Устройство для заряда накопительного конденсатора

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах питания импульсных потребителей электрической энергии. Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей - достигается путем увеличения скорости передачи энергии источников в накопительный конденсатор за счет увеличения коэффициента умножения напряжения. Устройство содержит источник переменного тока с клеммами 1-3, вьп одные шины 4 и 5, накопительный конденсатор 6, конденсаторы 7, 11, 13,15,18- 21, диоды 8, 9,10 и 12, тиристоры 14, 7,22-27 и блок 16 управления. В описании изобретения приводятся фрагменты цепей заряда - разряда конденсаторов и эпюры, поясняющие работу устройства для заряда накопительного конденсатора. 11 ил. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (su 4 Н 03 К 3/53

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4133451/24-21 (22) 07.07.86 (46) 23.06.88. Бюл. Р 23 (72) В.К. Быстров, О.В. Муськин и А.Г. Николаев (53) 621.373.431(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 790151, кл. Н 03 К 3/53; 1978.

Авторское свидетельство СССР

Ф 911690, кл. Н 03 К 3/53, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА НАКОПИТЕЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРА (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах питания импульсных потребителей электрической энергии. Цель

„„SU,„, 1405103 А1 изобретения — улучшение удельных энергетических показателей — достигается путем увеличения скорости передачи энергии источников в накопительный конденсатор за счет увеличения коэффициента умножения напряжения.

Устройство содержит источник переменного тока с клеммами 1-3, вы одные шины 4 и 5, накопительный конденсатор 6, конденсаторы 7, 11, 13, 15,1821, диоды 8, 9,10 и 12, тиристоры

14, 17,22-27 и блок 16 управления. В описании изобретения приводятся фрагменты цепей заряда — разряда конденсаторов и эпюры, поясняющие работу устройства для заряда накопительного конденсатора. 11 ил.

1405103

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах питания импульсных потребителей электрической энергии.

Цель изобретения — улучшение удельных энергетических показателей путем увеличения скорости передачи энергии источника в накопительный конденсатор за счет увеличения коэффициента умножения напряжения.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 — эпюры, поясняющие работу устройства; на фиг. 3-11 — фрагменты 15 цепей заряда — разряда конденсаторов.

Устройство для заряда накопительного конденсатора содержит источник переменного тока с тремя выходными клеммами 1-3, первую 4 и вторую 5 вы- 20 ходные шины, подключенные к накопительному конденсатору 6, первый конденсатор 7, первая обкладка которого соединена с первой выходной клеммой

1, а вторая обкладка через первый диод 8 — с второй выходной клеммой

2 второй диод 9, катод которого соединен с третьей выходной клеммой 3, третий диод 10, катод которого соединен через второй конденсатор 11 с второй выходной клеммой 2, четвертый диод 12, катод которого соединен с первой обкладкой третьего конденсатора 13, первый тиристор 14,анод коI торого соединен с первой обкладкой

35 четвертого конденсатора 15, а управляющий электрод — с первым выходом блока 16 управления, второй тиристор

17, анод которого соединен с первой обкладкой пятого конденсатора 18,шес- 40 той 19, седьмой 20, восьмой 21 конденсаторы, третий 22, четвертый 23, пятый 24, шестой 25, седьмой 26,вось вЂ, мой 27 тиристоры.

30

Шестой конденсатор 19 включен меж- 45 ду первой выходной шиной 4 и объединенными анодом и катодом третьего 22 и четвертого 23 тиристоров, управляющие электроды которых подключены соответственно к вторым и третьим выхо- 50 дам блока 16 управления, а анод третьего тиристора 22 соединен с катодом второго диода 9, катод четвертого тиристора 23 — с катодом четвертого 12

H RHopoM BTopoI о 9 диодов, ВТороН об- 55 кладкой пятого конденсатора 18, второй выходной шиной 5 и через седьмой конденсатор 20 — с объединенными катодом.:.и анодом пятого 24 и шестого

25 тиристоров, управляющие электроды которых соединены с четвертым и пятым выходами блока 16 управления.

