Функциональное управление заряженной линией повышенной помехозащищенности (фиг. 2) осуществляется контактом 10 для заряда основногоконденсатора 7, контактом 11 и ключом тока 12 для заряда вспомогательного защитного конденсатора 13, логическим блоком 14, ключом тока 15, служащим для разряда вспомогательного защитного конденсатора 13, ключом тока 16 для включения сварочного тока, блоком 17 (компаратор напряжений), блоками 18, 19 (аналого-цифровые преобразователи), емкостью 20 эквивалентной участку противо ЭДС между шиной 2 (фиг. 1) и нижней обкладкой 5 вспомогательного защитного конденсатора 13, эквивалентным сопротивлением 21, сопротивлением контактов свариваемых деталей 22, выходным контактом 23. 609 В заряженной линии повышенной помехозащищенности происходит взаимодействие (фиг. 3) вектора напряженности электрического поля внутри вспомогательного защитного конденсатора 24, вектора электрического смещения 25, вызванного зарядом вспомогательного защитного конденсатора, и вектора электрического смещения, вызванного зарядом основного конденсатора 26. Заряженная линия (фиг.1) работает следующим образом в цикле заряда через контакт 10 (фиг. 2) основной конденсатор 7 заряжается до начального напряжения заряда, через контакт 11 и ключ тока 12 проходит заряд вспомогательного защитного конденсатора 13. Циклом заряда и разряда заряженной линии управляет логический блок 14 через ключи тока 12, 15, 16. Блок 17 является компаратором напряжений и служит для быстрого сравнения напряжений на основном конденсаторе 7 и вспомогательном защитном 13 с одновременной передачей этой информации логическому блоку 14. Блоки 18, 19 являются аналого-цифровыми преобразователями и служат для точного измерения напряжений на основном и вспомогательном защитном конденсаторе 7 и 13. После заряда конденсаторов 7 и 13 контакт 10 отключается от источника питания, а ключ тока 12 размыкается. В цикле разряда логический блок 14 отключает от корпуса 1 и шины 2 (фиг. 1) блоки 17, 18, 19 (фиг. 2), переводя их в высокоимпедансное состояние, что вызвано большими помехами разрядного тока для измерительной цепи. Используя начальные параметры установки линии, полученные в цикле заряда блоками 18, 19, и закон разряда - цепи на активную нагрузку рядком взаимодействия вектора напряженности электрического поля 24 в диэлектрической прокладке 4 между верхней обкладкой 3 и нижней обкладкой 5 (фиг. 3) вспомогательного защитного конденсатора 13 (фиг. 2) и векторами электрического смещения 25 и 26, вызванные разностью потенциалов между корпусом 1 и нижней обкладкой 5 защитного вспомогательного конденсатора 13 вне диэлектрической прокладки 4, а также взаимодействием магнитных потоков при разряде основного конденсатора 7 (фиг. 1) и вспомогательного защитного конденсатора 13 (фиг. 2) и заряда, расположенного преимущественно на нижней обкладке 5 (фиг. 3) вспомогательного защитного конденсатора 13 (фиг. 2) и магнитного потока тока разряда основного конденсатора 7 при отсутствии тока разряда вспомогательного защитного конденсатора 13, где основной конденсатор 7 разряжается на сопротивление свариваемых деталей 9, а вспомогательный защитный конденсатор 13 через эквивалентное сопротивление 21, расположенное в блоке 8, который подробно рассмотрен на фиг. 2, а также собственной емкостью основного конденсатора 7 и индуктивностью шины 2,- ток разряда,- заряд конденсатора,- сопротивление цепи. Контакт 10 в это время отключен от источника питания. Логический блок 14 управляет противо ЭДС в основном конденсаторе 7 (фиг. 2) и шине 2 (фиг. 1), а также обобщенной емкостью и индуктивностью заряженной помехозащищенной линии при помощи ключа тока 15 по программе, разряжая вспомогательный защитный конденсатор 13 (фиг. 2) на эквивалентное сопротивление 21 через ключ тока 15, управляя разрядом основного конденсатора 7. При необходимости в цикле сварки можно подзаряжать вспомогательный защитный конденсатор 13 через контакт 11 и ключ тока 12, изменяя электродинамические параметры емкости 20, образованной нижней обкладкой 5 вспомогательного защитного конденсатора 13 и шиной 2 (фиг. 1), если будет позволять длительность интервала сварочного импульса. Можно автоматизировать сварку, управляя ключом тока 16, через который идет ток разряда основного конденсатора 7 на выходной контакт 23 через сопротивление контактов свариваемых деталей 22 на общее заземление. После окончания разряда можно повторить цикл сварки. Электрический контакт 6 во время циклов разряда и заряда конденсаторов заряженной линии повышенной помехозащищенности обеспечивает общий уровень заземления для основного конденсатора 7 и вспомогательного защитного конденсатора 13, образованного диэлектрической прокладкой 4 и обкладками (нижней и верхней) 5 и 6. Основной физической сущностью работы схемы является взаимодействие электрических полей вспомогательного защитного конденсатора 13 и основного конденсатора 7 (фиг. 2), изображенных на фиг. 1, как основной конденсатор 7 и вспомогательный защитный конденсатор 13, состоящий из верхней и нижней обкладки 3 и 5 и диэлектрической прокладки 4. Остальные эффекты ввиду малости заряда вспомогательного защитного конденсатора 13 малы. Согласно правилу установившегося электростатического поля вблизи заряженного проводника, создавшего поле, смещение и напряженность электрического поля вблизи проводникаи Е, нормальных к поверхности,связано с плотностью поверхностных зарядов выражением, гдеи Е - векторы электрического смещения и напряженности поля, перпендику 0 лярного к поверхности проводника,-поверхностная плотность зарядов на проводнике,и 0 - относительная и абсолютная диэлектрическая проницаемость среды 3. Т.