Устройство для зарядки накопительного конденсатора

 

Изобретение относится к импульсной технике и наиболее эффективно может быть использовано для зарядки высоковольтных накопительных конденсаторов в импульсных источниках питания . Целью изобретения является повышение надежности устройства путем предотвращения сквозных токов через тиристоры и ограничения выходного напряжения . Устройство содержит источник 1 питания, блок 2 управления, первый и второй дозирующие конденсаторы 3,4, первый и второй диоды 5, 6, первый, второй зарядные и первый, второй разрядные тиристоры 7 - 10, первый зарядный и первый разрядный дроссели 11 и 12, трансформатор 13, выпрямитель 14, накопительный конденсатор 15, резистор 16, второй зарядный и второй разрядный дроссели 17, 18. 3 ил.

. СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЛИН. 0% Ot) А1 (51)5 Н 03 К 3 53

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4626868/21 (22) 27.12.88 (46) 30.05.91. Бюп. У 20. (72) К.Г. Белов (53) 629.373(088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ВРИ ГННТ СССР (56) Авторское свидетельство СССР

9 955515, кл. Н 03 К 3/53, 1981.

Патент США Р 4506196, кл. Н 02 М 7/515, 1985.

Авторское свидетельство СССР

У 1274125, кл. Н 03 К 3/53, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДКИ НАКОПИТЕЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРА (57) Изобретение относится к импульсной технике и наиболее эффективна г

2 может быть использовано для зарядки высоковольтных накопительных конденсаторов в импульсных источниках питания. Целью изобретения является повышение надежности устройства путем пре( дотвращения сквозных токов через тиристоры и ограничения выходного напряжения. Устройство содержит источник

1 питания, блок 2 управления, первый и второй дозирующие конденсаторы 3,4, первый и второй диоды 5, 6, первый, второй зарядные и первый, второй разрядные тиристоры 7 - 10, первый зарядный и первый разрядный дроссели 11 и 12, трансформатор 13, выпрямитель

1ч, накопительный конденсатор 15, резистор 16, второй зарядный и второй разрядный дроссели 17, 18. 3 ил.

165 139

Изобретение относится к импульсной технике и наиболее эффективно может . быть использовано для зарядки высоковольтных накопительных конденсаторов

В импульснЫх источниках питания.

Цель изобретения - повышение надежности устройства путем,предотвращения сквозных токов через тиристоры

И ограничения выходного напряжения.

На фиг. 1 представлена схема устРойстна для зарядки накопительного конденсатора; на фиг. 2 — схема блока упргвпения; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы 15 устройства.

Устройство содержит источник 1 питания, блок 2 управления, первый и второй дозирующие конденсаторы 3 и 4, первый и второй диоды 5 и 6, первый, 20 второй зарядные и первый, второй разрядные тиристоры 7 — 10, управляющими электродами соединенные с первым, вторым, третьим, четвертым входами блока управления, первый зарядный и 25 первый разрядный дроссели 11 и 12, сигнальными обмоткаьы соединенные с блоком управления, трансформатор 13,,вторичная обмотка которого через выпрямитель 14 соединена с накопительным Зп конденсатором 15, минусовая клемма источника питания соединена с анодом первого диода 5, катод.котарого соединен с первой обкладкой первого дози- . .рующего конденсатора 3 анод второ- . 35 го диода 6 соединен с первой обкладкой второго дозирующего конденсатора

4, резистор 16, подключенный параллельно второму зарядному тиристору

8, второй зарядный и второй разряд- 40 .ный дроссели 17 и 18, имеющие сигнальWe обмотки, соединенные с входами блока управления, средняя точка ис- . точника питания соединена с вторыми обкладками дозирующих конденсаторов

3,4 и через первичную обмотку. трансформатора 13 - с первыми выводами разрядных дросселей 11 и 18, а их вто- рые выводы соединены соответственно с катодом первого и анодом второго разрядных тиристоров 9 и 10, анод перного зарядного тиристора 7 соединен с плюсовой клеммой источника питания и катодом второго диода 6, катодом первый зарядный тиристор 7 соединен через первый зарядный дроссель 11 с анодом первого разрядного тиристора

9 и катодом первого диода 5, второй зарядный тиристор 8 анодом подключен через второй зарядный дроссель 17 к аноду первого диода 5 и катоду второго разрядного тиристора 10, катод второго зарядного тиристора 8 соединен с анодом первого диода 5.

