Генератор импульсов тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сею» Сефетскии

Социапнстмческик

Республик (u)997236 (61) Дополнительное к авт. саид-ву)51) М-Nn з

Н 03 K 3/53 (22) Заявлено 120781 (21) 3318708/18-21 с присоединением заявки N9—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 150283 Бюллетень Ио б (33)УДК 821. 373 (088. 8) Дата опубликования описания 1%0283, В.В. Ивашин, Н.И, Чернявский и В.И. Ш4фуфоу, Д : с

Ф

/ ° 4,,:

Л,,:

Тольяттинский политехнический институт "

Ю, (72} Авторы изобретения (71) Заявитель (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 нагрузочные катушки индуктивности, в два других плеча включены накопительные конденсаторы, в.одну из диагоналей моста включен пер-. вый тиристор, а в другую диагональ включены последовательно первый. диод и цепочка из последовательно соединенных. второго диода и дросселя насыщения, параллельно которой присоединена цепочка .иэ последовательно соединенных второго тиристора и «ом-: мутнрующего конденсатора, к которому через дроесель, эашунтированный третьим тиристором, присоединен .выпрямитель 1.1}.

Однако известный генератор имеет низкий КПД эа счет потерь в обмотке дросселя насыщения и невысокую рабочую частоту за счет того, что .к первому тиристору во .время коммута"ции прикладывается не полное напряжение коммутирующего конденсатора, а разность между напряжением на коммутирующем конденсаторе и суммой напряжений на накопительных конден5

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является генератор импульсов тока, который содержит мостовую схему, s два противоположных плеча которой включены нагрузочные катушки индуктивности, в два других плеча включены накопительные конденсаторы,в одну из диагоналей включен тиристор, а в другую диагональ включены парал15 лельно первый диод и цепочка из последовательно соединенных второго диода, дросселя насыщения и.коммутирующего конденсатора, к которому через.зарядную цепь подключен источник

2О постоянйого тока 2).

Однако известный генератор также имеет невысокие КПД за счет потерь в обмотке дросселя насыщения и невы 25 сокую рабочую частоту за счет того, что к тиристору so время коммутации прикладывается не полное напряжение коммутирующего конденсатора, а- разность между напряжением на коммути30 рующем конденсаторе и суммой напря997236 жений на накопительных конденсаторах.

Цель изобретения - пЬвйшение частоты и КПД генератора.

Для достижения поставленной цели в генераторе импульсов тока, содержа- 5 щем источник .постоянного тока, под- . ключенный иереэ зарядную цепь к мостовой схеме, в два противоположных. плеча которой включены первый и второй конденсаторы, в два других плеча, t0 которой включены первая и вторая катушки индуктивности,причем в одну; ,из диагоналей мостовой схемы включен диод в запирающем направлении относктельно зарядного напряжения на пер;15 вом и втором конденсаторах, а во вто- .. рую диагональ включен разрядный коммутатор, третий конденсатор, разрядный коммутатор выполнен в виде тиристорного мостового коммутатора, в диагональ которого -включен третий конденсатор.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема генератора импульсов тока, когда источник постоянного тока включен в диагональ мостовой схемы, которая содержит ти ристорный мостовой коммутатор, на фиг.2 - кривые токов и напряжений на отдельных элементах генератора, изображенного на фиг ° 1; на фиг.3 - прин- 30 ципиальная электрическая схема генератора, когда источник постоянного тока включен в диагональ мостовой схемы генератора, которая содержит диод, на фиг.4 и 5 — кривые токов и 35 напряжений на отдельных элементах генератора, изображенного на фиг.3.

Генератор импульсов тока содер жит источник 1 постоянного тока, за рядную цепь 2, конденсатор 3 (тре- 40 тий), мостовую схему, в два противо,положных плеча которой включены первый конденсатор 4 и второй конденсатор 5, в два других плеча - первая катушка б индуктивности и вторая ка-. 45 тушка 7 индуктивности, в одну из диагоналей включен диод 8, а в другую диагональ включен тиристорный мостовой коммутатор на тиристорах

9-12, На фиг,.2 обозначены: кривая 13сумма напряжений .на конденсаторах

4 и 5, кривая 14 - напряжение на одном из конденсаторов 4 или 5, кривая 15 - ток в одной из катушек 7 или б, кривая 16 - напряжение на конденсаторе 3.

