Генератор импульсов тока

 

Союз Советскии

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (» 940280 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 23.12.80 (21) 3220835/18-21 (S l ) M. Кл.

Н 03 К 3/53 с присоединением заявки №3Ъеударствеииый комитет

СССР (23) Приоритет— оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.06.82. Бюллетень № 24

Дата опубликования описания 30.06.82 (53) УДК621.373. .1{088 8) (72) Авторы изобретения

В. М, Шатунов и В, Н. Чигиринский

J а (71) Заявитель

Тольяттинский политехнический институт (54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА

Изобретение относится к устройствам преобразования энергии постоянного в энергию переменного тока и предназначен для импульсного возбуждения активноиндуктивных нагрузок, в частности индук5 торов электротермических установок и магнитострикторов.

Известны генераторы импульсов тока, используемые в электротехнических устройствах дня импульсного возбуждения активно-индуктивной нагрузки. Генератор импульсов тока содержит зарядное устройство, состоящее из источников питания и блока умножения напряжения, накопительный конденсатор, тиристоры и диоды, подкпючаюшие накопительный конденсатор к активно-индуктивной нагрузке и обеспечиваюшие рекуперацию избыточнои энергии из нагрузки и контуры искусственного выключения тиристоров (1). го

Недостатком такого генератора является низкий диапазон рабочих частот, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и характеру протека ни я элек тром агни тных процессов явля е тся генератор, содержаший зарядное ус тройс т.-, во, состояшее из источника питания и сгпаживаюшего дросселя, накопительный конденсатор, рабочие тиристоры, первый из которых подключен анодом к попожительному электроду накопительного конденсатора, а катодом к первому зажиму нагрузки, а второй - катодом к отрицательному электроду накопительного конденсатора, в анодом « ко второму зажиму нагрузки, отсекаюшие диоды, анод первого из которых подключен ко второму зажиму нагрузки, отсекаюшие диоды, анод первого из которых подкпючбн ко второму зажиму нагрузки, а катод к положительному электроду накопительного конденсатора, анод второго подкпючйн к отрицательному электроду накопительного конденсатора, а катод - к первому зажиму нагрузки, две цепи искусственной коммутации, каждая иэ которых состоит из последовательно соединенных коммутируюmего тирис тора и коммутирующего

94028 конденсатора, подключенные параллель; но каждому из рабочих тиристоров, и двс цепи подготовительного nepeaapsrga, поцключенные параллельно каждому из коммутирующих конденсаторов $2).

Для генератора импульсов тока присущ койебательный характер переходных процессов напряжения на конденсаторах,а соответственно и на других элементах схе м . Уровень этих переходных процессов в 1р в генераторе мЪжет в 1,5 «2 раза превосходить установившиеся значения. Это заставляет выбирать полупроводниковые приборы с более высоким классом напря жения. 35

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей генератора за счет повышения коммутационной устойчивости генератора.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторе импульсов тока, содержащем источник питания, накопительный конденсатор, подключенный к источнику через входной дроссель и диод, рабочие тиристоры, первый из которых подкшочен анодом, а второй катодом к накопительному конденсатору, нагрузку, подключенную первым зажимом к катоду первого и вторым зажимом к аноду второго рабочих тиристоров, отсекающие диоды, первый из которых подключен анодом к втqpoMy зажиму нагрузки, а второй - катодом к первому зажиму нагрузки, коммутирующие конденсаторы, подключенные параллельно кеждому рабочему тиристору через коммутирующие тиристоры и перезарядные

35 цепи, каждая из которых состоит из последовательно включенных вспомогательного тиристоре и дросселя, подключенных параллельно коммутирующим конденсаторам, Щ входной дроссель снабжен дополнительной обмоткой, первый вывод которой через дополнительный диод, а второй вывод через дополнительный кондеисетор соединены с катодом второго рабочего тиристора, а точка соединения дополнительного конденсатора и второго вывода дополнительной обмотки подключена положительному зажиму источника питания.

