Система заряда накопительного конденсатора

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например , в генераторах линейных импульсов. Цель изобретения - увеличение скорости передачи энергии источника трехфазного напряжения в нагрузку. Устройство содержит шины 1-3 источника трехфазного напряжения , конденсаторы 4, 7, 10, диоды 5, 6, 8, 9 и линейный дроссель 11, Введение в известное устройство новых функциональных связей позволяет расширить угловую длительность импульсоатока отдельных фаз источника и параметрически увеличить выходное напряжение системы в целом, обеспечивая увеличение скорости передачи энергии источника в накопительный конденсатор , в результате чего улучшаются удельные энергетические показатели системы . 9 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (л)5 Н 03 К 3/53

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ll0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4618687/21 (22) 12.12,88 (46) 15.09.91. Бюл. М 34 (72) А.Г.Николаев и С.Ф.Заграничный (53) 621.374 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 790143, кл. Н 03 К 3/53, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 323853, кл. Н 03 К 3/53, 1972. (54) СИСТЕМА ЗАРЯДА НАКОПИТЕЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРА (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в генераторах линейных импульсов.

Цель изобретения — увеличение скорости

„„Я3 „„1677848 А1 передачи энергии источника трехфазного напряжения в нагрузку. Устройство содержит шины 1-3 источника трехфазного напряжения, конденсаторы 4, 7, 10, диоды 5, 6, 8, 9 и линейный дроссель 11, Введение в известное устройство новых функциональных связей позволяет расширить угловую длительность импульсов тока отдельных фаз источника и параметрически увеличить выходное напряжение системы в целом, обеспечивая увеличение скорости передачи энергии источника в накопительный конденсатор, в результате чего улучшаются удельные энергетические показатели системы. 9 ил.

167i7848

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в генераторах линейных импульсов, Целью изобретения является увеличение скорости передачи энергии источника трехфазного напряжения в нагрузку, На фиг.1 приведена структурная электрическая схема системы; на фиг, 2.3 — эпюры напряжений на шинах 1-3; на фиг. 4-9— фрагменты схемы системы.

Система заряда накопительного конденсатора содержит первую, вторую, третью шины 1-3 источника трехфазного напряжения, первый конденсатор 4, первая обкладка которого подключена к первой шине 1 источника трехфазного напряжения, вторая обкладка — к аноду первого диода 5, катоду второго диода 6, анод которого соединен с первой обкладкой второго конденсатора 7 и анодом третьего диода 8, катод которого соединен с анодом четвертого диода 9, с первой обкладкой третьего конденсатора 10, вторая обкладка которого соединена с второй шиной 2 источника трехфазного напряжения, катод четвертого диода 9 и катод второго диода 5 соединен с первым выводом линейного дросселя 11, второй вывод линейного дросселя 1.1 соединен с третьей шиной 3 трехфазного источ. ника переменного напряжения, а первый вывод линейного дросселя 11 — с второй обкладкой второго конденсатора 7. причем емкостное сопротивление первого и третьего-конденсаторов 4, 10 на частоте источника трехфазного напряжения не менее чем вдвое превышает индуктивное сопротивление линейного дросселя 11.

Система работает следующим образом, Данная система заряда накопительного конденсатора (СЗНК) является существенно нелинейной, и процессы в ней описываются трансцендентными уравнениями. При рассмотрении работы СЗН К в целях упрощения рассмотрим вначале процессы в момент начала ее работы, когда сопротивление конденсатора 7 равно нулю и выход системы оказывается практически замкнутым накоротко, Будем считать, что напряжения источника образуют прямую последовательность чередования фаз, т.е, напряжения фаз 2-1, 1-3 и 3-2 сдвинуты на 120 эл,град, (фиг.2), и их мгновенные значения 0 -t, 01-з и 0з-2 изменяются, как показано на фиг.3.

