Генератор импульсов тока

 

(7I ) Заявитель

Тольяттинский политехнический институт (54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания различных потребителей импульсной электрической мощности.

Известен генератор импульсов тока, который содержит мостовую схему, в два противоположных плеча которой включены обмотки индуктивности, в два других плеча включены накопительные конденсаторы, в одну из диагоналей моста включен первый

1О тиристор, а в другую диагональ включены последовательно первый диод и цепочка из последовательно соединенных второго тиристора и коммутирующего конденсатора, к которому через дроссель, зашунти1. рованный третьим тиристором, присоединен выпрямитель (1)

Однако данный генератор имеет низкий КПД за счет потерь в обмотке дросселя и невысокую рабочую частоту за счет того, что к первому тиристору во время коммутации прикладывается не полное напряжение коммутирующего конденсатора, а разность между напряжением на коммутирующем конденсаторе и суммой напряжений на накопительных конденсаторах.

Наиболее близким по технической сушности к предлагаемому является генератор импульсов тока, который содержит мостовую схему, в два противоположных плеча которой включены катушки индуктивности, в два других плеча включены накопительные конденсаторы, в одну из диагоналей моста включен тиристор, а в другую диагональ включены параллельно первый диод и цепочка из последовательно соединенных второго диода и коммутирующего конденсатора, к которому через зарядную цепь подключен источник постоянного тока (2) .

Данный генератор также имеет невысокие КПД и рабочую частоту.

Цель изобретения — повышение частоты и КПД генератора.

Для этого в генератор им;,.гъсов тока, содержащий источник постокктпто тока, зарядную цепь, мостовую схему, в

9248 два противоположных плеча которой вкЛкъчены конденсаторы, в два других плеча— катушки индуктивности, в одну из диагоналей мостовой схемы включен диод, а в другую — тиристор, введен тиристорный мост, в одну диагональ которого включен дополнительный конденсатор, а во вторую диагональ включен тиристор мостовой схемы, причем источник постоянного тока через зарядную цепь включен в одну 10 из диагоналей мостовой схемы.

Тиристорный мост является узлом искусственной коммутации тиристора в диагонали мостовой схемы генератора. Вместо тиристорного моста могут быть исполь-)g зованы и другие известные узлы искусственной коммутации тиристоров.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема генератора импульсов тока, кОГда истОчник пОстОяннОГО тока включен в диагональ мостовой схемы, которая содержит тиристор; на фиг. 2кривые токов и напряжений на отдельных ,ъ элементах генератора; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема генера тора, когда источник постоянного тока включен в диагональ мостовой схемы, которая содержит диод; на фиг. 4 — кривые токов и напряжений на отдепьных элементах генератора, изображенного на фиг. 3., Генераторы импульсов тока содержат источник 1 постоянного тока, зарядную цепь 2, мостовую схему, в два противоположных плеча которой включены кон.денсатор 3 и конденсатор 4, в два дру35 гих плеча - катушка 5 индуктивности и катушка 6 индуктивности, в одну из диагоналей включен диод 7, а в другую диа гональ включен тиристор 8, тиристорный

40 мост на тиристорах 9-12, дополнительный конденсатор 13.

На фиг. 2 и 4 изображены сумма напряжений на конденсаторах 3 и 4 — кри- . вая 14, напряжение на одном из конденсаторов 3 и 4 - кривая 15, ток в одной

45 из катушек 5 или 6 - кривая 16, напряжение на конденсаторе 13 - кривая 17.

Генератор импульсов тока (фиг. 1) работает следующим образом.

В исходном состоянии от источника 1 течет ток J заряда конденсаторов 3 и 4 через катушки 5 и 6. Принимаем направление его в катушках 5 и 6 отрицательным. Конденсаторы 3, 4 и 13 заряжены до требуемого уровня напряжения. Конденсатор 13 может быть заряжен или от постороннего источника или путем предварительного отпирания тиристоров 9 и

36 4

10 также от источника 1 через зарядную цепь 2.

В момент времени 0 (фИГ. 2) открывается тиристор 8 и конденсаторы 3 и 4 подключаются к катушкам 5 и 6 соответственно. При этом ток в катушках 5 и 6 уменьшается по абсолютной величине, а напряжение на конденсаторах 3 и 4 уве.:личивается. В момент t1 ток в катушках

5 и 6 падает до нуля, а напряжение на конденсаторах 3 и 4 максимально, а затем после момента 4 напряжение на конденсаторах 3 и 4 уменьшается, а ток в катушках 5 и 6 увеличивается. В момент времени Ь, когда конденсаторы

3 и 4 еще раз разрядились, включаются тиристоры 9 н 10 и тиристор 8 запирается, так zaz к нему в обратном направлении прикладывается напряжение на конденсаторе 13. При этом ток катушки

5 замыкается по цепи катушка 5 — кон- денсатор 3 — тиристор 10 - конденсатор

13 — тиристор 9 — катушка 5, а ток катушки 6 по цепи катушка 6 — тиристор

10 — конденсатор 13 — тиристор 9— конденсатор 4 — катушка 6. Конденсатор

13 разряжается суммарным током кату- . шек 5 и 6. В момент t он полностью разряжается и к тиристору 8 начинает прикладываться положительное напряжение перезаряжаюшегося конденсатора 13.

