Тиристорный генератор импульсов тока

 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к генераторам электрических импульсов, и может быть использовано в качестве источника питания установок электроэрозионного диспергирования металлов. Тиристорный генератор импульсов тока содержит источник 1 постоянного напряжения, нагрузку 3, M зарядных тиристоров 4.1 - 4.M, M N дросселей 5.1.1-5.M.N, M N конденсаторов 6.1.1-6.M.N, M N тиристорных ключей 7.1.1 - 7.M.N, M перезарядных тиристоров 8.1-8.M, блок управления 9. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к генераторам электрических импульсов, и может быть использовано в качестве источника питания установок электроэрозионного диспергирования металлов.

Целью изобретения является повышение мощности и надежности генератора, а также расширение области его использования.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого генератора при N 1; на фиг. 2 приведен другой вариант схемы предлагаемого генератора при N 1; на фиг. 3 приведена принципиальная схема предлагаемого генератора при M ≠ 1 и N ≠ 1; на фиг. 4 принципиальная схема предлагаемого генератора.

Тиристорный генератор импульсов тока (фиг. 1) содержит источник 1 постоянного напряжения, к одной из клемм которого присоединен общий обратный токопровод (шина) 2 зарядно-разрядной цепи, идущий к одной из клемм эрозионной нагрузки 3. К другой клемме источника постоянного напряжения присоединены M зарядно-разрядных цепей, каждая и которых содержит соединенные последовательно зарядный тиристор 4.1-4.M и дроссель 5.1.1-5.M.N, второй вывод которого присоединен к первому выводу конденсатора 6.1.1-6.M.N, содержащегося в каждой зарядно-разрядной цепи. Второй вывод каждого из этих конденсаторов присоединен к общему токопроводу 2. От первого вывода каждого конденсатора 6.1.1-6.M.N идет разрядная цепь, содержащая тиристорный ключ 7.1.1-7. M. N. Второй (катодный) вывод каждого из этих тиристорных ключей присоединен к второй клемме эрозионной нагрузки 3. К точке соединения выводов зарядного тиристора и дросселя в каждой зарядной цепи присоединен один из выводов перезарядного тиристора 8.1-8. M, второй вывод которого присоединен к общему обратному токопроводу 2. Генератор содержит также блок 9 управления, выводы которого соединены с выводами управляющих электродов тиристоров генератора.

Тиристорный генератор импульсов тока на фиг. 2 отличается от изображенного на фиг. 1 встречным (обратным) подключением катода и анода разрядного тиристора 7 и зарядного тиристора 4 и прямым (совпадающим) подключением тиристора 8 перезарядной цепи относительно зарядного тиристора 4.

Тиристорный генератор импульсов тока на фиг. 3 отличается от изображенного на фиг. 1 наличием нескольких дросселей 5 в каждой из параллельных друг другу зарядных цепей. Первые выводы всех дросселей в каждой из этих цепей соединены вместе, а к второму выводу каждого дросселя 5.1.1-5.M.N присоединен вывод первой обкладки конденсатора этой ветви зарядной цепи. При этом число конденсаторов 6.1.1-6.M.N равно числу дросселей 5.1.1-5.M.N, а к выводу первой обкладки каждого конденсатора 6 присоединена своя ветвь разрядной цепи, содержащая свой тиристорный ключ 7.1.1-7.M.N.

Тиристорный генератор импульсов тока на фиг. 4 отличается от изображенного на фиг. 3 наличием дополнительного дросселя 10 в каждой зарядной цепи, включенного между точкой соединения выводов зарядного 4.1-4.M и перезарядного 8.1-8.M тиристоров и точкой соединения друг с другом первых выводов дросселей 5.1.1-5. M.N, включенных параллельно друг другу в ветвях зарядно-разрядной цепи.

Тиристорный генератор, изображенный на фиг. 1, работает следующим образом.