В указанной системе линейный дроссель 11 обеспечивает резонансные процессы заряда и разряда конденсаторов 4 и 10, заряжаемых и разряжаемых с соответствующим сдвигом по фазе, При заряде конденсатора 7 в этих контурах осуществляется так

55 называемый затухающий резонанс, который обусловлен резонансным зарядом с перезарядом и в начале каждого зарядного цикла с последующим уменьшением тока и напряжения на конденсаторах 4, 10 по мере роста напряжения на обкладках конденсатора 7.

Рассматривая токи в соответствующей линии источника, необходимо учитывать, что в любой момент времени ток на выходе этой линии в одну и ту же нагрузку создается всеми тремя фаэными обмотками источника.

Ток трехфазного источника питания (ТИПТ) в этой системе по сути является суммой двух ToKpB: фазного (проводимого одной фазовой обмоткой источника) и линейного (проводимого двумя другими фазовыми обмотками источника); так как сопротивление источника фазовому току вдвое меньше сопротивления линейному току, линейный ток в два раза меньше фаз- ного, а суммарный ток в 1,5 раза превышает значение фазного тока.

Конденсаторы 4 и 10, связанные своими обкладками через шины 1 и 2 ТИПТ, циклически заряжаются и разряжаются по соответствующим каналам (электрическим цепям), обеспечивая проведение тока источника в конденсатор 7. По мере заряда напряжение на его обкладках (определяемое интегралом зарядного тока) увеличивается и по достижении заданного значения напряжения накопителя происходит его разряд во внешнюю цепь. Если необходимо разряд конденсатора 7 производить при напряжении, меньшем максимального зарядного напряжения (равного удвоенному линейному напряжению ТИПТ), то процесс заряда может быть прерван принудительно. например, путем использования,в качестве диодов 9 и 5 тиристоров, По окончании разряда конденсатора 7 во внешнюю цепь осуществляется следующий зарядный цикл.

На схемах фиг. 4-10 показаны фрагменты СЗНК, иллюстрирующие токи в системе в различные промежутки времени (четверти периода изменения напряжений фаз), при которых происходит возрастание фазных токов по абсолютной величине в каждой фазе (линии), Эти фрагменты соответствуют периодам времени нарастания напряжений каждой из фаз от нулевых до максимальных (амплитудных) значений: для шины 2 — первый период 0-90 эл.град, (фиг,4) и период

180-270 эл. град, (фиг.5); для шины 1 — третий период 60-150 эл,град, (фиг.б) и период 240330 эл,град, (фиг.7); для шины 3 — второй период 120-210 эл,град. (фиг.В) и период

1677848

300-390 (30) эл,град. (фиг.9). На схемах фиг.

4-9 стрелками показаны направления линейных (i ) и фазных (1ф) токов источника, а внутри окружностей, иллюстрирующих фазные обмотки, полярности соответствующих фазных напряжений. Пунктиром обозначены полярности фазных напряжений в случае их изменения за рассматриваемый промежуток времени (четверть периода изменения напряжения фаэ).

Так как линейный ток проводится под действием линейного напряжения (на фиг. 4 — ток по цепи: шины 2-3-1), а это линейное напряжение в треугольнике, являющееся геометрической суммой напряжений шин 23 и шин 3-1, в любой момент времени равно фазному напряжению шин 2-1, то линейный ток направлен в ту же сторону, что и фазный, будем считать, что заряд конденсатора

7 начинается с нулевого отсчета времени при напряжении Uz-< = О, которое возрастает по абсолютной величине, как показано на диаграмме фиг. 3.

На фиг. 4 сплошной линией показан ток заряда l3 конденсатора 7. (в 1,5 раза превышающий фаэный ток 1ф), Величина этого тока ограничена сопротивлением дозирующих конденсаторов 10 и 4, которые заряжаются вполярности,,показанной знаками на фиг, 4 под обозначениями этих конденсаторов.Линейный ток lл (создаваемый напряжением шин 2-3-1), имея ту же полярность, по существу ускоряет процесс заряда накопителя, Процесс заряда накопителя по данному контуру завершается в момент времени, соответствующий достижению напряжением фазы на шине2-1 максимального(амплитудного) значения, т.е. спустя 90 эл.град. от выбранного начала отсчета времени.