Блок управления содержит порого; вые элементы 19 — 22, входы которых соединены с входами блока управления, а выходы — с первыми входами триггеров 23 — 26, выходы триггеров 23, 24 подключены к первому и второму входам первой схемы И 27, а триггеров 25

26 - к входам второй схемы И 28, выход второй схемы И 28 через первый одновибратор 29 и первый формирователь 30 импульсов соединен с вторым и третьим выходами блока управления, а выход первой схемы И 27 через второй одновибратор 31, третью .схему

И 32 и второй формирователь 33 импульсов соединен e первым и четвертым выходами блока 2 управления, выход второго одновибратора 31 соединен с первым входом триггера 34, второй вход третьей схемы И 32 соединен с выходом четвертой схемы И 35, первый вход которой соединен с выходом триггера

34, а второй вход — с вторым входом триггера 34 и клеммой входа управления зарядным процессом.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии доэирующий конденсатор 4 заряжен через резистор

16 и обмотку зарядного дросселя 17 до напряжения -0;„ равного напряжению на минусовой клемме источника 1 питания относительно его средней точ-, ки. Напряжение на дозирующем конденсаторе 3 равно нулю..Триггер 34 блока 2 управления установлен в единичное состояние, а на выходах одновибраторов 29, 31 присутствует низкий уровень напряжения. При этом разрешается прохождение сигнала через логические схемы И 32 и 35 на вход формирователя 33 импульсов. При появлении в момент г. положительного пе1 репада напряжения на входе блока 2 управления (фиг. За) формирователь 33 импульсов вырабатывает импульсы, открывающие первый зарядный 7 и второй разрядный 10 тиристоры (фиг. Зв). Одновременно формирователь 33 импульсов устанавливает триггеры 23 — 26 в нулевое состояние. В момент t{ начинается зарядка дозирующего конденсатора 3 через обмотку зарядного дросселя

5 1ЫЗ1

11 и разрядка дозирующего конденсатора

4 через первичную обмотку трансформатора 13 и обмотку разрядного дросселя 18, Оба процесса зарядки и разрядки дозирующих конденсаторов 3 и 4

5 имеют колебательный характер в нормальном режиме работы. Ток через дроссели 11 и 18 имеет вид полуволны синусоиды, а напряжение на обмотках 10 дросселей 11, 18 и соответственно на сигнальных обмотках имеет вид полу волны косинусоиды (фиг. Зг). Такая форма импульса напряжения на обмотках дросселей 11 и 18, имеющая крутые передний и задний фронты с переходом полярности напряжения через нуль, связана с колебательным характером процессов в зарядном и разрядном контурах и используется в блоке 2 уп- 20 равления для выработки сигналов управления тиристорами 7 — 10, Колебательный характер процессов зарядки и разрядки дозирующих конденсаторов 3 и 8 обеспечивает естественное запира- 25 ние зарядных и разрядных тиристоров

7 — 1О и минимальные динамические потери в них. При разрядке дозирующего конденсатора 4 часть запасенной в нем энергии передается через трансформа- 30 тор 13 и выпрямитель 14 в накопительный конденсатор 15, другая часть энергии, перекачанная в дроссель 18, возвращается в дозирующий конденсатор 4, перезаряжая его до остаточного напря- 35 женин U . При этом в первом цикле разрядки дозирующего конденсатора 4 остаточное напряжение на нем не превышает по абсолютной величине напряжение на плюсовой шине источника 1 40 питания и ток через диод 6 не протекает. Напряжения с сигнальных обмоток разрядных дросселей 11 и 18 поступают на входы соответствующих пороговых элементов 21 и 22 олока 2 управления. М момент t, когда напряжение на разрядном дросселе 18,.изменив полярность, достигнет заданного значения (фиг. Зг), срабатывает пороговый элемент 21 (фиг. Зд). В момент колебательный процесс разрядки доэирукщего конденсатора 4 заканчивается и пороговый элемент 21 возвращается в исходное состояние, формируя прямоугопьньы импульс, задним фронтом которого триггер 25 переводится в единичное состояние (фиг. 3e). Триггер

