Устройство для зарядки накопительных конденсаторов

 

.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДКИ НАКОПИТЕЛЬНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ, содержащее однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель, входные клеммы которого подключены к источнику, переменного напряжения, к выходным клеммам выпрямителя подключены два вентиля, например тиристрра, причем анод одного вентиля подключен к положительной выходной клемме указан;ного выпрямителя, к отрицательной Л выходной клемме которого подключен катод другого вентиля, при этом свободные анод и катод указанных вентилей образуют выходные клеммы устройства, к одной вшходной клемме устройства подключена обкладка одного накопительного конденсатора, а , к другой выходной клемме подключена обкладка другого накопительного конденсатора; отличающееся тем, что, с целью улучшения удельных массо-энергетических характеристик путем повышения коэффициента использования мощности источника переменного напряжения, свободные обкладки накопительных конденсаторов подклюI чены к одной из входных клемм однофазного двухполупериодного мостового (Л выпрямителя, к другой входной клемме которого дополнительно подключен токоограничиваюший линейный дроссель свободный вывод которого подключен к объединенным выводам последовательной цепи, которая образована двуrij мя дополнительными конденсаторами, свободные обкладки которых подключены к выходным клеммам указанного выпрямителя. QD 7А п

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

C©

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3332248/18 21 .(22) 02.09.81 (46) 23.03.83. Вюл. Р 11 (72) A. Г. Николаев (53) 621.373.431(088 ° 8) (56) 1. Лоос А. B.„ Сипайлов Г. А., Хорьков В. A. Получение больших величин электромагнитной энергии при использовании в качестве накопителя и источника энергии ударного генератора. В кн.: Импульсная электроэнергетика. Казань, 1970, КВКИУ, рис. 1, с. 21.

2. Авторское свидетельство СССР

9.430493, кл. Н 03 К 3/53, Н.02 M 5/08, 1974 (прототип). (54)(57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДКИ НАКОПИТЕЛЬНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ, содержащее однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель, входные клем мы которого подключены к источнику. переменного напряжения, к выходным клеммам выпрямителя подключены два вентиля, например тиристора, причем анод одного вентиля подключен к положительной выходной клемме указан;ного выпрямителя, к отрицательной

„„SU„„1007190 А выходной клемме которого подключен катод другого вентиля, при этом . свободные анод и катод указанных вентилей образуют выходные клеммы устройства, к одной выходной клемме устройства подключена обкладка одного накопительного конденсатора, а. к другой выходной клемме подключена обкладка другого накопительного конденсатора, о т л и ч а ю m е е с я тем, что, с целью улучшения удельных массо-энергетических характеристик путем повышения коэффициента использования мощности источника переменного напряжения, свободные обкладки накопительных конденсаторов подключены к одной из входных клемм одно- g й.й

Фазного двухполупериодного мостового выпрямителя, к другой входной клемме которого дополнительно подключен токоограничинаюиий линейный Лроссель С свободный вывод которого подключен к объединенным выводам последова- Я тельной цепи, которая образована двумя дополнительными конденсаторами, свободные обкладки которых подключены к выходным клеммам укаэанного выпрямителя.

1007190

Из обре те ние относит ся к импульсной технике и может быть йспользовано для электропитания мощных импульсных потребителей энергии.

Известно устройство для зарядки накопительного конденсатора от источника переменного напряжения, энергия которого в течение четверти периода изменения величины напряжения литания через диод передается в накопительный конденсатор (1) . !

О

Недостатком этого устройства является большая установленная мощность источника переменного напряжения, поскольку коэффициент использования типовой мощности источника не превы- 5 шает 0,5.

Наиболее близким пю технической сущности к изобретению является уст-. ройство для зарядки накопительных конденсаторов, содержащее однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель, входные клемвал которого подключены к источнику переменного напряжения, к выходным клеммам выпрямителя подключены два вентиля, например,тиристора, причем анод одно-. го вентиля подключен к положительной выходной клемме упомянутого выпрямителя, к отрицательной выходной клемме которого подключен катод другого вентиля, при этом свободные катод и анод указанных вентилей образуют выходные клеммы устройства (2) .

Известное устройство обеспечивает зарядку двух накопительных конденсаторов — секций каскадного накопитель-З5 ного конденсатора с высоким.КПД, однако коэффициент использования пиковой мощности первичного источника переменного напряжения, превышает 0,707, что снижает. удельные массо- 40 энергетические характеристики устройства.

