Импульсный преобразователь

 

СОЮЗ. СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (i9) SU(ii) 3(59 Н 02 N 3 135

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3466166/24-07 (22! 09.07.82 (46) 30.03.84. Бюл. 9 12 (721 В.В.Шипицын, В.И.Лузгин, В.С.Ухов, Л.И.Фаерман и С.В.Житов (71) Уральский ордена Трудового Крас ного Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова и Центральный научно-исследовательский институт мате. риалов и технологии тяжелого и транспортного машиностроения (53I 621. 314. 1(088. 81, (561 1. Булатов О.Г. и др. Тиристор: но-конденсаторные преобразователи.

И., Знергоиздат, 1982, с. 6, рис.1.1

2. Там же, с. 65, рис. 4.2. (541 (57) ИИПУЛЬСНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий тиристорный мост с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока и включенную последовательно с мостом цепь нагрузки, выводы для подключения источника питания, конденсатор и два диода, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности путем ограничения скорости нарастания тока на тиристорах, он снабжен двумя дополнительными диор(ами, двумя дросселями фильтра и четырьмя двухобмоточными коммутирующими дросселями, первичные обмотки которых включены после;;овательно с тиристорами моста, а последовательно с вторичными обмотками включены диоды, образуя четыре цепочки, одноименные выводы которых объе-. динены и подключены к соответствующим выводам цепи нагрузки, причем тиристорный мост совместно с цепью ж с нагрузки зашунтирован конденсатором, соединенным через дроссели фильтра с выводами для подключения источника питания.

1083309

Изобретение относится к преобразо. вательной технике и предназначено для преобразования .постояцного тока в однополярный импульсный ток для питания активной нагрузки, например, технологической установки для обра- 5 ботки изделий с помощью тлеющего разряда. К такой газоразрядной установке может быть отнесена, например, технологическая установка ионного аэотирования, в которой для уменьше- 1О ния времени воздействия дугового разряда на поверхность обрабатываемых деталей требуются униполярные, легко снимаемые при аварийной ситуации, импульсы тока. 35

Известен тиристорно-конденсаторный преобразователь постоянного тока в импульсы однополярного тока, Йротекающего через .нагрузку. В преобразователе последовательно с нагрузкой включен тиристорный мост с коммутирующим конденсатором в цепи переменного тока. Питается устройство от источника постоянного напряжения. Тиристоры противоположных плеч моста отпираются попарно поочередно. При этом каждый такт через нагрузку протекает ток перезаряда коммутирующего конденсатора, т.е. осуществляется последовательная конденсаторная.коммутация. Скорость нарастания импульсов тока через активную нагрузку определяется скоростью отпирания тиристоров, а скорость спада и длительность импульсов тока определяются емкостью коммутирующего 35 конденсатора и величиной сопротивления активной нагрузки. амплитуда тока существенно зависит от величины сопротивления нагрузки. Регулируя частоту перезаряда конденсатора, мож-4р но регулировать среднюю величину напряжения на нагрузке. С увеличением частоты выше некоторого граничного значения преобразователь переходит в режим непрерывных токов нагрузки. 45

В этом режиме проводившая пара тиристоров не выключается вплоть до момента включения следующей пары (Ц.

Известный преобразователь имеет ряд недостатков, что ограничивает воэможность его использования для питания технологических газоразрядных установок, хотя имеет место быстрое снятие импульсов разрядного тока через камеру установки при возникновении в ней дуговых разрядов.

В таком преобразователе из-за большой скорости нарастания импульсов тока тиристоры плохо используются по мощности . Нет стабильности .режи- 60 мов работы при изменении сопротивления нагрузки. Велика, мощность в импульсе тока в случае образования дугового разряда, что может повредить обрабатываемое изделие.. 65

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь с дозированной передачей энергии в нагрузку, содержащий тиристорный коммутирующий мост, подключенный одним выводом к одному входному зажиму источника питания. В диагональ переменного тока моста включен коммутирующий конденсатор. Последовательно с мостом включена последовательная цепь из активной нагрузки (камеры ионного азотирования) и токоограничивающей индуктивности, которая через тиристор коммутирующего устройства, включенного на входе, присоединена к . другому входному зажиму. Для вывода избыточной -нергии, накопленной в токоограничивающей индуктивности, преобразователь переводится в режим рекуперации энергии. На базе этого преобразователя создан источник питания, специально предназначенный для питания мощной печи ионного аэотирования, в котором с целью защиты обрабатываемых деталей от воздействия электрической дуги камера ионно го азотирования зашунтирована тиристором, который включается всякий раэ при возникновении дугового разряда внутри камеры. При этом накопленная в индуктивности энергия через два диода в схеме преобразователя и через шунтирующий тиристор возвращается в источник питания (в фильтровый конденсатор источника). Только после сброса энергии, накопленной в токоограничивающей индуктивности, и времени бестоковой паузы, необходимой для восстановления управляемости шунтирующего тиристора, возможно очередное включение тиристорного моста, формирующего импульс тока через нагрузку 52 ).

Однако в указанном преобраэователе по условиям работы тиристоров формируются импульсы тока с. относительно небольшой частотой до 700 Гц. При этом всякий раз при переходе тлеющего разряда в дуговой иэ-за большой длительности импульса тока приходится шунтировать камеру ионного азотирования тиристором, чтобы защитить обрабатываемые изделия от длительного воздействия дуги и от повреждения.

Каждое такое шунтирование соответствует короткому замыканию, для ликвидации которого каждый раз сбрасывают накопленную в ограничительной индуктивности энергию в источник питания.

Из-за большой скорости нарастания тока и большой амплитуды. тока тиристоры плохо используются по мощности и надежность их работы понижена.