При этом первый вывод дополнительной обмотки соединец с катодом допол- 5О кительного диода, причем дополнительная обмотка магнитно-встречно связана с входным дросселем.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого ге- 55 нератора импульсов тока; на фиг. 2временные диаграммы токов и напряже,ния на элементах генераторв в течение с

0 4 одного периода работы генератора; на фиг. 3 - огибающие значений напряжений на конденсаторах и входного тока в начале каждого периода и времени, предоставляемого рабочим тиристором на восстановление своих управляющих свойств в зависимости от количества периодов работы генератора, енеретор импульсов тока содержит зарядное устройство, состоящее из источника питания и дросселя 2, накопительный конденсатор 3, подключенный к источнику 1 питания через дроссель 2, K выходным зажимам источника 1 питания ния подключен конденсатор 4, К положительному зажиму источника 1 литания подключена цепь из соединенных последовательно дополнительной обмотки 5 и диода 6, енод которого подключен к отрицательному зажиму источника питания, а дополнительная обмотка 5 магнитно-перекрестно связана с дросселем 2. Последовательно с дросселем 2 подключен диод

7, который подсоединяется катодом к накопительному конденсатору 3.

Кроме того, генератор импульсов тока содержит рабочие тиристоры 8 и 9, первый из которых подключается анодом, а второй катодом к накопительному конденсатору 3, нагрузку 10, подключенную первым зажимом к катоду первого и вторым зажимом к аноду второго рабочих тиристоров Я и 9, отсекающие диоды 11 и 12, первый из которых подключен анодом ко второму зажиму нагрузки 10, а катодом - к положительному зажиму источника 1 питания.

Второй отсекаюший диод 12 соединен катодом с первым зажимом нагрузки 10, а анодом с отрицательным зажимом источника 1 питания. Коммутирующие конденсаторы 13 и 14 подключены параллельно каждому рабочему тиривтору

8 и 9 через коммутирующие тиристоры

15 и 16.

Параллельно каждому из коммутирукицих конденсаторов 13 и 14 подключена перезерядная цепь. Каждая перезарядная цепь:состоит из последовательно включенных соответственно вспомогательных тиристоров 17 и 18 и дросселей 19 и 20.

Емкость каждого из коммутирующих конденсаторов 13 и 14 в 3 — 10 раз меньше емкости накопительного конденсаторе 3. Индуктивность дросселя 2 в

20 - 30 раз больше индуктивности нагрузки 10, Количество витков дополнитель5 9402 ной обмотки 5 в 1,5 - 5 раз больше количества витков дросселя 2, Кривая 21 (фиг.2) изображает изменение тока в нагрузке 10, кривая 22 « напряжение на накопительном конденсаторе 3, а кривая 23 - на одном из коммутирующих конденсаторов 13 и 14 во время одного периода работы генератора.

Кривая 24(фиг. 3) изображает зависи мость начальных значений напряжений на на- 10

I копительном конденсаторе 3 от количества периодов работы генератора, кривая 25— зависимость начальных значений напряжений н а коммутирующем конденсаторе

13 и 14 от количества периодов работы 15 генератора, кривая 26 зависимость тока в дросселе 2 от количества периодов работы генератора, кривая 27 - зависимость значений времени, предоставляемого схемой для восстановления управля- 20 юших свойств рабочих тиристоров 8 и 9 от количества периодов работы генератора, Генератор импульсов тока каждый период работает следующим образом, При подаче управляющих импульсов на 25 рабочие тиристоры 8 и 9, накопительный конденсатор 3 разряжается на нагрузку

10, В момент времени (фиг,2), когда напряжение на накопительном конденсаторе 3 уменьшается, но еше сменяет по- зо лярность, подаются импульсы управления на коммутирующие тиристоры 15 и 16 цепей искусственной коммутации. Рабочие тиристоры 8 и 9 выключаются и коммутирующие тиристоры 15 и 16 и пе35 рехватывают ток нагрузки 10. К рабочим тиристорам 8 и 9 прикладывается отрицательное напряжение коммутирующих конденсаторов 13 н 14. Под действием тока нагрузки 10 коммутирующие конденсаторы 13 и 14, имеющие емкость меньшую, чем емкость накопительного конденсатора 3, быстро перезаряжаются.

