Устройство для заряда накопительных конденсаторов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик («)790142 (61) Дополнительное к авт, сеид-ву (22) Заявлено 020278 {21) 2577140/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет 07,01,77

Опубликовано 231280. Бюллетень Йо 47

Дата опубликования описания 23.1280 (51)М. Кл.

Н 03 К 3/53

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.373. .431(088.8) (72) Авторы изобретения

Б. М. Сухарев и А. Г. Николаев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА НАКОПИТЕЛЬНОГО

КОНДЕНСАТОРА

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам для заряда накопительных конденсаторов, используемых в качестве импульсного источника питания ламп накачки оптических квантовых генераторов, в локационной технике, в установках электроискровой обработки материалов и т.п. импульсных потребителей энергии. !О

Известно устройство для заряда накопительного конденсатора мощных импульсов, содержащее источник переменного тока и вентильно-конденсаторный выпрямитель-умножитель (удвои- 15 тель) напряжения (1„t.

Недостатками известного устрой.ства является малое значение умножения- напряжения и завышенные массогабаритные показатели устройства в 20 целом.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее 25 трехфазный источник переменного тока, вентильно-конденсаторный выпрямительумножитель напряжения, образованный вентильной и конденсаторной ячейками, последовательно соединенные конденса- 3Q торы которогО образуют накопительный конденсатор, подключенный к сопротивлению нагрузки через управляемый ключевой разрядник, и образующие с последовательно соединенными вентилями кольцевую схему, при этом точки соединения каждой пары конденсаторов подключены к одному из выводов фазовой обмотки трехфазного источника переменного тока, точка.соединения каждой пары вентилей — к другому выводу этой обмотки, и блок контроля напряжения и управления ключевым разрядником (21 .

Недостатками устройства являются неравномерная и неполная нагрузка фаз.источника переменного тока и различные напряжения на конденсатоpav, а также завышение его массогабаритных показателей. Кроме того, в схеме практически отсутствует возможность простого регулирования уровня зарядного напряжения накопительных конденсаторов генератора мощных импульсов.

Цель изобретения — улучшение массо-габаритных показателей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для заряда накопи790142 тельного конденсатора, содержащем трехфазный источник переменного тока, .вентильно-конденсаторный выпрямительумножитель напряжения, образованный .вентильной и конденсаторной ячейками, последовательно соединенные конденсаторы которого образуют накопительный конденсатор, подключенный к сопротивлению нагрузки через управляемый ключевой разрядник, и образующие с последовательно соединенными вентилями кольцевую схему, при этом точки соединения каждой пары конденса— торов подключены к одному иэ выводов фазовой обмотки трехфазного источника переменного тока, точка соединения каждой пары вентилей — к другому выводу этой же обмотки, и блок контроля напряжения и управления ключевым разрядником, вентильная и конденсаторная ячейки объединены и образуют шесть последовательно соединенных вентильно-конденсаторных групп, выполненных в виде кольцевой схемы, причем началом каждой вентильноконденсаторной группы является анод неуправляемого вентиля, катод которого соединен с одной обкладкой конденсатора, а концом — катод управляемого вентиля, анод которого соединен с другой обкладкой того же конденсатора, все шесть вентильно-конденсаторных групп через ключевой разрядник соединены последовательно, а крайние выводы вентильно-конденсаторных групп подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам устройства, при этом одни из выводов каждой фазовой обмотки трехфазного источника переменного тока подключены к началам трех соседних вентильно-конденсаторных групп и к концам трех других вентильно-конденсаторных групп, а вторые выводы фазовых обмоток того же трехфазного источника переменного тока объединены и подключены к катодам шести коммутирующих управляемых вентилей, аноды которых соединены с обкладками соответствующих пар конденсаторов.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для заряда накопительного конденсатора.