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

В исходном состоянии от источника

1 течет ток 3р заряда конденсаторов 60

4 и 5 через нагруэочные катушки б и

7. Принимают направление его в этот момент в катушках б. и 7 отрицатель-. ным.. Конденсаторы 3 -. 5 заряжены до требуемого уровня напряжения.

Конденсатор 3 может быть заряжен или от постороннего источника или путем .предварительного отпирания тирнсторов 9 и 12 также от источника 1 через зарядную цепь 2.

В момент времени о(фиг.2у открываются тиристоры 9 и 10 и конденсаторы 4 и 5 подключаются к нагрузочным катушкам б и 7, соответственно. При этом ток в катушках б и 7 уменьшает ся по абсолютной величине, а напряжение на конденсаторах 4 и 5 увеличивается. В момент 4 8 ток в.катушках б и 7 пацает до нуля, а напряжение на конденсаторах 4 и 5 максимально, а затем после момента 1 напряжение на конденсаторах 4 и 5 уменьшается, а ток в катушках б и 7 увеличивается, В.момент времени 1, когда конденса торы 4 и 5 еще не разрядились, включается тиристор 11,. тиристор 9 при этом запирается, так как к нему в обратном направлении прикладывается напряжение на конденсаторе 3. При этом ток катушки б замыкается по цепи: катушка б - конденсатор 4 — тиристор 11 — конденсатор 3 — тиристор

10 - катушка 6. Ток катушки 7 — по цепи: катушка 7 — тиристор 11 - конденсатор 3 — тиристор 10 — конденсатор 5 — катушка 7. Конденсатор 3 разряжается суммарным током катушек б и 7. В момент 4 он.полностью разряжается и к тиристору 9 прикладывается положительное напряжение перезаряжающегося конденсатора 3. При перезаряде конденсатора 3 напряжение на конденсаторах 4 и 5 продолжает уменьшаться.

В момент 44 конденсатор 3 перезаряжается до напряжения, равного сумме напряжений на конденсаторах 4 и 5.

При этом открывается диод 8 и ток катушки б замыкается по цепи: катушка 6 - диод 8 - конденсатор 5 — катушка б. Ток катушки 7 замыКается по цепи: катушка 7 — конденсатор 4 диод 8 — катушка 7. Энергия, запасенная в магнитных полях катушек б и 7, рекуперирует в конденсаторы 5 и 4, соответственно. Ток через тиристоры 10 и 11 прекращается и они запираются. Конденсатор 3 остается перезаряженным до следующего цикла формирования импульса тока в нагрузочных катушках б и 7 индуктивностей.

В течение процесса рекуперацни через диод 8 протекает ток, равный сумме токов в катушках индуктивностей и входного тока источника 1. В момент времени ток в катушках б и 7 меняет направление. В момент времени

Ььток в каждой катушке достигает половины входного тока и диод 8 запирается. До момента 17 конденсаторы

3 и 4 заряжаются постоянным по величине током, равным половине входного тока от источника 1. В момент t > схема возвращается в исходное сос997236 тояние и снова открываются тиристоры

9 и 10. В этом цикле формирования импульса тока коммутация тиристора

10 осуществляется при открывании .тиристора 12. В остальном схема работает аналогично.

От момента включения тиристоров

11 или 12 зависит степень разряда конденсаторов 4 и 5, т.е. величина вводимой в катушки б и 7 энергии в течение импульса тока и,следовательно, выходная мощность генератора.