Отрицательное напряжение прикладывается к рабочим гиристорам 8 и 9 в течеф5 ние времени разряда коммутирующих конденсаторов 13, 14 до нуля.

После изменения полярности напряжения на коммутирующих конденсаторах

13 и 14 меняется полярность напряжения на нагрузке 10. В момент 14 (фиг.2}, 59 когда напряжение на нагрузке 10 становится равным по абсолютной величине напряжению на выходе источника 1 питания, открываются отсекающие диоды

ll 12 и перехватывают ток нагрузки

10. Коммутирующие тиристоры 15 и 16 запираются и напряжение на каждом из коммутирующих конденсаторов 13, 14

80 6 отсекается на уровне, равном напряже1 нию CIRRO сНм ) где Vqq напряжения на накопительном конденсаторе В в момент отсечки

F - напряжение источника 1 питания, Электромагнитная энергия нагрузки

lO рекомендуется в конденсатор 4 на выходе источника 1 питания, а из источника питания 1 через дроссель 2 поступает энергия в накопительный конденсатор 3. После уменьшения тока нагрузки 10 до нуля отсекакзцие диоды 11,12 запираются. Or схемы управления включаются тиристоры 17 и 18 цепей подготовительного перезаряда, коммутирую шие конденсаторы 13 и 14 перезаряжаются и полярность напряжения на них становится первоначальной, В следующем периоде работа генератора повторяется.

Перец пуском генератора конденсаторы

3 и 4 заряжены до напряжения источника 1 питания и ток в дросселе 2 отсут» ствует, Каждый из конденсаторов 13 и

14, как правило, также заряжен до напряжения источника 1 питания. При пуске генератора ток в дросселе 2, индуктивность которого зкачительно превышает индуктивность нагрузки 10, нарастает не мгновенно, а за несколько периодов работы генератора. При токе в

gpoccene.2 меньше установившегося, начальное напряжение Осно на накопительном конденсаторе 3 в каждый следующий период работы уменьшается (кривая 24).

Уменьшается начальное напряжение U q+ и на каждом из коммутирующих конденсагоров 13 и 14 (кривая 25), но в гораздо меньшей степени, так как согласно выражению (1) на уровень напряжения отсекаемого на коммутирующем конденсаторе 13 и 14 оказывает влияние не только меняющееся в зависимости от периода напряжение()г,,„.,„, ио и постоянное напряжение источника 1 питания. Напряжение Осн ;на накопительном конденсаторе 3 в момент запирания коммутирующих конденсаторов 13 и 14 всегда меньше напряжения источника 1 питания, поэтому уровень начального . напряжения на коммутирующих конденса торах 13 и 14 в предлагаемом генераторе выше, чем у известного. Увеличен ние напряжения на коммутирующих конденсаторах 13 и 14 увеличивает вреия

940280

4, предоставляемое схемой, рабочим тиристором 8 и 9 на восстановление своих управлякяцих свойств.

Время, в переходном режиме при пуске предлагаемого генератора больше, 5 чем в установившемся режиме. По мере нарастания входного тока (фиг.3, кривая

26) напряжение на накопительном конденсаторе 3 в начале каждого последую- щего периода работы генератооа возрас- 0 тает по колебательному закону (фиг.3, кривая 24).

При напряжении на накопительном конденсаторе 3 большем, чем напряжение источнике 1 питания, к концу входного 15 дросселя 2 со стороны накопительного конденсатора 3 прикладывается положительное напряжение. Соотношение витков дросселя 2 и дополнительной обмотки 5 выбраны таким обрезом, что при опре- 20 деленном уровне напряжения на накопительном конденсаторе 3 открывается диод 6 и входной ток перехватывается в цепь диод 6 — конденсатор 4. Диод 7 при этом препятствует возникновению сквоз- 25 ного разряда накопительного конденсатора

3 на конденсатор 4.