Так как напряжения фаз на шинах 1-3 и шинах 3-2 имеют знаки, соответствующие диаграммам на фиг. 3, то по контурам: шины

1, 3, дроссель 11, конденсатор 7, диод 6, конденсатор 4; шины 1, 2, 3 дроссель 11, конденсатор 7, диод 6, конденсатор 4 — протекает ток заряда 1з, создаваемый фазным током шин 1-3 и линейным током шин 1-2-3; а по контурам: шины 2, 3, дроссель 11, конденсатор 7, диод 8, конденсатор 10,шина 2; шины 2, 1, 3, дроссель 11, конденсатор

7, диод 8, конденсатор 10, шина 2 — ток заряда 1з конденсатора 10, создаваемый фазным током шин 2-3 и линейным током шин 2-1-3, Под действием токов 1з и 1з (на фиг. 4 показаны пунктиром) конденсаторы

4, 10 заряжаются s полярностях, показанных в скобках над их изображениями. Токи

1з и 1з ускоряют процесс заряда конденсатора 7, Всвязи с тем,,что напряжение шин 1-3 спустя 60 эл.град. от выбранного начала отсчета времени изменяет свой знак на противоположный, в этот момент начинается

5 разряд конденсатора 4 током 1з (на фиг. 4— штрихпунктиром), который заряжает конденсатор 4 полярности, указанной на фиг. 4.

Через 180 эл.град, от выбранного начала отсчета напряжение шин 2-1 меняет по10 лярность на противоположную (фиг. 3 и 5), и происходит заряд конденсатора 7 током 1з (показан сплошной лйнией на фиг. 5), Величина этого тока ограничена сопротивлением конденсаторов 4 и 10, которые заряжаются

15 в полярности, показанной знаками на фиг, 5 под изображениями этих конденсаторов.

Ток 1з в 1,5 раза превышает фазный ток 1ф.

Линейный ток i> (создаваемый напряжением шин 1-3-2), имея ту же полярность, по

20 существу ускоряет процесс заряда накопителя. Процесс заряда накопителя по данному контуру завершается в момент времени, соответствующий достижению напряжением фазы шин 2-1 максимального (амплитуд25 ного) значения, т.е. спустя 270 эл,град. от

50 выбранного начала отсчета времени.

Так как напряжения шин 1-3 и 3- имеют знаки, соответствующие диаграммам на фиг, 3, то по контурам; шины 3, 1, конденсатор 4, диод 5, дроссель 11, шина 3. шина 3, 2, 1, конденсатор 4, диод 8, дроссель 11, шина 3 — протекает ток заряда i, конденсатора 4, создаваемый фазным током шин 3, 1 и линейным током шин 3-2-1, а по контурам; шины 3, 2, конденсатор 10, диод 9, дроссель

11. шина 3; шины 3, 1, 2, конденсатор 10, диод 7, дроссель 11, шина 3 — ток заряда 1З, (/ конденсатора 10, создаваемый фазным током шин 3, 2, 1 и линейным током шин 3, 1, 2. Под действием токов 1 и i> (на фиг. 5 показаны пунктиром) конденсаторы 4, 10 заряжаются в полярностях, показанных в скобках над изображением конденсаторов.

В связи с тем, что напряжение шин 1-3 спустя 240 эл. град, от выбранного начала отсчета времени изменяет свой знак на противоположный, в этот момент начинается разряд конденсатора 4 током i,. изображенным на фиг. 5 штрихпунктиром. Этот ток проходит по контурам: шины 1, 3, дроссель

11, конденсатор 7. диод 6, конденсатор 4, шина 1; шины 1, 2, 3, дроссель 11, конденсатор 7, диод 6, конденатор 4, шина 1 — и заряжает конденсатор 4 в полярности, укаэанной (II под его иэображением. Ток 4 также увеличивает скорость заряда конденсатора 7, Продолжим рассмотрение многоконтурной системы заряда конденсатора 7 применительно к напряжению U< з, которое будет равно нулю по истечении 60 эл.град.