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

В исходном состоянии конденсаторы 1

3 - 5 заряжены до требуемого уровня напряжения с полярностью. показанной на фиг.3, а через катушки б и 7 протекает ток заряда конденсатора 4 и 5 величиной Эр/2, зависящей от потребляемой генератором мощности. В момент времени +o (фиг. 4 ) включаются тиристоры 9 и 10, и конденсаторы 4 и 5 начинают разряжаться на катушки

7 и б, соответственно. При этом ток в катушках б и 7 увеличивается, а напряжение на конденсаторах 4 и 5 уменьшается. В момент +q когда конденсаторы 4 и 5 еще не разрядились,-включается тиристор 11, и тиристор 9 запирается, так как к нему в обратном направлении прикладывается напряжение на конденсаторе 3. При этом ток катушки б заьыкается по цепи: катушка б — конденсатор 5 тиристор 11 — конденсатор 3 †. тиристор 10 - катушка б. Ток катушки 7 замыкается,по цепи . катушка 7 — тиристор 11 — конденсатор 3 — тиристор

10 - конденсатор 4 — катушка 7. Конденсатор 3 разряжается суммарным током катушек .б и 7. В момент напряжение на конденсаторе 3 становится равным нулю и к тиристору 9 начинает прикладываться положительное напряжение перезаряжающегося конденсатора 3. При перезаряде конденсатора 3 напряжение на конденса.торах 4 и 5 продолжает уменьшаться. ,В момент 13 конденсатор 3 перезаряжается до напряжения, равного сумме

-напряжений на конденсаторах 4 и 5.

При этом открывается диод 8 и ток катушки б..замыкается по цепи: катушка 6 - диод 8 - конденсатор 4 — катушка б. Ток катушки 7 замыкается по цепиг катушка 7 - конденсатор 5— диод 8 - катушка 7. Энергия, запасенная в магнитных полях катушек б и 7, рекуперирует в конденсаторы 4 и 5, соответственно. Ток через тиристоры .10 и 11 прекращается, и они запираются. Конденсатор 3 остается перезаряженным до момента коммутации в следующем цикле формирования импульса тока в катушках б и 7. В течение процесса рекуперации через диод 8 протекает ток, равный разнос6 ти токов в нагрузке и входного тока

Зо источника .1. В момент Ф4 эти то ки сравниваются по величине и конденсаторы 4 и 5 заряжаются постоянным током Эо/2 через катушки 6 и 7, 5 соответственно. Напряжение на конденсаторах 4 и 5 линейно возрастает до первоначального значения, и схема возвращается в исходное .состояние.

Для формирования следующего им о пульса тока в нагрузке открываются сноьа тиристоры 9. и 10, но коммутация тока производится путем запирания тиристора 10, отпиранием тиристора 12. В остальном схема работает

15 аналогично.

Предлагаете схемы (фиг.1 и 3) могут работать и в другом режиме, который характеризуется иным алгоритмом управления тиристорами генератора импульсов тока.

В исходном состоянии конденсаторы

3 — 5 заряжены до требуемого уровня напряжения с полярностью, показанной на фиг. 3 ° Через катушки б и 7 протекает ток заряда конденсатора 3 и 4 5 величиной Эр/2, зависящей от потребляемой генератором мощности. В момент времени +р (фиг.5) включаются . тиристоры 10 и 11. При этом конденсатор 4 разряжается по цепи: конден30 сатор 4 — катушка 7 — тиристор 11 конденсатор 3 — тиристор 10 — конденсатор 4. Конденсатор 5 разряжается по цепи: конденсатор 5 — тиристор

11 — конденсатор 3 - тиристор 10—

35 катушка б — конденсатор 5. При этом ток в катушках 6 и- 7 увеличивается, а напряжение на конденсаторах 4 и 5 уменьшается. Конденсатор 3 перезаряжается суммарным током катушек 6

4Q и 7. В момент+ напряжение на кон-. денсаторе 3 становится отрицательным и в момент 1 достигает напряжения, равного сумме напряжений на конден-. саторах 4 и 5. При этом открывается

45 диод 8 и ток катушки б замыкается по цепи: катушка б - диод 8 — конденсатор 4 - катушка б. Ток катушки

7 замыкается по цепи: катушка 7 конденсатор 5 — диод 8 — катушка 7.

Энергия, запасенная в магнитных полях катушек б и 7, рекуперирует в конденсаторы 4 и 5, соответственно.