Целью изобретения является улучшение удельных массо-энергетических 45 характеристик путем повышения коэффициента использования мощности источ- ника переменного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем однофаэный двухполупериодный мостовой выпрямитель, входные клемм которого подключены к источнику переменного напряжения, к выходным клеммам выпрямителя подключены два вентиля, например, тиристора, причем 55 анод одного вентиля подключен к положительной выходной клемме указанного выпрямителя, к отрицательной выходной клемме которого подключен катод другого вентиля, при этом свободные 60 анод и катод укаэанных вентилей образуют выходные клеммы устройства, к одной выходной клемме устройства подключена обкладка одного накопительного конденсатора, а к другой выход- 65 ной клемме подключена обкладка другого накопительного конденсатора, 4.вободные обкладки накопительных кон. денсаторов подключены к одной из входных клемм однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя, к другой входной клемме которого дополнительно подключен токоограничивающий линейный дроссель, свободный вывод которого подключен к объединенным выводам последовательной цепи, которая образована двумя дополнительными конденсаторами, свободные обкладки которых подключены к выходным клеммам укаэанного выпрямителя.

Это позволяет более чем в три раза увеличить напряжение. секции накопительного конденсатора, а также увеличить в два раза длительность зарядки накопителя, что обеспечивает повышение коэффициента мощности до величины, близкой к единице (т.е. увеличивает его по сравнению с известным устройством примерно на

41,4%). В результате уменьшения типовой (габаритной) мощности источника более чем на 40% уменьшаются его габариты и масса.

%ак как .заряд каждой секции аакопительного конденсатора осуществляется через один вентиль (вместо трех - в известном), потери при выпрямлении тока в устройстве минимальны.

На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 — то же, вариант на фиг. 3 — диаграммы зарядных токов и напряжений на секциях накопительного конденсатора.

Устройство содержит накопитель» ные конденсаторы 1 и 2, обкладки которых подключены соответственно к тиристорам 3 и 4, а свободные обкладки конденсаторов 1 и 2 подключены к входной клемме 5 однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя, который образуют диоды 6-9, клемьы которого 10 и 5 подключены к источнику 11 переменного напряжения, к клемме 10 указанного выпрямителя подключен линейный дроссель 12 другой конец которого подключен к средней точке дополнительных конденсаторов 13 и 14, свободные обкладки которых подключены к выходным клеммам выпрямителя, разрядный тиристор

15 и нагрузку 16 .

В устройстве. (фиг. 2) конденсаторы 1 и 2 зашунтированы диодами 17 и 18, предотвращающими перезаряд этих конденсаторов при их разряде на нагрузку 16, если емкости этих конденсатбров отличны друг от друга.

Емкость накопительных конденсаторов, как и в известном, выбирают иэ условия. обеспечения заданной энер1007190 гии в разрядном импульсе (пропорциональной емкости конденсатора и квадрату -напряжения на его обкладках), емкость вольтодобавочных конденсаторов 13 и 14 должна быть выбрана на порядок и бслее большей, чем емкость конденсаторов 1 и 2, так ко конденсаторы 13 и 14 работают в режиме частичного подразряда, в качестве этих конденсаторов целесообразно применение электролитических KQHденсаторов.

Контроль напряжения источника 11 и фазовое управление зарядными тиристорами 3 и 4 и разрядным тиристором 15 осуществляет специальный блок 35 .фазового управления (не показан).

Этот блок .может быть выполнен по любой известной qxeMe фазового управления в соответствии с изменением мгновенных значений напряжения источника и накопительных конденсаторов.

Устройство работает следующим образом.

В каждом цикле работы производится поочередный заряд обеих секцийнакопительных конденсаторов 2 и 1 с помощью этого устройства (выполненного па схеме фиг. 1 или фиг. 2), а затем их одновременный раэряд— через тиристор 15 на нагрузку 16.

При рассмотрении работы зарядного устройства будем считать, что в первый и последующие.(третий, пятый и . т.д.) нечетные полупериоды изменения напряжения источника 11 к клемме З5

5 приложено положительное, а к клемме 10 - отрицательное напряжение.

Тогда во вторсй и последующие (четвертый, шестой и далее) четные полупериоды полярность напряжения на 40 клеммах 5 и 10 изменяется на противоположную.

