Генератор импульсов тока
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советсиия
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 260979 (21) 2824137/18-21 131) М. Кв. с присоединением заявки ¹
Н 03 К 3/335
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет
Опубликовано070382. Бюллетень ¹ 9
Дата опубликования описания 07.03.82 (33) УДКб21. 374. 4 (088.8) (54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА .
Изобретение относится к импульсной и преобразовательной технике, Оно предназначается для питания обмоток возбуждения электромеханических преобразователей энергии, например, импульсных электрйческих двигателей однополярными импульсами тока . с использованием в качестве источника энергии накопительной емкости.
Генератор обеспечивает рекуперацию энергии магнитного поля из электромагнита преобразователя в электрическую энергию накопительной емкости и форсировку возбуждения и гашения поля электромагнита.
Известны устройства для питания импульсных электромеханических пре- . образователей (электромагнитов), содержащие зарядное устройство, основную и дополнительную накопительные емкости (конденсаторные батареи), диоды и тиристоры как полупроводниковые приборы, подключающие (и отключающие) нагрузку (обмотку возбуждения преобразователя) к накопи25 тельной емкости генератора импульсов тока, обеспечивающие режимы рекуперации. энергии магнитного поля электромагнита в электрическую энергию накопительной конденсаторной ба- 30 тареи и форсировки возбуждения и гашеияя поля. электромагнита. Известно, что такие режимы работы генератора импульсов тока позволяют увеличить
КПД, удельную .мощность и частоту работы электромагнита (11.
Недостатками этого устройства яв.ляются наличие дополнительной емкости дпя формирования импульса тока (поля) электромагнита заданной формы, наличие двух источников питаниянизковольтного и высоковольтного; в устройстве ие решен вопрос с перезарядом емкости, формирующей передний и задний фронт импульса тока.
Все это снижает эффективность и усложняет конструкцию. генератора импульсов тока.
Известен также генератор импуль- . сов тока, содержащий первый конденсатор, подключенный к источнику постоянного тока и через тиристоры н диоды к индуктивной нагрузке, второй конденсатор, соединенный через тиристорн.и диоды с нагрузкой (21.
Недостатком такого генератора является наличие двух групп диодов и тиристоров в цепи разряда основного первого конденсатора, что усложняет конструкцию, снижает надежность и
91 !685 увеличивает габариты и стоимость уг.тройства.
Цель изобретения — упрощение конструкции, снижение стоимости и повы.шение надежности генератора импуль сов тока. 5
Поставленная задача достигается тем, что в генераторе, содержащем первый конденсатор, подключенный к источнику постоянного тока и через тиристоры и диоды к индуктивной .нагрузке, второй конденсатор, соединенный через тиристоры и диоды к нагрузке, первый конденсатор подключен к нагрузке через один, а второй .через другой тиристоры, причем вто- I5 рой конденсатор зашунтирован последовательно включенными диодом и катушкой индуктивности.
На фиг.1 изображена электрическая схема генератора,,питающего обмотку 7(1 возбуждения электромагнита (обмотку импульсного индукционно- динамического двигателя) уна Фиг.2 - временные ди агр аммы.
Устройство содержит первый конденсатор 1, тиристор 2 с обмоткой 3 возбуждения импульсного эЛектродвигателя, параллельно которой присоединена цепочка из последовательно включенных тиристора 4 и второго конденсатора 5, в свою очередь зашунтированных цепочкой из последовательно соединенных диода б, и катушки -7 индуктивности. Конденсатор 1 подключен к источнику постоянного тока, полярность которого указана на фиг.1.
Второй конденсатор 5 значительно (в 10-20 раз) меньше конденсатора 1.
Его параметры выбираются такими, чтобы с одной стороны после оконча- 4О ния рекуперации энергии напряжение на нем было больше напряжения на первом конденсаторе и достаточнйм .. для обеспечения форсировки. нарастания тока, а.с другой — при рекупе- 45. рации обеспечивалась бы форсировка гашения. Второй конденсатор служит для запирания тиристора 2, а также для форсировки возбуждения и форсировки гашения тока обмоток 3 цреоб- . 5О разователя.
Конденсатор 1 служит для формирования тока оптимальной формы и является основным источником энергии преобразователя. Катушка 7 индуктивности, индуктивность которой больше .или равна индуктивности обмотки 3 возбуждения преобразователя, и диод б после окончания рекуперации перезаряжают конденсатор 5 в исходную полярность. В исходном состоянии напряжение на конденсаторе 5 выше, а энергия ниже, чем напряжение и энергия конденсатора 1.
При подаче в момент времени (фиг.2) управляющего импульса на тиристор 4 конденсатор 5 разряжается на обмотку 3 возбуждения преобразователя, Поскольку напряжение и HB конденсаторе 5 выше напряжения ц„ на конденсаторе 1, а конденсатор 5 меньше конденсатора 1, то конденсатор 5 сравнительно быст ро разряжается, обеспечивая Форсировку нарастания тока обмоток 3 н формирование его переднего фронта.
В момент времени t« когда разность напряжений Б.г -о .ъ д юг, где ц.(— напряжение, необходимое для запирания тиристора 4, на тиристор 2 подается управляющий импульс, и конденсатор 1 запирает тиристор 4. Конденсатор 1, разряжаясь на обмотку 3, формирует поле электромагнита оптимальной формы. Конденсатор 1 можно подобрать такой, что ток через обмотку 3 идет практически постоянный, возрастая или уменьшаясь (обозначено пунктиром на Фиг.2), что н обеспечивает Формирование поля преобразователя оптимальной формы.