При перезаряде конденсатора 13 напряжение на конденсаторах 3 и 4 продолжает уменьшаться.

В момент 1 конденсатор 13 перезаряжается до напряжения, равного сумме напряжений на конденсаторах 3 и 4. При этом откпывается диод 7 и ток катушки

5 замыкается по цепи катушка 5 — диод

7 - конденсатор 4 - катушка 5, а ток катушки 6 - по цепи катушка 6 — конденсатор 3 — диод 7 - катушка 6 . Энергия, запасенная в магнитных полях катушек 5 и 6, рекуперирует в конденсаторы

3 и 4 соответственно. Ток через тиристоры 9 и 10 прекращается и они запираются. Конденсатор 13 остается перезаряженным до следующего цикла формирования импульса тока в катушках 5 и

6 индуктивностей.

В течение процесса рекуперации через диод 7 протекает ток, равный сумме токов в катушках индуктивностей и входного тока источника 1. B момент времени

tg ток в катушках 5 и 6 меняет направление. В момент времени 6 ток в каждой катушке 5 и 6 достигает половины входного тока и диод .7 запирается.

До м.омента 4 z конденсаторы 3 и 4 эа36 б ре у прототипа. При этом время для восстановления управляемости тиристора

8 существенно увеличивается, что позволяет повысить верхний предел рабочей частоты предлагаемого генератора имвходной ток источника 1, заряжающий конденсаторы 3 и 1, для компенсации потерь в течение импульса тока протекает по катушкам 5 и 6 в направлении, обратном току разряда конденсаторов 3 и 4 во время формирования нарастающей насти импульса тока. Это приводит к тому, что постоянная составляющая тока в катушках 5 и 6 уменьшается на величину

5 9248 ряжаются постоянным по величине током, равным половине входного тока от источника 1. В момент схема.возвращается в исходное состояние и снова открывает- ся тиристор 8, формируя следующий им- 5 пульс тока в катушках 5 и 6. Зацирание тиристора 8 производится включением тиристоров 11 и 12. В остальном схема работает аналогично.

От момента включения тиристоров 9, 10

10 или 11, 12 зависит степень разряда конленсатовов 3 и 4, т.е. величина вводимой в катушки 5 и 6 энергии в течение импульса тока, а следовательно, и выходная мощность генератора. I3

Генератор импульсов тока (фиг. 3) работает следующим образом.

В исходном состоянии конденсаторы 3, 4 и 13 заряжены до требуемого уровня напряжения с полярностью, показанной щ на фиг. 3, а через катушки 5 и 6 протекает ток заряда конденсаторов 3 и 4 величиной 2g/ - сопла 2, зависящей от nol требпяемой генератором мощности. В момент времени tp (фиг. 4) включается ти- 35 ристор 8 и конденсаторы 3 и 4 начинают" разряжаться на катушки 6 и 5 соответственно. При этом ток в катушках 5 и 6 увеличивается, а напряжение на конденсаторах 3 и 4 уменьшается. В момент когда конденсаторы 3 и 4 еше не разрядились, включаются тиристоры 9 и 10 и тиристор 8 запирается, так как к нему в обратном направлении прикладывается напряжение на конденсаторе 13. При этом ток катушки 5 замыкается по цепи катушка 5 - конденсатор 4 — тиристор 10конденсатор 13 - тиристор 9 — катушка5, а ток катушки 6 - по пепи катушка 6тиристор 10 — конденсатор 13 - тирис- 4 тор 9 — конденсатор 3 — катушка 6.

Конденсатор 13 разряжается суммарным током катушек 5 и 6. В момент ttI напряжение на конденсаторе 13 становится равным нулю и к тиристору 8 начинает прикладываться положительное напряжение перезаряжаюшегося конденсатора 13.

При переэаряде конденсатора 13 напряжение на конденсаторах 3 и 4- продолжает уменьшаться. В момент конденсатор 13 переэаряжается до напряжения, равного сумме напряжений на конденсаторах 3 и 4. При этом открывается диод 7 и ток катушки 5 замыкается по цепи катушка 5 - диод 7 - конденсатор 3SS катушка 5, а ток катушки 6 - по цепи катушка 6 -конденсатор 4 — диод 7 - zaтушка 6. Энергия, запасенная в магнитных полях катушек 5 и 6, рекуперирует в конденсаторы 3 и 4 соответственно.