Катод пятого тиристора 24 соединен с второй выходной клеммой 2, анрд шестого — с второй обкладкой первого конденсатора 7, анодом третьего диода

10, с первой выходной шиной 4, второй обкладкой четвертого конденсатора 15, анод первого тиристора 14 соединен с катодом седьмого тиристора 26, управляющий электрод которого соединен с шестым выходом блока 16 управления, анод — с катодом третьего диода 10, анодом восьмого тиристора 27, управляющий электрод которого соединен с седьмым выходом блока 16 управления, катод — с анодом второго тиристора

17, катод которого соединен с катодом первого тиристора 14, соединенным с анодом четвертого диода 12 и через восьмой конденсатор 21 — с третьей выходной клеммой 3. Вторая обкладка третьего конденсатора 13 соединена с первой выходной клеммой 1, анод третьего диода 10 соединен с второй обкладкой первого конденсатора 7, а три выходные клеммы 1-3 соединены соответственно с первым, вторым, третьим входом блока 16 управления, управляющий электрод второго тиристора 17с восьмым выходом блока 16 управления.

Устройство работает следующим образом.

Для наглядности объяснения циклического изменения структурной схемы в процессе заряда конденсатора 6 отдельные временные интервалы иллюстрируются фрагментами схемы устройства (фиг. 3-11). Принцип работы этого многоконтурного устройства для заряда заключается в следующем.

Источником электрической энергии для заряда накопительного конденсатора служит трехфазный источник переменного тока, обмотки которого могут быть соединены по схеме треугольник.=. или звезда, напряжения на выходных клеммах 1-3 которого образуют трехфазную последовательность и сдвинуты друг относительно друга на 120 электрических градусов (фиг.2а).

Пусть в исходный момент времени линейное напряжение на клеммах 1 и 2 равно нулю и начинают возрастать по абсолютной величине, причем положительиый потенциал приложен к клемме

1405103

2. При этом линейные напряжения на клеммах 3 и 1, 2 и 3 равны по абсолютной величине, но линейное напряжение на клеммах 3 и 1 имеет отрицательс> ное, в клеммах 2 и 3 — положительное значение.

Конденсатор 7 (фиг.3) при увеличении напряжения по закону синуса через диод 8 заряжается (током, убывающим 10 по закону косинуса) до амплитуды линей— ного напряжения на клеммах 1 и 2.Этот заряд,цлится 90 эл. град. и заверша— ется в момент времени, когда линейное напряжение на клеммах 1 и 2 достигнет 15 своего амплитудного значения Б „.При этом диод 8 запирается и предотвращает разряд конденсатора 7 на источник.

Затем напряжение источника убывает по закону косинуса, при этом происхо- 20 дит изменение структуры системы заряда и суммарное напряжение конденсатора 7 и клемм 1 и 2 начинает возастать.

Г

Это напряжение прикладывается через диод 10 к конденсатору 11 (фиг,4а) и, так как напряжение источника убывает от максимального значения до нуля, ток заряда конденсатора 11 в начале возрастает по закону синуса и через 90. эл. град. от выбранного начала заряда достигает своего максимального — амплитудного значения (фиг. 4,б). Конденсатор 7 при этом разрядится, Напряжение источника в это время станет равным нулю, а затем изменяет свой знак и начинает возрастать по закону синуса. Ток заряда этого конденсатора, убывающий по закону косинуса, ограничивается 40 сопротивлением конденсатора 7, который в это время заряжается обратной полярностью (перезаряжается). Такая передача энергии источника в конденсатор 11 обеспечивает его заряд до 45 напряжения, достигающего в максимуме значения, равного 2Uù

После этого структура схемы устройства вновь изменяется, так как напряжением конденсатора 11 диод 10 50 запирается. Через 270 эл.град от выбранного начала отсчета напряжение источника (клемм 2 и 1) вновь начинает убывать по абсолютной величине по закону косинуса. Так как конденсатор 7 в процессе его перезаряда был заряжен

I до Пщ„, структура схемы устройства вновь изменяется — снова открывается диод 8 и протекает ток по цепи: клемма 1 — фазовые обмотки — клемма ? диод 8 — конденсатор 7 — клемма 1 (фиг. 3).