Устройство содержит источник 1 трехфазного переменного тока, фазовыа обмотки которого соединены по схеМе "звезда" с выведенным нулем (нейтралью), своими линейными выводами подключенный к шести вентильноконденсаторным группам и осуществляющий зарядку шести конденсаторов по двухполупериодной .схеме выпрямления. Каждая вентильно-конденсаторная группа состоит соответственно из одного управляемого вентиля-тиристора (2, 3, 4, 5, 6 и 7), одного неуправляемого вентиля-диода (8,9,10, 11, 12 и 13) и одного конденсатора (14, 15, 16, 17, 18 и 19). Катод тиристора и анод диода каждой из этих групп подключены к линейным выводам трехфазного источника переменного тока, а анод тиристора и катод диода этой же группы соединены с обкладками конденсатора. Три вентильно-конденсаторные группы подключены соответственно к линейным зажимам трехфазного источника переменного тока !

О АВ, ВС и СА в прямом направлении, а три другие группы — к тем же линейным зажимам в обратном направлении. Все шесть конденсаторов вклю чены между собой последовательно чеЯ рез управляемый ключевой разрядниктиристор 20, а крайние выводы конденсаторов 14 и 17 подключены к положительному и отрицательному выводам устройства, соединенным с сопротив@» лением импульсной нагрузки 21.

Точка соединения анода тиристора с конденсатором в каждой из шести групп подключена к аноду коммутирующего тиристора 22, 23, 24, 25, 26 и 27, катод которого соединен с нулевой точкой трехфазного источника

1 переменного тока.

Блок 28 контроля напряжения накопительного конденсатора подключен к

»генератору 29 тактовых импульсов, ЗО который подает импульсы к устройст. ву временного сдвига импульсов, выполненному, например, на кольцевом счетчике 30 и дешифраторе 31. Переключатель 32 служит для выбора режи-

3$ ма работы устройства. Управляющие электроды всех тиристоров схемы выведены на шины управления, которые имеют ту же нумерацию, что и все тиристоры (2-7, 20 и 22-27) . Шина уп4(» равляющих электродов коммутирующих тиристоров 22-2? общая, и она подключена к нулевой точке трехфазного источника переменного тока. Порядок срабатывания всех тиристоров схемы в каждом из трех режимов работы устройства соответствует порядку цифр, обозначенных на дешифраторе. устройство для заряда накопительного конденсатора (в зависимости от программы подачи управляющих импульсов на тиристоры) может работать в трех различных режимах, при этом напряжение, до которого заряжается r накопительный конденсатор, изменя.ется в достаточно большом диапазоне.

S5

При рассмотрении работы устройства в первом режиме .(зарядное напряжение. каждого конденсатора равно амплитудному значению линейного напряжения трехфазного источника переео менного тока) условимся считать, что в начальный момент времени линейное напряжение AB равно нулю, и в следующий момент времени оно увеличивается в положительном направлении. Примем

65 это время за начало отсчета. От дешиф790142 ратора 31 поступает управляющий импульс на открытие тиристора 6, который отпирается, и ток от фазы ЯХ через диод 12 поступает в конденсатор

18, а через тиристор 6 возвращается в фазу BY. Через четверть периода конденсатор 16 зарядится до амплитудного значения линейного напряжения трехфазного источника переменного тока, ток зарядки станет равным нулю, и тиристор 6 погаснет естественным путем. В свою очередь через 60О от начала отсчета времени возникает отрицательная волна линейного напряжения фаз СА, и в этот же момент времени подается управляющий импульс на открытие тиристора 4,который отпирается открывая доступ зарядного тока в конденсатор 16. Через четверть периода конденсатор 16 зарядится до амплитудного значения линейного напряжения трехфазного источника переменного тока, а тиристор 4 погаснет.