В момент времени t когда разность напряжений П -0 ) .аП, где П - напряжение, необходимое для эапираиия тиристора 2, на тиристор 4 подается управляющий импульс, напряжением конденсатора 5 запирается тиристор 2, и конденсатор 5 разряжается на обмотку 3.
Конденсатор 1 от источника постоянного тока заряжается до исходного напряжения, а поскольку индуктивность катушки 7 L больше или равна индуктивности обмотки 3 преобразователя Ь, то электромагнитная энергия обМотки 3, оставшаяся после совершения преобразователем необходимой работы,. рекуперирует в конденсатор 5, перезаряжая его до напряжения обратной полярности. Поскольку емкость. конденсатора 5 меньше кон-. денсатора 1, то рекуперация протекает ускоренно, чем и достигается
Форсировка гашения тока обмоток преобразователя.
На отрезки вРемени t4 - 3 конденсатор 5 через катушку.7 индуктивности и диод 6 перезаряжается до исходных напряжений и полярности, не,— обходимых при повторном срабатывании генератора импульсов тока.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показывают, что индуктивность катушки 7. должна быть не меньше индуктивности обмотки 3, т.е. 4 > I,7 . Лишь в этом случае предлагаемый генератор импульсов тока остается работоспособным без.дополнительной подзарядки конденсатора 5. В случае 4 ) L7 схема становится неработоспособной, поскольку ток 13 через обмотку 3 к моменту времени 1 не проходит
9.11685 через О, н тирнстор 4 не закрывается, Можно показать это теоретически: после отключения тнристора 2 обмотка 3 возбуждения с начальным током
1 0 подключается к цепям из конденсатора 5 и тиристора 4, катушки 7 индуктивности, диода 6, тиристора 4,, В этом случае при начальном напряжении Оо на конденсаторе 5, равном нулю, имеем: напряжение {) на 1О конденсаторе 5 (С ) равно
i30
П (t) = sin (1I t, (1) оС где w = " " — частота; . ) 5 величина конденсатора 5;
Ток i конденсатора 5 равен
6{ ) Зо 0 (2)
Напряжение на катушке 7 индуктив. ности и обмотке 3 равно напряжению
U (t) . Ток катушки 7 индуктивности
iq равен Ф 30
4у 25 (1 cos (ezt) (3) чъ+ 4-, Ток нагрузки обмотки 3 i (t) равен (t )=i (4cos N 47 Ъ 3о Lú+Lú 47 Далее, .чтобы генератор импульсов тока { Фиг. 1) был работоспособным, необходимо при равенстве тока i нулю (окончание гашения поля), чтобы токи 1„и 1, а также напряжение конденсатора 5 (U ), были отличны от нуля.В этом случае тиристор 4 закрывается, а в конденсаторе 5 на интервале времени t --, накапливается 40 энергия, соответствующая напряжению U6tO. Находим время t, при котором ток 1-0. Из (4) имеем формула изобретения Генератор импульсов тока, содержащий первый конденсатор, подключенный к источнику постоянного тока и через тиристоры и диоды к индуктивной нагрузке; второй конденсатор, соединенный через тиристоры и диоды .с нагрузкой, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, снижения стоимости и увеличения надежности генератора,-первый конденсатор подключен к нагрузке через один, а второй — через другой тиристоры, причем второй конденсатор зашунтирован последовательно включенными диодом и катушкой индуктивности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское сидетельство СССР 9 403005, кл. Н 02 P 7/62, 14.01.72. 2. Авторское свидетельство СССР 9 608247, кл. Н 02 М 3/18, Н 03 К 3/53, 02.07.77. ;„" „(—, -СОВМ,,) 45 60 Тогда СО8сЦ 4q 1 1 1 откуда следует, что L>7< L3. Время при котором 2. =О, равно 6 = — агсми -/4Г-ь 3 Ъ М(з При этом Уз(ъ! )О 4= з где =Ь>IC- волновое сопротивление, откуда следует, что 4 47, а в конденсаторе 5 остается энергия 4fs--.-(С 0 ) /2, которая при повторном l срабатывании используется для Форсировки возбуждения поля обмотки 3. Таким образом, при 4 > 4 в предлагаемом изобретении нет необходимости в элементах, обеспечивающих подзарядку конденсатора 5 при последующих срабатываниях генератора. Присоединением к нагрузке двух параллельных цепей из последовательно включенных конденсатора и тирнстора и шунтированием второго конденсатора цепью из последовательно включенных катушки индуктивности с индуктивностью, большей или равной индуктивности нагрузки, и диода,,простым путем и от одного источнгха ;пи .ания обеспечиваются рекуперация энергии, формировка возбуждения и гашения тока обмоток преобразователя, что упрощает конструкцию, снижает стоимость, повышает надежность источника питания, а также повышает КПД, быстродействие и частоту ра6оты преобразователя энергии. .В предлагаемом импульсном источнике питания значительно меньше диодов и тиристоров, чем в известном.. Например; при прочих равных условиях в предлагаемом устройстве диодов в четыре раза, а тиристоров — на один прибор меньше, чем в известном. Причем, все диоды и тиристоры, которые удается исключить применением предлагаемого устройства, силовые. Это упрощает генератор, повыаает надежность и снижает его стоимость. Другой эффект, получаемый от применения предлагаемого устройства, — это исключение цепи для коммутации силовых тиристоров. Составитель В.Шагурин Редактор Е.Папп Техред М.Тепер, Корректор Л.Бокшац Заказ 1146/48 Тираж 954 Подписное ВЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушскаая наб., д, 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