Конденсатор 7 возвращает энергию в источник током, изменяющими ся по закону синуса. Этот ток достигает своего максимального амплитудного значения через 90 эл. град, что соответствует 360 эл.град от выбранного начала отсчета. Конденсатор 7 вновь оказывается разряженным. Далее процессы в вентильно-конденсаторных ячейках (фиг. 3,4) повторяются циклически, поэтому ток источника имеет непрерывный характер и изменяется по гармоническому закону. В результате этого так называемая мощность искажений за период изменения тока равна нулю, что повышает коэффициент использования мощности источника.

В вентильно †конденсаторн ячейках, содержащих диод 9 и конденсатор

13, а также диод 12 и конденсатор 21, протекают физические процессы, аналогичные рассмотренным, но со сдвигом по фазе, равным 120 эл.град. (Цепи заряда конденсаторов этих ячеек показаны на фиг. 5 и 6).

В последующем происходит заряд конденсатора 13 под действием суммарного напряжения клемм 1 и 2; а также напряжений заряженных ранее конденсаторов 13 и 11 — через открытый тиристор 27 — при подаче сигнала на его управляющий электрод. При этом конденсатор 18 заряжается до учетверенного значения амплитуды линейного напряжения (фиг. 7). По окончании заряда конденсатора 18 тиристор 27 запирается естественным путем — самопогасает.

Аналогично конденсатор 15 (фиг.8) под действием суммарного напряжения

t клемм 1 и 3 и напряжения конденсаторов 7 и 21 через открытый тиристор

14 заряжается до учетверенного значения амплитуды линейного напряжения.

После того, как завершится заряд конденсатора 15 и тиристор 14 закроется (погаснет) естественным путем, блок 16 управления выдает сигнал на открытие тиристоров 23 и 26 и начинается заряд конденсатора 19 (фиг.9) суммарным напряжением клемм 2 и 1 и предварительно заряженных конденсаторов 11, 13 и 15 по цепи: клемма 2— конденсатор 11 — тиристор 26 — конденсатор. 15 — конденсатор 19 — тирисi4O51O3 тор 23 — конденсатор 13 - клемма 1.

При этом конденсатор 19 может быть ! заряженным до восьмикратного значения амплитуды линейного напряжения.

Со сдвигом по фазе блоком 16 уп( равления выдаются управляющие импульсы на тиристоры 17 и 25. После этого

Начинается процесс заряда конденсатора 20 (фиг. 10) по цепи: клемма 1 — 10 конденсатор 7 — тиристор 25 — конденсатор 20 — конденсатор 18 — тиристор

17 — конденсатор 21 — клемма 3. При этом к конденсатору 20 прикладывается суммарное напряжение заряженных ранее 15 конденсаторов 7, 18 и 21, а также клемм 1-3, Вследствие этого конденсатор 20 может быть заряженным до восьмикратного значения амплитуды линейного напряжения. 20

После завершения заряда конденсаторов 19 и 20 тиристоры 23, 26", 25 и

17 закрываются, а блок 16 управления подает сигналы .на открытие тиристоров

24 и 22, при этом вновь меняется структура зарядного контура (фиг. 11) и начинается заряд накопительного кон-! денсатора, подключенного к шинам 4 и

5 по цепи: клемма 2 — тиристор 22— конденсатор 19 - K e a 4 — накопи- 30 тельный конденсатор 6 — шина 5. — конденсатор 20 — тиристор 24 — клемма 2.

На накопительном конденсаторе суммиру-!

1 ется напряжение клемм 3 и 2 и конденсаторов 19 и 20 и он через большое число периодов окажется заряженным до

35 напряжения, значение которого в семнадцать раз превосходит амплитудное значение линейного напряжения источника. и 40

В этой схеме осуществляется "Мер,— ленный" >заряд емкостного накопителя электрической энергии. Поэтому емкость конденсаторов 7, 11 и 13, 21 должна быть меньше емкости конденсаторов 15 и 18, а их емкость меньше емкости: конденсаторов 19 и 20.

Принципиально это устройство может быть использовано и для так называемого "быстрого" заряда емкостного накопителя, т.е. для заряда за один или несколько периодов изменения тока трехфазного источника питания, Для более подробного рассмотрения электромагнитных процессов в устройстве рассмотрим работу этого устройства в режиме холостого хода, Если как и ранее принять, что в исходный момент времени линейное напряжение клемм 1 и 2 равно нулю и начинает возрастать по абсолютной величине, причем положительный потенциал приложен к клемме 2. При этом линейные напряжения на клеммах 3 и 1 — 3 равны по абсолютной величине, нолинейное напряжение на клеммах 3 и имеет отрицательное, а на клеммах 2 и 3 — положительное значение.