Уровень напряжения накопительного конденсаторе 3, при котором отпирается диод 6, выбран несколько выше максимально ного напряжения, которое бывает на накопительном конденсаторе 3 в установившемся режиме. Г1ри рекуперадии энергии из дросселя 2 в конденсатор 4 источник

1 питания отключается. Генератор в это время продолжает работать (фиг.3, период 8), напряжение на накопительном конденсаторе 3 понижается и, когда оно становится меньше напряжения на конденсаторе 4, открывается диод 7 и конден- 4р сатор 4 через дроссель 2 цачинает отдавать свою энергию в накопительный конденсатор 3.

При отпирании диода 7 диод 6 запира ется. Источник 1 питания (обычно это не- 45 управляемый выпрямитель) продолжает оставаться в запертом состоянии до тех пор, пока е го выходное напряже н не не сравняется с напряжением на конденсаторе 4. Отключение источника 1 питания от генератора стабилизирует ток в дросселе 2 и напряжение на накопительном конденсаторе 3 на уровне, который они имеют в установившемся режиме. Обычно до выхода на установившийся режим происходит несколько перехватов тока дросселя 2 в цепь конденсатор 4 - диод 6, Длительность работы диода 6 и обмотки

5 значительно меньше длительности работы остальных элементов генератора, пснэтому обмотка 5 наматывается из сравнительно тонкого провода, а диод 6 выбирается на небольшой средний ток.

Преимущество предлагаемого генератора состоит в том, что время, предоставляемое схемой для восстановления управляющих свойств рабочих тиристоров, в предnaraeMoM генераторе выше, чем в известном, следовательно, и коммутационная надежность генератора будет большей. Это позволяет использовать генератор импульсов тока при более высокой частоте возбуждения с нагрузкой, параметры которой могут меняться в широких пределах, что значительно расширяет функциональные возможности генератора, Кроме гого, в рассматриваемом генераторе значительно уменьшается максимальное напряжение на элементах схемы. .Уменьшение максимального напряжения приводит к снижению стоимости, веса и габаритов генератора, которые компенсируют появление добавочных элементов.

Формул» и зобре те ния . Генератор импульсов тока, содержащий источник питания, накопительный конденсагор, подключенный к источнику питания через входной дроссель и диод, рабочие тиристоры, первый из которых подключен анодом, а второй катодом к накопительному конденсатору, нагрузку, подключенную первым зажимом к катоду первого и вторым зажимом к аноду второго рабочих тиристоров, отсекающие диоды, первый из которых подключен анодом к второму зажиму нагрузки, а второй - катодом к первому зажиму нагрузки, коммутирующие конденсаторы, подключенные параллельно каждому рабочему тиристору через коммутирующие тиристоры и перезарядные цепи, каждая из которых состоит из последовательно включенных вспомогательного тиристора и дросселя, подключенных параллельно коммутирующим конденсаторам, отличающийся гем,что,с целью расширения функциональных возможностей, входной дроссель снабжен дополВ нительной обмоткой, первый вывод которой через дополнительный диод, а второй вывод через дополнительный конденсатор соединены с катодом второго рабочего тиристора, а точка соединения дополни« тельного конденсатора и второго вывода дополнительной обмотки подключена к положительному зажиму источника питания.

9 94028

2. Генератор по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, первый вывод допол нительной обмотки соединен с катодом дополнительного -диода, причем дополнительная обмотка магнитно-встречно свя- 5 зана с вкодным дросселем.

0 10

Источники информации, принятые,во вннмание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

0 44781 6, кл,Н 03 К 3/5 3, опублнк. 1 974.

2. Авторское свидетельство СССР

М 1 7 1 94 3, кл. Н 05 Н 1 3/04,опубл и к. l 96 5.