Цель изобретения — повышение надежности путем ограничения скорости нарастания тока на тиристорах.

Поставленная цель достигается тем, что импульсный преобразователь, со1083309 держащий тиристорный мост с коммути-. рующим конденсатором в диагонали переменного тока и включенную последовательно с мостом цепь нагрузки, выводы для подключения источника питания, конденсатор и два диода, снабжен двумя дополнительными диодами, двумя дросселями .ильтра и четырьмя двухобмоточными коммутирующими дросселями, первичные обмотки которых включены последовательно с тиристорами моста, а последовательно с вторичными обмотками зключены диоды, образуя четыре цепочки, одноименные выводы которых объединены и подклю» чены к соответствующим выводам цепи нагрузки., причем тиристорный мост совместно с цепью нагрузки зашунтирован конденсатором, соединенным через дроссели фильтра с выводами для подключения источника питания.

На чертеже изображена схема уст- 20 ройства.

Преобразователь содержит фильтровые дроссели 1 и 2.,конденсатор 3 (разделительный ), коммутирующий конденсатор 4, включенный в диагональ 25 переменного тока моста на тиристорах

5-8, последовательно с которыми включены первичные обмотки 9-12 коммути-. рующих дросселей, а их вторичные обмотки 13-1б включены последовательно 30 с диодами 17-20, активную нагрузку 21, гаэоразрядный промежуток.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно от источника пита- 35 ния через дроссели 1 и 2 заряжается конденсатор 3. Тиристоры 5, 8 и 6, 7 отпираются попарно поочередно. При этом в контуре инвертора через на-< груэку 21 протекают униполярные им- 4п пульсы высокочастотного тока. Так, при отпирании, например тиристоров

5 и 8 импульс тока протекает по цепи: конденсатор 3 — тиристор 5 конденсатор 4 — тиристор 8 — нагрузка 21 — конденсатор 3. После прекра- .45 щения тока через тиристоры 5 и 8 с некоторой бестоковой паузой включаются очередные тиристоры b и 7 и вновь протекает импульс тока по цепи: конденсатор 3 — тиристор б — конденсатор 4 — тиристор 7 — нагрузка 21 конденсатор 3. После прекращения тока через тиристоры б и 7 с некоторой бестоковой паузой отпираются тирис- торы 5 и 8 и процесс повторяется 55 аналогично выше описанному. Каждый раз через нагрузку 21 импульс тока протекает справа налево, т.е. в одну . сторону.

При протЕкании импульсов тока по @) обмоткам 9-12 коммутирующих дросселей во вторичных обмотках 13-16 на-, водится ЭДС индукции. Если во второй половине импульса тока ЭДС индукции во вторичных обмотках окажется внае, чем падение напряжения на нагрузке

21, открываются соответствующие вентили 17-20 и через них и через нагрузку 21 протекают импульсы тока по цепям: нагрузка 21 — диод 17 — обмотка 13 — нагрузка 21, нагрузка 21 обмотка 16 — диод 20 — нагрузка 21 или нагрузка 21 — диод 18 — обмотка

14 — нагрузка 21, нагрузка 21 — обмотка 15 — диод 19 — нагрузка 21.

Эти импульсы тока в нагрузке 21 совпадают по направлению с основными импульсами тока, протекающего через соответствующие тиристоры. При этом в нагрузке 21 выделяется дополнительная мощность и увеличивается напряжение на ней. Одновременно ограничиваются возможные перенапряжения во всем контуре инвертора, так как запасаемая в коммутирующих дросселях избыточная магнитная энергия расходуется на увеличение, тока в нагрузке 21.

Преобразователь работает в колебательном режиме.

Для поддержания такого режима необходимо, чтобы сопротивление нагрузки гаэоразрядного промежутка технологической установки было меньше критического. Сопротивление нагрузки может возрасти выше критического, если разрядный ток станет ниже минимально допустимой величины, т.е. электрический разряд будет затухать.

Чтобы колебательный процесс полностью завершился и тиристоры выключились, .необходимо поддерживать состояние колебательного режима при снижении тока тиристоров до полного их выключения. Индуктируемый во вторичных обмотках коммутирующих дросселей ток протекает через нагрузку — газоразрядный промежуток, удлиняя длительность импульса тока через нагрузку.

При этом импульс тока через тиристоры заканчивается раньше„ чем ток в цепях с вторичными обмотками. Это препятствует увеличению сопротивле.ния газораэрядного промежутка и создает условия для сохранения колебательного режима инвертора в переходном режиме во время снижения основного импульса тока, протекающего через тиристорный мост. Учитывая длительность затухания тока в цепях с вторичными обмотками, можно отпирать очередные тиристоры раньше, чем этот ток закончится. При этом поддерживается достаточной интенсивности разряд через газовый промежуток в течение времени от момента выключения тиристоров ячейки до момента включения очередных тиристоров ячейки, что со храняет колебательный режим.

Кроме того, для увеличения надежности, можно поддерживать малое сопротивление гаэоразрядного промежутка, непрерывающийся разряд в газоразрядном промежутке, пропуская через него относительно небольшой постоянный ток от постороннего источника. Этот ток мал по сравнению с током от иивертора. (Кстати, такой источник имеется в технологической

1083309 установке для осуществления начального разряда в гаэоразрядном промежутке при запуске. Включение инвертора можно осуществлять после сформированного разряда .от внешнего источника!.

Составитель И.Жеребина

Редактор,ц. Ткач Техред О.беце КорректорВ.Бутяга б

Заказ 1771/49, Тираж 667 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета СССР

" по делам изобретений и открытий

f13035) Иосква, Ж-.35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4