Ток через тиристоры 9 и 10 прекращается и они запираются. Конденсатор 13 остается перезаряженным до момента коммутации в следующем цикле формирования импульса тока в катушках 5 и 6. В течение процесса рекуперации через диод 7 протекает ток, равный разности токов в нагрузке и входного тока Зо источника 1.

В момент 1 эти токи сравниваются по величине и конденсаторы 3 и 4 заряжаются постоянным током 3p/2 через катушки

5 и 6 соответственно. Напряжение на конденсаторах 3 и 4 линейно возрастает, а в цепи катушек 5 и 6 течет постоянный по величине ток 2о /2. В момент

Ь напряжение на кондейсаторах 3 и 4 возрастает до первоначального значения и схема возвращается в исходное состояние.

Для формирования следующего импульса тока в нагрузке открывается снова тиристор 8, а для его запирания открываются тиристоры 11 и 12. В остальном схема работает аналогично.

По сравнению с прототипом KIID предлагаемого генератора выше, так как в нем нет потерь энергии на обмотке дросселя насыщения, обтекаемой суммарным током нагрузочных катушек индуктивности. Наличие узла искусственной коммутации тиристора 8 позволяет регулировать степень разряда конденсаторов 3 и

4. При этом регулируется величина вводимой в нагруэочные катушки 5 и 6 энергии, следовательно, регулируется выходная мощность генератора, что выгодно отличает предлагаемый генератор от прототипа. Кроме этого, в момент эапирания тиристора 8 к нему прикладывается полное напряжение конденсатора 13, уменьшающееся значительно медленнее по сравнению с напряжением на тиристопульсов тока по сравнению с прототипом.

В генераторе импульсов тока (фиг. 1) 7 92483 тока заряда конденсаторов 3 и 4, равного половине входного тока источника 1.

Поэтому предлагаемый генератор наиболее целесообразно использовать для питания потребителей индукционного дейст. вия, у которых выходной эффект опреде. ляется только величиной переменной составляющей. Примером таких потребителей могут быть индукционно-динамические преобразователи, индукторы установок ин-1о дукционного нагрева и т..п. У них выходной эффект не зависит от величины постоянной составпяющей в пределах линейности этих систем.

В генераторе импульсов тока (фиг. 3) ток заряда конденсаторов 3 и 4, протекая по катушкам 5 и 6 в том же направлении, что и ток их разряда при включении тиристора 8, увеличивает амплитуду тока в нагрузочных катушках 5 и 6. Входной ток источника 1 питания прн этом не изменяется. Это повышает эффективность использования предлагаемого .;генератора при питании потребителей импульсной мошности f которых Выходной эффект за zg висит от амплитуды тока, например тяго.вые электромагниты. При питании от данного генератора обмоток магнитострик1 ционных излучателей также повышается эффективность использования. В этом слу- 3Q чае отпадают надобность в дополнительном источнике постоянного тока, создающим дополнительную постоянную составляющую тока.

В генераторе импульсов тока мощ35 костью 1 кВт на частоту следования ив пульсов тока 500...2000 имп/с исноль6 8 зовались катушки 5 и b индуктивностью

0,507 10 Г; конденсаторы 3, 4, 13

МБГП 1 - 50 - 300 В и МБГП 1 - 30300 В; тиристоры 8, 9, 10, 11, 12

ТЧ40, 4 кл, диод 7 ВЛ25, 4 кл, источник питания 1 — неуправляемый однофаэный двухполупериодный выпрямитель на диодах Д203.

Формула изобретения

Генератор импульсов тока, содержащий источник постоянного тока, зарядную цепь, мостовую схему, в два противоположных плеча которой включены конденсаторы, в два других плеча - катушки индуктивностн, в одну из диагоналей мостовой схемы включен диод, а в другую - тиристор, о т л и ч а ю щ и и .с я тем, что, с целью повышения частоты и КПД, введен тиристорный мост, в одну диагональ которого включен дополнительный конденсатор, а во вторую диагональ - тиристор мостовой схемы, источник постоянного тока через зарядную цепь включен в одну иэ диагоналей мостовой схемы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Луконин Е. И., Семенов В. Д., Фурман Э. Г. Импульсная схема возбуждения электромагнита ускорителя. — "Приборы и техника эксперимента, 1974, М 6, с. 17-19.

2 Авторское свидетельство СССР

No 693535, кл. Н 03 К 3/53, 1978 (прототип).

924836

Составитель И. Белякова

Редактор М. Янович Техреду Е.Харитончик Корректор Е. Рошко

Заказ 2836/73 Тираж 954 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4