На управляющие электроды тиристоров 4.1-4.M зарядных цепей подаются управляющие сигналы (одновременно или поочередно) от блока 9 управления. При этом тиристоры 4.1-4.M отпираются и происходит заряд накопительных конденсаторов 6.1-6. M через дроссели 5.1-5.M в колебательном режиме до напряжения, почти равного удвоенному напряжению источника 1. В результате этого тиристоры 4.1-4.M запираются. Затем подаются управляющие импульсы от блока 9 управления на управляющие электроды тиристорных ключей 7.1-7.M (одновременно или поочередно в зависимости от требуемого режима в нагрузке). При этом тиристоры 7.1-7.M отпираются и через них происходит разряд накопительных конденсаторов 6.1-6.M на эрозионную нагрузку 3. Разряд конденсаторов можно осуществлять как всех одновременно, подавая управляющие импульсы на все тиристоры 7.1-7. M одновременно, так и поочередно или группами. В первом случае импульсы электрического тока, поступающие на эрозионную нагрузку 3 одновременно, суммируются, что ведет к повышению мощности суммарного импульса в нагрузке в M раз. Во втором случае, когда импульсы тока от M разрядных цепей поступают на нагрузку 3 с равными интервалами времени между ними, происходит повышение суммарной частоты повторения разрядов в нагрузке 3 в M раз. В третьем случае, когда импульсы тока на нагрузку 3 подаются группами по любому заданному закону распределения интервалов времени между ними, получают в нагрузке соответствующее сложное распределение во времени разрядов.

В зависимости от характера нагрузки 3 и соотношения в ней величин активного и реактивного сопротивлений разряды в нагрузке могут носить как апериодический, так и периодический (колебательный) характер. Во втором случае (особенно при коротких замыканиях в нагрузке) происходит частичная перезарядка конденсаторов 6.1-6.M через нагрузку 3 до напряжения противоположной первоначальной полярности. Для снятия этого напряжения после окончания разрядов в нагрузке 3 и запирания тиристоров 7.1-7.M подаются отпирающие импульсы на тиристоры 8.1-8.M, последние отпираются и происходит обратный перезаряд накопительных конденсаторов 6.1-6. M через тиристоры 8.1-8.M и дроссели 5.1-5. M. По завершении перезаряда тиристоры 8.1-8.M запираются и схема оказывается готовой к следующему циклу, начинающемуся с отпирания зарядных тиристоров 4.1-4.M.

Тиристорный генератор, схема которого изображена на фиг. 2, работает по другому. Вначале, как и при работе схемы, изображенной на фиг. 1, на управляющие электроды зарядных тиристоров 4.1-4.M подаются (одновременно или поочередно) управляющие сигналы от блока 9 управления. При этом тиристоры 4.1-4. M отпираются и происходит заряд накопительных конденсаторов 6.1-6.M через дроссели 5.1-5. M в колебательном режиме до напряжения источника 1. Затем подаются отпирающие импульсы с блока 9 управления на управляющие электроды тиристоров 8.1-8.M перезарядных цепей (одновременно все или поочередно). Эти тиристоры отпираются, и происходит перезаряд накопительных конденсаторов 6.1-6. M через перезарядные цепочки из тиристоров 8.1-8.M и дросселей 5.1-5.M в колебательном режиме до напряжения противоположной полярности, но практически почти той же величины. В результате перезаряда тиристоры 8.1-8.M запираются. После этого подаются отпирающие импульсы с блока 9 управления на управляющие электроды тиристорных ключей 7.1-7.M (одновременно или поочередно, или комбинируя их группами). Тиристоры 7.1-7.M отпираются, и конденсаторы 6.1-6.M разряжаются через них на эрозионную нагрузку 3. При колебательном характере разрядов в нагрузке 3 конденсаторы 6.1-6. M могут частично перезарядиться до напряжения противоположной полярности, но теперь полярность этого напряжения совпадает с полярностью напряжения на клеммах источника 1, поэтому генератор готов к следующему циклу работы сразу же после завершения разрядов в нагрузке 3 и запирания тиристорных ключей 7.1-7.M. Такой генератор рекомендуется использовать для питания такой электроэрозионной нагрузки, в которой возможны частые короткие замыкания.