25 разрешает прохождение сигнала через схему И 28. Если процесс зарядки

39 6 дозирующего конденсатора 3 заканчивается позже, например, в момент е тогда пороговый элемент 22 и триггер

2б, срабатывая аналогично описанному, запускает. через схему И 28 отрицательным перепадом напряжения одновибратор 29 (фиг. Зж). Задним фронтом импульса одновибратора 29 в момент запускается формирователь 30 импульсов (фиг. Зи), который вырабатывает импульсы, открывающие второй зарядный 8 и первый раэрядныи 9 тиристоры. Длительность импульса одновибратара 29 выбирается достаточной для оаеспечения запирания тиристоров 7 и

1О с момента t до момента t от- крывания тиристоров 8 и 9. При открывании тнристора 8 дозирующий конденсатор 4 заряжается через основную обмотку зарядного дросселя 17 до нагряжения U, которое без учета потерь определяется выражением

"а = 2U„+ "опт где U — напряжение на минусовой шип не источника 1 питания относительна средней точки

Б — остаточное напряжение на дозирующем конденсаторе 4, имеющее положительную полярность относительно средней точки.

При открывании тиристора 9 дозирующий конденсатор 3 разряжается через обмотку дросселя 12 и первичную обмотку трансформатора 13. Часть энергии дазирующего конденсатора 3 передается в накопительный конденсатор 15 а часть, перекачанная в дроссель 12, возвращается в дозирующий конденсатор

3, перезаряжая его. Емкость дозирующих конденсаторов 3, 4 выбирается так, чтобы энергия, передаваемая в накопительный конденсатор. 15 при каждой их разрядке, была не менее, чем на два порядка меньше требуемого конечного значения энергии накопительного конденсатора 15 при его зарядке. Таким образом, при каждой разрядке дозируюшего . конденсатора 3,4 напряжение на накопительном конденсаторе 15 изменяется незначительно. Когда напряжение перезарядки дозирующего конденсатора ,3 достигнет величины Uä, равной напряжению на минусовой шине источника 1 питания, открывается диод 5 и ток основной обмотки 12 дросселя протека165 139 ет в дальнейшем по цепи: первичная обмотка трансформатора 13, средняя точка источгшка 1 питания, минусовая шина источника 1 питания, диод 5, тиристор 9. При этом напряжение на обмотке дросселя 12 равно сумме напряжений на первичной обмотке трансформатора 13 и минусовой шине источника 1 питания и практически не меняется, что1О соответствует плоской части вершины импульса напряжения на сигнальной обмотке дросселя 12 (фиг. 3K). Ток напряжение U g и индуктивность L дросселя связаны выражением, 15

d1

U = L (6 и

Таким образом, при неизменном напряжении на обмотке дросселя 1? ток в ней спадает линейно до нуля к моменту времени t< (фиг, Зк), а остаточное напряжение на дозирующем конденсаторе 3 равно величине напряжения бг, на минусовой шине источника 1 питания. К моменту колебательная зарядка дозирующего конденсатора 4 закончена, пороговый элемент 20 блока

2 управления вырабатывает импульс, Задним Фронтом которого триггер 24 пе-ЗО реводится в единичное состояние, разрешая прохождение сигнала через схему 27. При нормальном режиме работы напряжение на сигнальной обмотке дросселя 12 достигает порога срабатывания 35 элемента 19, который возвращается:в исходное состояние в момент t< переводя триггер 23 в единичное состояние. Перепадом напряжения триггера 23 через схему 27 запускается одновибратор 31 (фиг. Зл). Задним фронтом импульса одновибратара 31 в момент запускается формирователь 33 (фиг.Зв), который возвращает триггеры 23 — 26 (фиг. Зе) в исходное состояние и выра- батывает импульс открывания тиристоров

7 и 9. Длительность импульса одновибратора 31 выбирается достаточной для закрывания тиристоров 8,9 после спада тока тиристора 9 до нуля. Далее цикл 5Î работы устройства повторяется.

