Устройство для заряда накопительного конденсатора

Устройство для заряда накопительного конденсатора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

„„7l 4627 (Bl) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 02.02.77 { 21) 2448285/18-2 1 с присоединением заявки рв(23) Приоритет—

Опубликовано 05 02 80 Бюллетень М 5

Дата опубликования описания 08.02.80 (5! )М, Кл.

Н 03 К 3/53

ВеуааратееекыФ кеаитет ссВР йв делан кзееретени6 в вткрмткв (53 ) УД К 62 1,373. (088.8) (72) Автори

Б. M. Сухарев, А. Г. Николаев, В. К. Быстров, Г. Б. Стеганов, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА НАКОПИТЕЛЬНОГО

КОНДЕНСАТОРА

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам для

\ заряда накопительного конденсатора генератора мошнык импульсов до напряжений, значительно превышающих напряжение источника постоянного тока, используемого, например, для питания оптических квантовых генераторов, импульсных плазменных двигателей, в локационной технике, при электрической свар,30 ке металлов.

Известно устройство для заряда двух накопительных конденсаторов от источниI ка переменного тока, с использованием четырех тиристоров. В этом устройстве

3$ управляемый мостовой выпрямитель заряжает параллельно два конденсатора в течение каждого полупериода выпрямле-. ния напряжения. Затем эти конденсаторы с помощью двух тиристоров соединяются поспедовательно и разряжаются на нагрузку Я.

Недостатком данного устройства является небольшой коэффициент умножения напряжения, равный двум.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для заряда накопительного конденсатора генератора мощных импульсов, содержащее источник электрической энергии, вентильнс.-конденсаторный умножительнапряжения, образованный )1 в вентильн -конденсаторными ячейками, управ-ляемые вентили тиристоры, а также блок контроля напряжения и управления вентипямн (2), Недостатки этого устройства заключаются в том, что оно может, быть использовано только совместно с источником переменного тока, кроме того при последовательном включении И конденсаторов индуктивное сопротивление цепи с конденсаторами достигает довольно значительной величины, что ухудшает энергетические показатели разрядного контура и снижает эффективность передачи энергии источника в импульсную нагрузку.

Бель изобретения — улучшение удельных энергетических показателей при заряде на-.

3 71 копительного конденсатора от источника электрической энергии постоянного тока.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для.заряда накопительного конденсатора, содержащее источник электрической энергии, вентильно-кон- денсаторный умножитель напряжения, образованный g вентильно-конденсаторными ячейками, управляемые вентили-тиристоры и блок контроля напряжения и управления вентилями, снабжено источником электрической энергии постоянного тока1 линейными дросселями, выполненными в виде двух полуообмоток, соединенных последовательно-согласно и размещенных на одном магнитопроводе, а блок контроля напряжения и управления вентилями содержит генератор тактовых импульсов и ячейку временного сдвига управляющих импульсов, при этом вентильно-конденсаторный умножитель напряжения выполнен из и ступеней, умножения, а каждая ступень образована тиристорно-конденсаторными ячейками, конденсаторы которых соединены - . -в цепочки последовательно, одна из обкладок каждого конденсатора соединена с анодом одного, а вторая — с катодом другого тиристора, причем катоды этих тиристоров подключены непосредственно к отрицательному выводу конденсаторной цепочки предыдущей ступени

- умножения напряжения, а катоды тиристоров первой ступени — к отрицательному выводу источника постоянного тока, аноды тиристоров четных ячеек объединены в одну группу, а нечетных — в ару« гую и через полуобмотки линейных дросселей подключены к положительному выводу конденсаторной цепочки предыдушей ступени умножения напряжения, а первой ступени — к положительному выводу источника постоянного тока, управляк -, "шие входы тиристоров подключены к выходу ячейки временного сдвига импульсов, получающей импульсы от генератора тактовых импульсов и выполненной, на "пример, на кольцевом счетчике и дешифраторе.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для заряда йакопительного конденсатора, на фиг. 2 — пример выполнения устройства при необходимости приведения его кон денсаторов к нулевым начальным усло= вйяМ после каждого разрядного цикла накопительного конденсатора.

Устройство содержит источник электрической энергии постоянного тока 1 под4627 4 ключенный одним и3 своих выходи> х зажимов (например; положительным) к средней точке линейного дросселя 2, выполненного в виде двух полуобмоток 3,4, соединенных последовательно, согласно и размещенных на одном магнитопроводе.

К шинам источника 1 подсоединяются вентильно-конденсаторных ячеек. Каж/ дая ячейка содержит вентиль-тиристор 5, 10 анод которого соединен с положительной шиной источника, а катод — с одной из обклааок конденсатора 6. Dpyrasr обкладка этого конденсатора соединена с анодом другого тиристора 7, катод которо15 го подключен к отрицательной шине источника. Таким образом, кажаая вентильноконденсаторная ячейка имеет два тиристора - 5 и 7 и конденсатор 6. Все конденсаторы ячеек соединены между собой ро последовательно и.образуют ступень с и последовательно соединенными конденсаторами. При этом аноды тиристоров

5 нечетных ячеек ступени подключены к положительному зажиму источника через

25 полуобмотку 3 дросселя 2, а аноды тиристоров 5 четных ячеек-через полуобмотку

4 этого же дросселя.