Через 90 эл.град под действием приложенного линейного напряжения клемм 1 и 2 через диод 8 по цепи клемма 2 — диод 8 — конденсатбр 7— клемма 1 до линейного напряжения зарядится конденсатор 7.

Через 90 эл. град, когда линейное напряжение клемм 1 и 2 начинает убы- вать, а суммарное напряжение клемм 1 и. 2 и конденсатора 7 возрастать, изменяется структура устройства и начинается заряд конденсатора 11 по .цепи клемма 1 — конденсатор 7 — диод 10— конденсатор 11 — клемма 2. Заряд конденсатора 11 длится 180 эл.град. и заканчивается, через 270 эл.град от начала отсчета. При этом конденсатор

11 заряжается до напряжения, равного

2 U n.

Через 120 эл.град. от начала отсчета под действием линейного напряжения клемм 1 и 3 начинается заряд конденсатора 13 по цепи клемма 1 — конденсатор 13 — диод 9 — клемма 3.

За четверть периода, т.е. через

210 эл.град. от начала отсчета, конденсатор 13 окажется заряженным до линейного напряжения клемм 1-3.

Через 210 эл.град, когда линейное напряжение клемм 1 и 3 начинает убывать, а суммарное напряжение клемм 1 и 3 и конденсатора 13 возрастать,изменяется структура устройства и начинается заряд конденсатора 21 по цепи клемма 3 — конденсатор 21 — диод

12 — конденсатор 13 — клемма 1 ° Заряд конденсатора 21 длится 180 эл. град и заканчивается через 390 эл.град от начала отсчета. При этом конденсатор

21 зарядится до напряжения 2 У

Через 360 эл.град от начала отсчета продолжаются циклически процессы заряда первой вентильно-конденсаторной ячейки. Кроме того, от блока 16 управления подается отпирающий импульс на тиристор 27 (фиг. 2б); снова изменяется структура устройства и начинается заряд конденсатора 18 по цепи клемма 2 — конденсатор 11 — ти14051 ристор 27 — конденсатор 18 — конденсатор 13 — клемма 1. Конденсатор (8 при этом зарядится до напряжения 4 U тл так как на нем происходит алгебраи5 ческое суммирование напряжения клемм

1 и 2 и конденсаторов 11 и 13.

По мере заряда конденсатора 18 ток через него уменьшается и, когда он становится меньше тока удержания 10 тиристора, последний закрывается. Это произойдет через 450 эл.град от начала отсчета.

Через 480 эл.град. от-начала отсчета продолжаются циклические процессы заряда третьей вентильно-конденсаторной ячейки. Кроме того, с блока 16 управления подается отпирающий импульс на тиристор 14, при этом изменяется структура устройства и начи- 20 нается заряд дозирующего кондЕнсатора

15 по цепи клемма 1 — конденсатор 7— конденсатор 15 - тиристор 14 — конденсатор 21 — клемма 3. Конденсатор 15 зарядится до напряжения 4 П „ так как 25 на нем происходит алгебраическое суммирование напряжений клемм 1 и 3 и конденсаторов 7 .и 21.. Закрытие тиристора происходит естественным путем через 570 эл.град. от начала отсчета. 30

Через 720 эл.град от начала отсчета блок 16 управления подает импульсы на тиристоры 23 и 26 изменяется структура устройства и начинается заряд конденсатора 19 по цепи клемма 2 -35 конденсатор 11 вЂ, тиристор 26 — конденсатор 15 — конденсатор 19 — тиристор 23 — конденсатор 13 — клемма 1.

Конденсатор 19 зарядится до напряжения 8 U, так как на нем происходит 40 ел суммирование напряжений клемм 2 и 1 и конденсаторов !1, 13 и 15, Закрытие тиристоров происходит естественным путем.