При достижении заданной величины напряжения на накопительном конденсаторе 15 в момент t на входе управб ления зарядкой конденсатора блока 2 управления появляется отрицательный перепад напряжения (фиг. За), при этом триггер 34 устанавливается в нулевое состаячие и блокирует прохождение сигналов управлени»г зарядкой конденсатора на формирователь 33 до момента t, (фиг. 3a), когда сработают элемейты 19, 20, 23, 24, 27, 31 и становят триггер 34 в исходное состояние. В момент t< элементы устройства устанавливаются в исходное состояние, и устройство готово к следующему циклу зарядки накопительного конденсатора 15. Триггер 34 предотвращает повторное отпирание тиристоров 7, 10 до момента закрытия тиристаров 8 и 9. Контролирование характерной для колебательного процесса формы напряжения на дросселях зарядного и разрядного контуров дозирующих конденсаторов 3, 4 осуществляется с помощью сигнальных обмоток дросселей 11, 12, 17 и 18, подключенных к пороговым элементам блока управления. Помимо предотвращения сквозных токов через тиристоры блок 2 управления позволяет ограничить максимальное напряжение на первичной обмотке трансформатора 13 и, тем самым, ис- ключить возможные перенапряжения на накопительном конденсаторе.

При превышении максимально допустимого напряжения на первичной обмотке трансформатора 13 напряжения на сигнальной обмотке дросселя 12 или 17 оказывается недостаточным для срабатывания соответствующих пороговых элементов блока управления, отпирающие сигналы тиристоров не вырабатываются и. устройство прекращает работу.

Формула изобретения

Устройство для зарядки накопительного конденсатора, содержащее источник питания, блок управления, первый и второй дозиругощие конденсаторы, первый и второй диоды, первый и второй зарядные и первый и второй разрядные тиристоры, управляющие электроды которых соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока управления, первый зарядный и первый разрядный дроссели, трансформатор, вторичная обмотка которого через выпрямитель подключена к накопительному конденсатору, ггинусовая клемма источника питания соединена с анодом первого диода, катод которого соединен с первой обкладкой первого до1653 139 дозирующего конденсатора, анод второго диода соединен с первой обкладкой второго дозирующего конденсатора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

5 повышения надежности устройства путем предотвращения сквозных токов через тиристоры и ограничения выходного напряжения, введены резистор, вторые за,рядный и разрядный дроссели, имеющие сигнальные обмотки, соединенные соответственно с первым и вторым входами блока управления, сигнальные обмотки первых зарядного и разрядного дросселей соединены соответственно с тре- 15 тьим и четвертым входами блока управления, истсчник питания выполнен со .средней точкой, соединенной с вторыми обкладками первого и второго дозиру« ющнх конденсаторов и через первичную обмотку трансформатора с первыми выводами первого и второго разрядных дросселей, а их вторые выводы соединены соответственно с катодом первого и анодом второго разрядных тиристоров, первый зарядный тиристор анодом соединен с плюсовой клеммой источника питания и катодом второго диода, катодом первый зарядный тиристор через первый зарядный дроссель соединен с анодом первого разрядного тиристора и катодом первого диода, второй зарядный тиристор с параллельно ему подключенным резистором анодом подключен через второй зарядный дроссель к аноду первого диода и катоду второго разрядного тиристора, катод второго зарядного тиристора соединен с анодом первого диода.

1653139

Составитель А. Петров

Техред М.Дидык Корректор М. Самборска.

Редактор М. Келемеш

Заказ 1780

Тираж 483

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10