Через 120 от начала отсчета возниG кает положительная волна линейного напряжения фаз BC. От дешифратора 31 поступает управляющий импульс на отпирание тиристора 5, и производится зарядка конденсатора 17. Так как процесс зарядки всех шести конденсаторов одинаков, то далее перечислим очередность отпирания тиристоров и последовательность зарядки конденсаторов. Следующие управляющие импульсы подаются сначала на тиристор 3, далее на тиристор 7, а затем на тиристор 2. Сначала заряжается конденсатор 15, далее конденсатор 19, а затем конденсатор 14. Следовательно, за время, соответствующее одному периоду изменения напряжения, все шесть конденсаторов оказываются заряженными до амплитудного значения линейного напряжения источника. При подаче управляющего импульса на управляемый разрядник-тиристор 20 все шесть конденсаторов по отношению к импульсной нагрузке 21 включены последовательно, а напряжение, приложенное к нагрузке, равно шестикратному амплитудному значению линейного напряжения трехфазного источника переменного тока.

В предлагаемом устройстве для заряда накопительного конденсатора предусмотрена также возможность ликвидации периодической составляющей тока в импульсной нагрузке. Известно, что любой генератор мощных импульсов имеет свою собственную индуктивность, к которой добавляется индуктивность токопроводящих проводов и шин. Реактивное сопротивление этих индуктивностей,. при всем стремлении к их уменьшению, если учесть большую частоту разрядного тока, имеет значительную величину. условно примем, что емкости всех шести последовательно соединенных конденсаторов устройства равны между собой. Тогда их можно заменить одним эквивалентным. При его разряде на импульсную нагрузку ток, протекающий по индуктивности, запасает в ней энергию магнитного поля. При полном разряде накопительного конденсатора по нему будет продолжать течь ток за счет энергии, накопленной в индуктивности (направление тока раз- . ряда накопительного конденсатора совпадает с током в индуктивности), о перезаряжая накопительный конденсатор. При этом возникают дополнительные потери как в импульсной нагрузке, так и в самом устройcòâå для заряда.

Для устранения этих потерь в мо15 мент полного разряда накопительного конденсатора подается управляющий импульс на тиристор 5, который отпирается и замыкает через диод 8 выходные выводы устройства (импульсной

Щ нагрузки). Энергия магнитного поля при этом будет рассеиваться на сопротивлении коротко замкнутой цепи..

Подобное рассеивание энергии, запасенной в индуктивности, используется во всех трех режимах работы устройства.

Во втором режиме работы устройства зарядное напряжение каждого конденсатора равно амплитудному значению фазного напряжения. При возникЗО новении положительной волны напряжения в фазе АХ дешифратор 31 выдает управляющие импульсы на коммутирующие тиристоры 24 и 26, при этом заряжаются конденсаторы 16 и 18.

ЗЗ Спустя четверть лериода ток зарядки конденсаторов становится равным нулю, и коммутирующие тиристоры гаснут. При появлении положительной волны напря>кения в фазе BY yngg равляющие импульсы подаются на коммутирующие тиристоры .23 и 25, и происходит зарядка конденсаторов 15 и 17. Далее заряжаются конденсаторы

19 и 14, так как импульсы управления поступают на коммутирующие ти- ристоры 27 и 22. Разряд накопительного конденсатора производится подачей импульсов управления на разрядник-тиристор 20. Все шесть соединенных последовательно конденсаторов о разряжаются на импульсную нагрузку 21.

В третьем режиме работы устройства,напряжение каждого конденсатора равно одной трети амплитуды фазного напряжения. При этом работает лишь одна фаза CZ трехфазного источника переменного тока. При возникновении положительной волны напряжения от- . крываются коммутирующие тиристоры

25 и 24, и к двум группам конденсаторов 14-16, а также 17-19 приклады1вается фаэное напряжение трехфазного источника переменного тока.

Каждый конденсатор при этом заряжается до напряжения, равного одной

,к трети амплитуды фазного напряжения.