Тиристорный генератор, схема которого приведена на фиг. 3, работает так же, как генератор, схема которого приведена на фиг. 1, с тем отличием, что разряды на эрозионную нагрузку 3 в группах ветвей разрядных цепей, присоединенных к одной и той же зарядной цепи, осуществляются одновременно или почти одновременно. Для этого на группу тиристорных ключей 7.1.1-7.1.N подаются отпирающие импульсы от блока 9 управления все одновременно. На группу тиристоров 7.2.1-7.2.N управляющие импульсы (тоже на все вместе) можно подавать как одновременно с импульсами группы тиристоров 7.1.1-7.1.N, так и в другое время. Это необходимо для того, чтобы избежать существенного перетекания заряда с конденсатора в одной ветви зарядно-разрядной цепи в такой же конденсатор соседней ветви зарядно-разрядной цепи через два дросселя. Роль этих дросселей при разряде конденсаторов 6.1-6.M на нагрузку 3 сводится к тому, чтобы исключить перегрузку одного тиристорного ключа 7 и недогрузку другого, наблюдающуюся в схемах с параллельно включенными тиристорами разрядного ключа (например, в прототипе).

Схема тиристорного генератора, изображенная на фиг. 3, позволяет работать и в несколько ином режиме, а именно с генерацией M-образных импульсов тока в нагрузке 3. Для этого на половину тиристорных ключей 7.1.1-7.1.N подают от блока 9 управляющие импульсы, спустя несколько микросекунд (примерно 0,5 времени продолжительности импульса тока разряда в нагрузке) после подачи таких же отпирающих импульсов на другую половину той же группы тиристорных ключей 7.1.1-7.1. N. Суперпозиция двух импульсов тока разряда в нагрузке 3 дает M-образный импульс. Но при таком режиме работы часть заряда с половины соответствующей группы конденсаторов 6.1.1-6.1. N успевает перетечь через дроссели 5.1.1-5.1.N на вторую половину той же группы конденсаторов 6.1.1-6.1.N, что ведет к потере части мощности.

Тиристорный генератор, схема которого приведена на фиг. 4, работает так же, как генератор, схема которого приведена на фиг. 3. Но на этом генераторе не рекомендуется получать M-образные импульсы в нагрузке 3 из-за потерь части заряда на конденсаторах 6.1.N-6.M.N при таком режиме работы.

Формула изобретения

1. ТИРИСТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА, состоящий из источника постоянного напряжения, присоединенной к первому его выводу зарядной цепи из последовательно включенных зарядного тиристора, дросселя и конденсатора, второй вывод которого присоединен к обратному токопроводу зарядно-разрядной цепи, соединяющему второй вывод источника постоянного напряжения с первым выводом нагрузки, разрядной цепи с тиристорным ключом, соединяющей первый вывод конденсатора с вторым выводом нагрузки, и перезарядного тиристора в зарядной цепи, первый вывод которого присоединен к обратному токопроводу, а второй к точке соединения выводов зарядного тиристора и дросселя, а также из блока управления, выводы которого соединены с управляющими электродами тиристора, отличающийся тем, что он содержит M идентичных параллельных зарядно-разрядных цепей, имеющих общие обратный токопровод и нагрузки, а каждая зарядно-разрядная цепь содержит N ветвей с дросселем, конденсатором и тиристорным ключом, включенными между зарядным тиристором данной зарядно-разрядной цепи и общими токопроводом и нагрузкой, где M и N целые числа.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что он содержит в каждой зарядной цепи дополнительный дроссель, включенный между точкой соединения выводов зарядного и перезарядного тиристоров и точкой соединения друг с другом первых выводов дросселей, включенных взаимно параллельно в ветвях зарядно-разрядной цепи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4