к. система заряженной линии повышенной защищенности (фиг. 3) является изотропной средой, то можно воспользоваться системой уравнений Максвелла 5, где, исходя из граничных условий, характеризующих электромагнитное поле 60912,(2) видна связь поверхностных зарядов и смежных электрических полей пограничных сред. По теореме Остроградского-Гаусса 4 для электростатического поля сквозь произвольную замкнутую поверхность поток вектора напряженности электростатического поля пропорционален алгебраической сумме электрических зарядов, охватываемых этой поверхностью. В общем виде это можно записать как где- проекция вектора поляризации вещества на внешнюю нормаль к поверхности ,поверхности . Данная теорема верна как для однородной и изотропной, так и для неоднородной и анизотропной сред. С учетом (2) формулу (3) можно записать согласно фиг. 3 где своб - алгебраическая сумма свободных зарядов. При рассмотрении (4) и фиг. 3 мы приходим к выводу, что член Ре 10 определяется состоянием диэлектрика основного конденсатора 7. Исходя из закона постоянства заряда, в силу отключения заряженной цепи от источника питания и равенства работы нулю по переносу заряда по замкнутому пути, можно показать, что(5)242425252625,где 25 - расстояние между шиной 2 и нижней обкладкой 5,-межобкладочное расстояние основного конденса тора 7, 24 ,25 , 26 - напряженность электрического поля во вспомогательном защитном конденсаторе, на участке противо ЭДС, в основном конденсаторе 7 соответственно, 24 - межобкладочное расстояние во вспомогательном защитном конденсаторе,- диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Рассмотрев член(6)2625 из (5), мы приходим к выводу, что это внешнее напряжение на клеммах основного конденсатора 7. Согласно определению емкости проводника где С - емкость,- заряд,- потенциал проводника. Исходя из постоянства заряда основного конденсатора 7, мы можем в цикле отключения схемы от цепи питания согласно (6) и (7), изменяя внешнее напряжение на клеммах основного конденсатора 7, регулировать величину его емкости. Эффект постоянства заряда достигается благодаря непрерывности вектора электрического смещения 25,что приводит при рассмотрении (6) на участке между шиной и корпусом, минуя основной конденсатор к работе где е - заряд электрона. Как видно 262626 из (6), а 252526 , что приводит к потенциальному барьеру между диэлектриком и шиной. Т.к. длина изолированных проводников до шины составляет порядка 103 м, то туннельный эффект выхода заряженных частиц на шину незначителен. Изменяя заряд и напряжение вспомогательного конденсатора согласно 2 (10.10, (10.6), (10.9), (10.10) и (10.11) (номера формул в 2), что равносильно возможности управлять током, фазой, напряжением разрядной цепи, фазовой скоростью волны. Омическими потерями можно пренебречь, т.к. технически достижимо сопротивление между любыми деталями корпуса 0,01 Ом. Благодаря малому расстоянию между обкладками вспомогательного защитного конденсатора 13 его заряд при отсутствии разряда на эквивалентное сопротивление 21 остается практически постоянным и слабо подвержен электростатическим помехам. Перенос источника противо ЭДС внутрь корпуса, отсутствие омического проводника, соединяющего разноименные заряды - источники противо ЭДС в прототипе 1 снижает электромагнитные помехи. Данное устройство предпочтительно для работы в области конденсаторной сварки, где импульсы сварки достигают миллисекунды. Развитие вычислительной техники будет расширять область применения данного устройства в области микросекундных интервалов тока (радиосвязь, локация ). Эффект противо ЭДС снижает напряжение между корпусом 1 и шиной 2 заряженной линии повышенной помехозащищенности, что увеличивает потенциальный барьер между ними, уменьшает степень ионизации среды внутри корпуса, что способствует отсутствию утечки заряда основного конденсатора 7 через корпус 1 во всех циклах работы заряженной линии повышенной помехозащищенности. Предлагаемая конструкция позволяет совместно заземлять корпус и рабочую схему корпуса, что улучшает условия безопасности труда позволяет гибко и оперативно управлять начальными параметрами цепи, настраивая линию на необходимый режим разряда, способствует отсутствию разноименных зарядов в корпусе, что увеличивает помехозащищенность конструкции, переносит участок противо ЭДС вглубь корпуса, значительно уменьшая внешнее влияние на регулировку линии. 4 609 Полезную модель заряженной линии повышенной помехозащищенности можно использовать как составную функциональную часть в приборах типа М, О и электронных квантомеханических генераторах для создания обедненного и пространственно заряженного слоя рабочего вещества. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.