1677848

40 от выбранного начала отсчета времени, а затем возрастает по абсолютной величине, как показано на диаграмме фиг. 2.

На фиг. 6 сплошной линией показан ток заряда 4 конденсатора 4, проходящий по контурам: шины 3, 1, конденсатор 4, диод 5, дроссель 11, шины 3; шины 3, 2, 1, конденсатор 4, диод 5, дроссель 11, шина 3, Величина этого тока ограничена сопротивлением конденсатора 4, который заряжается в полярности, указанной знаками на фиг, б под изображением этого конденсатора, Процесс заряда конденсатора 4 поданному контуру завершается в момент времени, соответствующий достижению напряжением шин 1, 3 максимального (амплитудного1 значения, т.е, спустя 150 эл,град. от выбранного начала отсчета времени, Так как напряжения шин 3, 2 и 2, 1 имеют знаки, соответствующие диаграммам на фиг. 3, то по контурам: шины 2, 3, дроссель i1, конденсатор 7, диод 8, конденсатор 10, шина 2; шины 2, 1, 3, дроссель 11, конденсатор 7, длод 8, конденсатор 10,шина 2 — протекает ток заряда 4 конденсатора

10, создаваемый фазным током шлн 2, 3 и линейным током шин 2, 1, 3, а по контурам: шины 2, 1, конденсатор 4, диод 5, конденсатор 7, диод 8, конденсатор 10, шина 2; шины

2, 3, 1, коненсатор 4, диод 5, конденсатор 7, диод 8, конденсатор 10, шина 2 — ток заряда ,ы

i3 конденсаторов 10 и 4, создаваемый фазным током шин 2-1 и линейным током шин

2-3-1. Под действием 4 и i3 (на фиг. 6 показаны пунктиром) они заряжаются в полярностях, показанных под их изображением.

Токи i3 и 13 ускоряют процесс заряда конденсатора 7.

В связи с тем, что напряжение шин 3-2 спустя 120 эл.град. изменяет свой знак на противоположный, s этот момент начинается разряд конденсатора 10 током 4, изображенн ым на фиг, 6 штрихпунктиром; этот ток проходит по контурам: шины 3, 2, конденсатор 10, диод 9, дроссель 11, шина 3; шины 3, 1, 2, конденсатор 10, диод 9. дроссель 11, шина 3 — и заряжает конденсатор 10 в полярности, указанной в скобках над конденсаторами, Через 240 эл.град. от выбранного начала отсчета напряжение шин 1, 3 меняет полярность на противоположную (фиг. 3 и 7) и происходит заряд конденсатора 7 током ia (показан сплошной линией на фиг. 7), проходящим по контурам: шины 1, 3, дроссель 11, конденсатор 7, диод 6, конденсатор 4,шина

1; шины 1, 2, 3, дроссель 11, конденсатор 7, диод 6, конденсатор 4,шина 1.

Величина этого тока ограничена сопротивлением конденсатора 4, который заря5

10 5

35 жается в полярности, указанной знаками на фиг. 7 под его обозначением, Процесс заряда конденсатора 7 по данному контуру завершается в момент времени, соответствующий достижению напряжением шин 1-3 максимального (амплитудного) значения, т,е. спустя 330 эл,град. от выбранного начала отсчета времени.