Точка соединения катода тиристора 5 и конденсатора первой ячейки подключезО на к средней точке линейного дросселя

8, имеющего на общем магнитопроводе две намотанные в противоположные стороны полуобмотки 9 и 10.

Вентильно-конденсаторные ячейки, со55 держащие тиристор 11, конденсатор 12 и тиристор 13, образуют вторую ступень с 11 последовательно соединенными конденсаторами.

Аноды 11 нечетных ячеек второй ступени подключены к концу полуобмотки

9 дросселя 8, pаноды тиристоров 11 четных ячеек — к началу полуобмотки 10 того же дросселя. Катоды тиристоров 13

45 подключены к точке соединения обкладки конденсатора 6 с анодом тиристора 7 последней ячейки первой ступени.

На схеме фиг. 1 связи между первой и второй ступенями показаны пунктирными линиями, которые означают, что число ступеней в устройстве зависит от требуемого уровня напряжения генератора мощных импульсов. Число таких ступеней, в общем случае, мь кет быть равным

С крайних обклааок конденсаторов первой и послеаней ячеек преапослеаней (Ф -1) ступени через ароссель 14 и ! тиристор 15 напряжение поа:1ется на на714627

45

55 копнтельный конденсатор 16, который аккумулйрует энергию, .снимаемую с последовательно соединенных конденсаторов всех ступеней. Накопительный конденсатор через ключ 17 подключен к импульсной нагрузке 18. Блок 19 контроля и умножения вентилями связан с генератором тактовых импульсов 20, который подает сигналы к ячейке временного сдвига импульсов 21, выполненной, например, ня кольцевом счетчике 22 и дешифраторе 23.

Схема зарядного устройства на фиг. 2 отличается от схемы зарядного устройства, изображенной на фиг. 1 тем, что в нее добавлены следующие элементы; тиристор 24, который включен встречйопараллельно тиристору 5 в первой,ячейке, и тиристор 25, включенный в последнюю ячейку, причем его катод подключен к аноду тиристора 7, а анод — к одному из выводных концов дросселя 2. Катоды двух тиристоров 26 подключены к концу полуобмотки 3 дросселя 2 и к началу полуобмотки 4 того же дросселя, а их аноды соединены в одну точку и через резистор 27 подключены к аноду тиристора 28, катод которого присоединен к отрицательному зажиму источника постоянного тока, Устройство, выполненное по схеме фиг. 1, работает следующим образом.

Предположим, что все конденсаторы схемы полностью разряжены и с дешифратора 23 подается импульс управления на тиристоры 5 и 7 первой ячейки первой ступени (вместо тиристора 5 в tlepвой ячейке ступени может быть установлен диод), тиристоры отпираются, и ток от положительного зажима источника через полуобмотку 3 дросселя 2, через тиристоры 5 и 7.потечет в конденсатор

6, который зарядится, имея на левой по схеме обкладке положительный потенциал. Индуктивность дросселя выбирается из расчета равенства реактивных сопротивлений конденсатора 6 и линейного дросселя 2 на заданной частоте зяряда конденсатора. Через полупериод ток заряда конденсатора становится равным нулю, а тиристоры 5 и 7 закрываются естественным образом. Конденсатор 6 при этом заряжается до напряжения, равного двойному напряжению источника. После запирания тиристоров

5 и 7 первой ячейки подается управляющий импульс на те же Tttpttt:Topbt BtopoN ячейки. При этом происходит резонансI ный заряд конденсатора второй ячейки, но ток проходит через полуобмотку

4 дросселя 2, которая включена встреч- но полуобмотке 3 того же дросселя.

Потоки, созданные в магнитопроводе дросселя в течение одного периода, не имеют постоянной составляющей, тек как в каждом периоде по магнитной цепи протекает переменный синусоидальный магнитный поток. В дальнейшем все конденсаторы 6 ступени заряжаются поочередно до напряжения, равного удвоенному напряжению источника, и напряжение на всех конденсаторах ступени бу равно )ист И "ttt- ист пряжение исгочника, a h — число последовательно соединенных конденсаторов ступени.

Далее,or дешифреторе 23 подается импульс управления ня тиристоры 1 1 и

13, которые отпираются, и напряжение конденсаторов первой ступени прикладывается к конденсатору 12 первой ячейки второй ступени. Происходит резонансный заряд конденсаторе 12 через дроссель

8. Энергия, накопленная конденсаторами первой ступени, импульсно (полностью) передается в конденсатор 12 первой ячейки второй ступени. Последовательно соединенные конденсаторы,12 второй ступени могут поочередно разряжаться на конденсаторы третьей ступени, и TBK далее. На фиг. 1 в качестве третьей ступени изображен один накопительный конденсатор 16, который заряжается от последовательно соединенных конденсаторов 12 второй ступени. Здесь для ре зонансного зарядя конденсатора 16 используется дроссель 14 с одной обФ

35 моткой.