Через 840 эл.град от начала отсче- 45 та блок 16 управления подает отпирающие импульсы на тиристоры 25 и 17 и начинается заряд конденсатора 20 по цепи клемма 1 — конденсатор 7 — тиристор 25 — конденсатор 20 — конденсатор 18 — тиристор 17 - конденсатор .

21 — клемма 3. Конденсатор 20 зарядится до напряжения 8 U так как на нем происходит суммирование напряжений клемм 1 и 3 и конденсаторов 7 21 и

18. Закрытие этих тиристоров также происходит естественным путем.

Через 960 эл.град от начала отсчета блок 16 управления подает отпираю03 8 щие импульсы на тиристоры 24 и 22 и начинается заряд накопительного конденсатора 6 по цепи клемма 3 — тиристор 22 — конденсатор 9 — шина 4 — накопительный конденсатор 6 — шина 5 конденсатор 20 — тиристор 24 — клемма 2. К накопительному конденсатору будет приложено напряжение 17 П, так ел как на нем происходит суммирование напряжений клемм 3 и 2 и конденсаторов

19 и 20. Закрытие тиристоров 24 и .22.. происходит естественным путем, когда ток заряда накопительного конденсатора станет меньше тока удержания этих тиристоров-.

Так как емкость накопительного конденсатора 6 намного больше емкости конденсаторов 19 и 20, то за один цикл напряжение на накопительном конденсаторе возрастает незначительно, а полный заряд его происходит за большое число периодов изменения напряжения источника. Поэтому далее все процессы при установившемся режиме заряда будут в течении каждого периода повторяться циклически и накопительный конденсатор 6 за много периодов зарядится до напряжения, в пределе равного 17 U>„èëè 28 Б где U „— амплитуда фазового напряжения.

Формула изобретения

Устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее источник переменного тока с тремя выходными клеммами, первую и вторую выходные шины, подключенные к накопительному конденсатору, первый конденсатор,первая обкладка которого соединена с пер-. вой выходной клеммой, а вторая обкладка через первый диод — с второй выходной клеммой, второй диод, катод которого соединен с третьей выходной клеммой, третий диод, катод которого соединен через второй конденсатор с второй выходной клеммой, четвертый диод, катод которого соединен с первой обкладкой третьего конденсатора, первый тиристор, анод которого соединен с первой обкладкой четвертого . конденсатора,. а управляющий электрод— с первым выходом блока управления, второй тиристор, анод которого соединен с первой обкладкой пятого конденсатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения удельных энер1405103 гетических показателей эа счет унелиI чепия скорости передачи энергии в накопительный конденсатор, в него введены с шестого по восьмой конденсаторы,,с третьего по восьмой тиристоры, причем шестой конденсатор вклю чен между первой выходной шиной и

; обьединенными анодом и катодом третьI его и четвертого тиристоров, управляющие электроды которых подключены соответственно к вторым и третьим выходам блока управления, анод третьего тиристора соединен с катодом второго диода, а катод четвертого тиристора — с катодом четвертого и анодом втором диодов, второй обкладкой пято— го конденсатора, второй выходной шиной.и через седьмой конденсатор — с объединенными катодом и анодом пятого и шестого тиристоров, управляющие электроды которых соединены с четвертым и пятым выходами блока управления, катод пятого тиристора соединен !

: с второй выходной клеммой, анод шес;, того — с второй обкладкой первого конденсатора, анодом третьего диода, с первой выходной шиной, второй обкладкой четвертого конденсатора, анод первого тиристора соединен с катодом седьмого тиристора, управляющий электрод которого соединен с шестым выходом блока управления, анод — с катодом третьего диода, анодом восьмого тиристора, управляющий электрод кото» рого соединен с седьмым выходом блока управления, катод — с анодом второго тиристора, катод которого соединен с катодом первого тиристора, соединенным с анодом четвертого диода и через восьмой конденсатор — с третьей выходной клеммой, вторая обкладка третьего конденсатора соединена с первой выходной клеммой, анод третьего диода— щ с второй обкладкой первого конденсатора, а три выходные клеммы — соответственно с первым, вторым и третьим входами блока управления, управляющий электрод второго тиристора25 с восьмым выхпдом блока управления.

1405103

ZUmn

mn

Риг. я

Zf

Й/тл

12

Фиг.У