Та:, как напряжения фаз на шинах 3, 2 и

2, 1 имеют знаки, соответствующие диаграммам на фиг. 3, то по контурам . шины 3, 2, конденсатор 10, диод 9, дроссель 11, шина 3; шины 3, 1, 2, конденсатор 10, диод 9, дроссель 11 шина 3 — протекает ток заряда

I3, создаваемый фазным током шин 3-2 и линейным током шин 3, 1, 2, а по контурам: шины 1, 2, конденсатор 10, диод 9, конденсатор 7, диод б, конденсатор 4, шина 1; шины 1, 3, 2, конденсатор 10, диод 9, конденсатор 7, диод 6, конденсатор 4, шина 1— ток заряда .- „создаваемый фазным током шин 1-2 и линейнь;м током шин 1, 3, 2. Под действием токов з и i3 (на фиг, 7 показаны пунктиром) конденсаторы 10 и 4 заряжаются в полярностях, указанных под их иэображением.

В связи с тем, что напряжение шин 3, 2 спустя 300 эл.град. изменяет свой знак на противположный, в этот момент начинается разряд конденсатора 10 током i3, изображенным на фиг. 7 штрихпунктиром. Этот ток заряжает конденсатор 10 в полярности, указанной в скобках над его изображением. .И .1!

Токи 4 и 4 ускоряют процесс заряда конденсатора 7.

Завершим рассмотрение многоконтурной системы заряда конденсатора 7 применительно к напряжению Оз-2, которое будет равно нулю по истечении 120 эл.град. от выбранного начала отсчета времени, а затем возрастает по абсолютной величине, как показано на диаграмме фиг, 3.

На фиг, 8 сплошной линией показан ток заряда 4 конден-атора 10, проходящий по контурам: шины 3, 2, конденсатор 10, диод

9, дроссель 11, шина 3, шины 3, 1, 2, конденсатор 10, диод 9, дроссель 11, шина 3.

Величина этого тока ограничена сопротивлением конденсатора 10, который заряжается в полярности, указанной под его изображением, Процесс заряда накопителя по данному контуру завершается в момент времени, соответствующлй достижению напряжением шин 3, 2 максимального (амплитудного) значения, т.е. спустя 210 эл.град, от выбранного начала отсчета времени.

Так как напряжения шин 2-1 и 1-3 имеют знаки, соответствующие диаграммам на фиг, 3, то по контурам: шины 2, 1, конденсатор 4, диод 5, конденсатср 7, диод 8, конден1677848

10 сатор 10, шина 2; шины 2, 3, 1, конденсатор

4, диод 5, конденсатор 7, диод S, конденсатор 10, шина 2 — протекает ток заряда I, а по контурам: шины 3, 1, конденсатор 4, диод ,5, дроссель 11, шина 3; шины 3, 2, 1, конденсатор 4, диод 5, дроссель 11, шина 3 — ток, ll,I ( заряда 4. Под действием токов 4 и i3 (на фиг.

8 показаны пунктиром) кпкденса горы 10 и

4 заря>::аются в поляоностях, указанных в скобках над их изображением, В связи с .ем, ro напряжение шин 2-1 спустя 180 зл.град, изменяет свой знак ка противоположный, в этОт момент нач iHBBT

Ilf ся разряд конденсаторов 10 и 4 тском,, изображенным на фиг, 5 штрихпукктиром.

Этот ток проходит по контурам: шины 1, 2, конденсатор 10, диод 9,;îíä,åíñàòîð 7. диод

6, конденсатор 4, шина, шины 1, 3, 2, конденсатор 10, диод 9, конденсатор 7, диод 6, конденсатор 4, шина 1 — и заряжает конденсаторы 4 и 10 в полярностях, указанчь.х под .6f их изображением. ". оки 4 и 4 также увеличивают скорость заряда конденсатора 7, Через 300 эл.град. От выбранного начала отсчета напряжение шин 3, 2 меняет полярность на противополо>кную (фиг. 3 и 9), и происходит заряд конденсатора 7 током 1 (показан сплошной линией на фиг. 9). Величина этого тока ограничена сопоотивлением конденсатора 10, который заряжается в полярности, указанной под его изображением. Процесс заряда конденсатора 10 по данному контуру завершается в момент времени, соответствующий достижению напряжением шин 3, 2 максимального (амплитудного) значения, т.е. спустя 390 (30) эл.град. от выбранного начала отсчета времени.