Данное устройство для заряда накопительного конденсатора позволяет заряжать накопительный конденсатор от источника постоянного тока без использования трансформатора. Оно обеспечивает высокий КПД заряда конденсатора, уменьшение числа элементов схемы, что .позволяет осуществить форсированное увеличение напряжения ня накопительном конденсаторе. Это позволяет улучшить удельные энергетические показатели ири заряде накопительного конденсатора от источника электрической энергии постоянного тока.

Для обеспечения резонансного заряда конденсаторов и ((риведения конденсатров схемы к нулевым начальным условиям для обеспечения возможности рабо7 71462 ты зарядного устройства в циклическом режиме с повышенной частотой следования зарядное устройство может быть выполнено по схеме приведенной нафиг. 2.

При заряде конденсаторов 6 импульсы управления подаются не только нв тиристоры 5 ии 77, но также и нв тиристор 28, .После разряда конденсаторов 6 на емкость следующей ступени нв них остается заряд произвольного знака. После эа- iо пирания тиристора 11 подаются управляющие импульсы нв все тиристоры схемы, за исключением тиристоров 11 и 28, у которых сигналы управления сняты.

Из схемы видно, что все конденсаторы. i5

6 - независимо от полярности .их остаточного напряжения, разряжаются на сопротивление 27 и, тем самым, приводятся к нулевым начальным условиям для следующего зарядного цикла. 8 следую- 20 щих ступенях умножения схема приведе.ния емкостей к начальным нулевым условиям аналогична приведенной на фиг. 2, за исключением тиристора 28, надобность в котором отпадает, 25

Использование описанного устройства для заряда накопительно о конденсатора от источника, обладающего большим внутренним сопротивлением, то есть имеющего крутопадающую внешнюю характеристику, будет приводить к периодическому изменению напряжения при соответствующем изменении потребляемой мощности. Так квк ток заряда конденсатора изменяется по синусоидально- 35 му закону, то и мощность, потребляемая от источника, изменяется аналогично.

Оптимальное использовайие мощности источника постоянного тока с большим внутренним сопротивлением возможно лишь в том случае, когда источник постоянного тока нагружен максимальной мощностью.

В этом случае для более полного использования мощности источника пос с тоянного тока необходимо испольэовать многоканальный вариант устройства, то есть два или несколько предлагаемых устройств для заряда накопительных конденсаторов, соединенных парвллепьно

50 и работающих на один накопительный

" конденсатор, у которых заряд конденсаторов первой ступени будет смешен во времени друг относительно друга.

Таким образом, предложенное устройст55

" вс дпя заряда накопительного конденевтора от источника постоянного тока обеспечивает получение высоких энергетичес7 8 ких показателей при хорошей стабилизации уровня эапасаемой в накопительном конденсаторе энергии (приведение конденсаторов к нулевым условиям), равномерную загрузку источника постоянного тока, позволяет заряжать накопительный конденсатор без использования инвертора и повьпцающего трансформатора.

Формула иэобре те ни я

Устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее источник электрической энергии, вентильно-конденсаторный умножитель напряжения, образованный и вентильно-конденсаторными ячейками, управляемые вентили-тиристоры и блок контроля напряжения и управления вечтилями, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей при заряде накопительного конденсатора от источника электрической энергии постоянного то- . ка, оно снабжено линейными дросселями, Ф выполненными в виде двух полуобмоток, соединенных последовательно — согласно и размещенных на одном магнитопроводе, а блок контроля напряжения и управления вентилями содержит генератор тактовых импульсов и ячейку временного сдвига управляющих импульсов, при этом вентильно-конденсаторный умножитель напряжения выполнен из m ступеней умножения напряжения, а каждая ступень образована И тиристорно-конденсаторными ячейками, конденсаторы которых соединены в цепочки йоследовательно, одна иэ обкладок каждого конденсатора соединена с анодом одного, вторая — с катодом другого тиристорв; причем катоды этих тиристоров подключены непосредственно к отрицательному выводу конденсаторной цепочки предыдущей -етупени умножения напряжения, а катоды тиристоров первой ступени — к отрицательному выводу источника постоянного тока, аноды тиристоров четных ячеек объединены в одну группу, а нечетных — в другую и через полуобмотки линейных дросселей подключены к положительному выводу конденсаторной цепочки предыдущей ступени умножения напряжения, а в первой ступени — к положительному выводу источника постоянного тока, управляющие входы тиристоров подключены к выходу ячейки временного сдвигA импульсов, получпюш и импульсы

9 714627 10 от генератора тактовых импульсов и вы- 1. Авторское свидетельство СССР полненный, например, на кольцевом счет- К 430493, кл. Н 03 К 3/57, чике и дешифраторе. от 23,06.1971, 2. Патент Японии % 50-23.649, Источники информации, кл. 56Е13(Н02 М 7/19) от 24,07.75 принятые во внимание при экспертизе (прототип) .

714627

Составитель Смелова

Редактор Л. Гефман Техред 3. Фанта Корректор Г. Назарова

Заказ 9926/73 Тираж 995 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент,; г. Ужгород, ул, Проектная, 4