790142

Формула изобретения

$ Устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее трехфазный источник переменного тока, вентильно-конденсаторный выпрямитель-умножитель напряжения, образованный

)g вентильной и конденсаторной ячейками, последовательно соединенные конденсаторы которого образуют накопительный конденсатор, подключенный к сопротивлению нагрузки через управ ляемый ключевой разрядник, и образующие с последовательно соединенными вентилями кольцевую схему, при этом точки соединения каждой пары конденсаторов подключены к одному иэ выводов фазовой обмотки трехфазного источника переменного тока, точка соединения каждой пары вентилей— к другому выводу этой же обмотки, и блок контроля напряжения и управле-. ния ключевым разрядником, о т л и

25 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения массо-габаритных показателей, вентильная и конденсаторная ячейки объединены,и образуют шесть последовательно соединенных вентильgg но-конденсаторных групп, выполненных в виде кольцевой схемы, причем началом каждой вентильно-конденсаторной группы является анод неуправляемого вентиля, катод которого соединен с одной обкладкой конденсатора, а концом — катод управляемого вентиля, анод которого соединен с другой обкладкой того же конденсатора, все шесть вентильно-конденсаторных групп через ключевой. разрядник соединены последовательно, а крайние выводы вентильно-конденсаторных групп подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам устройства, при этом одни из выводов кажЯ дой фазовой обмотки трехфазного источника переменного тока подключены к началам трех соседних вентильноконденсаторных групп и к концам трех других вентильно-конденсаторных групг а вторые выводы фазовых обмоток того же трехфазного источника переменного тока объединены и подключены к катодам шести коммутирующих управляемых вентилей, аноды которых соединены с обкладками соответствующих пар конденсаторов °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Чиженко И. М., Руденко В. С. и Сенько В. И. Основы преобраэова40 тельной техники. М., "Высшая школа"

1974, с 337, рис. 11.5.

2. Рогинский В. Ю. Электропита- ние радиотехнических устройств. М.

Л., ГЭИ, 1957, с.147, рис.3.30 (про65 тотип).

Следовательно, накопительный конденсатор может заряжаться до трех уровней напряжений 2Ч20ф, 6 AU(p и

6 2Un, где Оф и U — соответственно действующие значения фазного и линейного напряжения трехфазного источника переменного тока.

Предлагаемое устройство позволяет изменять напряжение на нагрузке в широком диапазоне, так как осущест. вляет бестрансформаторное повышение напряжения зарядки накопительного конденсатора, а элементы выпрямителя и источник по изоляции могут быть подобраны на напряжение, в шесть раз меньшее, чем напряжение импульсной нагрузки. Оно обеспечивает экономичный заряд накопительного конденсатора от источника трехфазного переменного тока при частоте разрядных импульсов, равной частоте источника тока. Изменением программы подачи импульсон управления на тиристоры схемы возможно получение трех уровней напряжения заряда шести емкостей накопительного конденсатора, тем самым существенно снижая требования к изоляции элементов схемы устройства и к источнику трехфазного переменного тока, что улучшает массо-габаритные показатели устройства в целом.

Таким образом, объединение вентильной и конденсаторной ячеек, вентили и конденсаторы которых образуют шесть последовательно соединенных вентильно-конденсаторных групп, выполненных в виде кольцевой схемы, причем началом каждой вентильно-конденсаторной группы является анод неуправляемого вентиля, катод которого соединен с одной обкладкой конденсатора, а концом — катод управляемого вентиля, анод которого соединен с другой обкладкой того же конденсатора, все шесть вентильно-конденсаторных групп через ключевой разрядник соединены последовательно, а крайние выводы вентильно-конденсаторных групп подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам устройства, при этом одни из выводов каждой фазовой об.:отки трехфазного источника переменного тока подключены к началам трех соседних вентильноконденсаторных групп и к концам трех других вентильно-конденсаторных групп, а вторые выводы фазовых обмото того же трехфазного источника переменного тока объединены и подключены к катодам шести коммутирующих управляемых вентилей, аноды которых соединены с обкладками соответствующих пар конденсаторов, обеспечивает улучшение .массо-габаритных показателей устройства для заряда накопительного конденсатора, величина энергии, запасаемая которым, регулируется с помощью коммутирующих управляемых вентилей-тиристоров и блока контроля напряжения и управления ключевым разрядником.

790142

Составитель А. Николаев

Редактор В. Данко -ТехредА.Кепанская Корректор И. Демчик

Заказ 9059/58 Тираж 995 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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