Так как напряжения шик 2, 1 и 1, 3 имеют знаки, соответствующие диаграммам на фиг. 3, то по контурам: шины 1, 2, конденсатор 10, диод 9, конденсатор 7, диод

6. конденсатор 4, шина 1; шины 1, 3, 2, конденсатор 10, диод 9. конденсатор 7, диод

6, конденсатор 4, шичэ 1 — протекает ток

I заряда 4, создаваемый фэзкым током шин

1-2 и линейным током шик 1-3-2, à по контурам: шины 1, 3, дроссель 11, конденсатор 7, доид 6, конденсатоо 4, шина 1; шин ь, 1, 2, 3, дроссель 11, конденсатор 7, диод б, конденсатор 4, шина 1 — ток заряда конденсатора

4, создаваемый фазным током шин 1, 3 и линейным током шич 1, 2, 3. Под действием токов 4 и lg (на фиг. 9 показаны пунктиром) конденсаторы 10 и 4 заряжаются в полярностях, указанных в скобках кад их изображением.

8 связи с тем, что напряжение шин 2-3 спустя 360(0) эл,град. изменяет свой знак нэ противоположный, в этот момент начинает(j> dt кых под их изображениями. Токи 4, 4 и 4

10 являются и токами заряда конденсатора 7.

2С

35

55 ся разряд конденсаторов 4 и 10 током 4, изображенным на фиг. 9 штрихпунктиром.

Этот ток проходя г|с контурам: шины 2, 1. кочдексатор 4, диод 5, кокдечсатор 7, диод

8, конденсатор 10. шина 2; шины 2, 3, 1, конденсатор 4, диод 5, кОндРнсатОр 7, диод

8, конденсатор 10, шина 2 — и заряжает конденсаторы 4 v; 10 в полярностях, указанСледовательно, каждая фаза(линия) источника энергии передает энергию в кондР icBTQpbl 4 и 10 и ри их поочередном резонансном заряде. а затем, суммируя свои напря>кения с напряжениямидозирующих кондек-,à!oðoà, в конденсатор 7, Резонансные заряд и разряд кочденсэ оров 4 и

10. Осуществляемые с соответствующим двигом по фазе, в свого очередь, увеличивают скорость передачи энергии источника в:-.Ондечсаторы. Такие отборы энергии источника в дозирующие конденсаторы и последующая передача энергии в конденсатор

7, расширяя угловую длительность импульсов тока отдельных фаз источника и параметрически увеличивая выходное напряжение системы в целом, обеспечивают увеличение скорости передачи энергии источника в накопителькыи конденсатор, в результате чего улучшаются удельные энергетические показатели системы.

Формула изобретения

Система заряда накопительного конденсатора, содержащая первую, вторую, третью шины источника трехфазного напряжения, первый конденсатор, первая обкладка которого подключена к первой шине источника трехфазного капряжения, вторая обкладка — к аноду первого диода, катоду второго диода, анод которого соединен с первой обкладкой второго конденсатора и анодом третьего диода, като.". которого соединен с анодом четвертого д" одэ, с первой обкладкой третьего конденсэгора, вторая обкладка которого соединена с второй шиной источника трехфазного напряжения, катод четвертого диода и катод второго диода

СОЕДИНЕНЫ С ПЕРВЫМ ВЫВОДОМ ЛИНЕЙНОГО дросселя, отличающаяся тем, что, с целью увеличения скорости передачя энергии источника трехфазного напряжения в нагрузку, второй вывод линейно-о дросселя соединен с третьей шиной трехфазного источника переменного напряжения, à первый вывод линейного дросселя соединен с второй обкладкой второго конденсатора, причем емкостное сопротивление первого и

1677848

12 третьего конденсаторов на частоте источника трехфазного напряжения не менее чем вдвое превышает индуктивное сопротивление линейного дросселя, 1677848

Составитель А. Горбачев

Редактор А.Маковская Техред М.Моргентал Корректор Л.Бескид

Заказ 3122 Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101