Если напряжение источника 11 подано на клеммы 5 и 10 при закрытых тиристорах 3 и 4, в нечетном йолупе- риоде ток источника, проходя по цепи 11-5-7-13-12-10-11, осуществляет заряд дополнительного конденсатора

13. Так как дроссель 12, ограничивая ток источника, запасает энергию, пропорциональную индуктивности и квадрату мгновенного значения тока, то на его выводе, соединенном с конденсатораьы 13 и 14, будет положи- тельное, а на клемме 10 - отрицательное .напряжение. Поэтому одновременно,с.зарядом конденсатора 12 по цепи 14-8-10-12 осуществляется заряд конденсатора 14, который осуществляется до тех пор, пока напряжение 60 источника превышает напряжение на .конденсаторе.13. При равенстве этих напряжений (во второй половине нечетного полупериода) диоцы 7 и 8 запираются и за счет ЭДС самоиндукции . g5 дросселя 12 запасенная в нем энергия по контуру 12-6-13 передается в конденсатор 13.

В четном полупериоде ток источника, проходя по-цепи 11-10-12-14-95-11, заряжает конденсатор 14, одновременно подзаряжая конденсатор 13 по цепи 6-14-12, а также увеличивает энергию в дросселе 12.. Bo второй половине четного полупериод, когда

)напряжение источника, убывая, станет равным напряжению конденсатора 14, диоды б и 9 запираются и энергия из дросселя по цепи 12-14-8-12 передается в конденсатор 14. Этот начальный заряд конденсаторов 13 и 14 длится 3-4 полупериода, а по его окончанию диоды 6-9 предотвращают разряд конденсаторов на источник.

При подаче в конце первой половины четного полупериода изменения напряжения источника 11 сигнала .на открытие тиристора 4 по цепи 11-52-4-14-12-10-11 потечет ток зарядки конденсатора длительностью в

180 эл.град. Этот ток, изменяясь по гармоническому закону (фиг. 3) обеспечивает заряд конденсатора 2 до напряжения, в li /2 1,57 разa превышающего напряжение зарядной цепи (конденсатор 14 — источник 11), напряжение на конденсаторе 2 изменя ется по закону косинуса, а при пе реходе тока через нулевое значение тиристор 4 запирается. Одновременно .с этим (в конце первой половины не.четного полупериода) подается сигнал на открытие тиристора 3, и по цепи 11-10-12-13-3-1-5-11 осуществляется резонансный заряд конденсатора 1, после чего через 180 эл.град, тиристор 3 погасает. При подаче сигнала на тиристор 15 конденсаторы 1 и 2 разряжаются на нагрузку 16, после чего тиристор 15 запирается. Да,лее процессы повторяются циклически с частотой изменения напрФЭкения источника,.при этом конденсаторы 13 и 14, частично разряжаясь на конден саторы 1 и 2, подзаряжаются от источ ника 11.

Так как при одинаковой-емкости конденсаторов 1 и 2 заряды, запаса.еьые ими, одинаковы, разряд их за, вершается одновременно. В случае, .ебли емкости конденсатЬров различны, при разряде возможна переполюсовка напряжения на одном из конденсаторов. Эта переполюсовка предотвращает. ся диодами. 17 и 1b блокирующими конденсаторы (фиг. 2). Отсутствие возможности переполюсовки напряжений на конденсаторах 1 и 2 позволя;ет в качестве этих конденсаторов

:применять электролитические конденсаторы — более дешевые н характери1007190

Фиг Г

Составитель Г. Журавлев

Редактор П. Коссей Техред T.Наточка Корректор A. Ференц

Заказ 2153/76 Тираж 934 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 зуемые малой массой и габаритами при той же энергии.

Введение в схему устройства дополнительных дросселя (имеющего удельную массу порядка 0,2-1 г/вар и двух конденсаторов (c удельной массой порядка 0,01-1 г/вар) приводит к повышению более чем в три раза напряжения конденсаторов 1 и 2 и к увеличению в два раза угловои дли.тельности импульсов их зарядного тока. Это позволяет за счет увеличения коэффициента мощности источника со значения 0,707 в известном до вели- ,чины, близкой к единице. в предложенном устройстве - на 41,4% уменьшить типовую (габаритную) мощность источника переменного напряжения.