Ток через тиристоры 9 и 10 прекращается, и они запираются. Конденсатор 3 остается перезаряженным до мо55 мента 4-4 начала формирования следующего импульса тока. В течение процесса рекуперации через диод 8,протекает ток, равный разности токов в нагрузке и входного тока 3о источ60 ника 1. В момент +> эти токи сравниваются по величине, и конденсаторы 4 и 5 заряжаются постоянным током Ъ/2 через катушки 6 и 7, соответственно. Напряжение на конденса,с5 торах 4 и 5 .линейно возрастает, а

997236 в цепи катушек 6 и 7 течет постоянный по величине ток Э /2. В момент

kg напряжение на конденсаторах 4 и 5 возрастает до первоначального значения, и схема возвращается в исходное состояние.. 5

Для формирования следующего импульса тока в нагрузке открываются тиристоры 9 и 12. В остальном схема работает аналогично.

По сравнению с прототипом КПД у предлагаемого генератора выше, так как в нем нет потерь энергии на обмотке дросселя насыщения, обтекаемой суммарным током нагрузочных катушек индуктивности. Изменяя момент включения тиристоров 11 и 12, можно регулировать величину ввоцимой в нагрузочные катушки энергии, следовательно, можно регулировать величину выходной мощности генератора, что

O выгодно отличает предлагаемый генератор от прототипа. Кроме этого, в момент запирания тиристоров 10 и

9 к ним прикладывается полное нап,ряжение конденсатора 3, уменьшающееся значительно медленнее по сравнению 5 с напряжением на тиристоре прототипа.

При этом время для восстановления управляемости тиристоров 9 и 10 существенно увеличивается, что позволяет повысить верхний предел рабо.чей частоты предлагаемого генератора импульсов тока по сравнению с прототипом. Во втором режиме работы время для восстановления управляемости тиРисторов генератора еще больше увели- 35 чивается, так как к тиристорам прикладывается обратное напряжение конденсатора 3 в течение времени от начала рекуперации и до начала формирования следующего импульса тока в,нагрузочных катушках.

В генераторе импульсов тока (фиг.1) входной ток источника 1 постоянного тока, заряжающий конденсаторы 4 и 5, для компенсации потерь в течение импульса тока протекает по катушкам

6 и 7 в направлении, обратном току разряда конденсаторов 4 и 5 во время нарастающей части импульса тока. Это приводит к тому, что постоянная составляющая тока в катушках б и 7 50 уменьшается на величину тока заряда конденсаторов 4 и 5, равного половине входного тока источника 1. Поэтому данный генератор наиболее целесообразно использовать для питания 55 потребителей индукционного действия, у которых выходной эффект определяется только величиной переменной сос- . тавляющей. Примером таких потребителей могут быть индукционно-динами- бо ческие преобразователи,индукторы установок индукционного нагрева и т.п. У них выходной эффект не зависит от величины постоянной составляющей в пределах линейности этих систем.

В генераторе импульсов тока (фиг.32 ток заряда конденсаторов 4 и 5, протекая в том же направлении, что и ток их разряда, при включении тиристоров 9 и 10 увеличивает амплитуду тока в нагрузочных катушках 6 и 7, Входной ток источника 1 питания при этом не изменяется, Это повышает эффективность использования данного генератора при питании потребителей импульсной мощности, у которых выходной эффект зависит от амплитуды тока, например тяговые электромагниты. При питании от предлагаемого генератора обмоток магнитострикционных излучателей также повышается эффективность использования. В этом случае отпадает надобность в дополнительном источнике постоянного тока, создающем дополнительную постоянную составляющую тока.

В экспериментальном образце используются катушки индуктивностью

0,507 10" Гн, конденсаторы МБГП-1

50 — 300  — МБГП вЂ” 1 — 30 — 300 В, тиристоры ТЧ40 — 5 Кл, диод ВЛ25

5 Кл, источник питания — неуправляемый однофазный двухполупериодный выпрямитель на диодах ВЛ50.

Формула изобретения

Генератор импульсов тока, содержащий источник постоянного тока, подключенный через зарядную цепь к мостовой схеме, в два противоположных плеча которой включены первый и второй конденсаторы, в два других плеча которой включены первая и вторая катушки индуктивности, причем в одну из диагоналей мостовой схемы включен диод в запирающем направлении относительно зарядного напряжения на первом и втором конденсаторах, а во вторую диагональ включен разрядный коммутатор, третий конденсатор, о тл и.ч а ю шийся тем, что, с целью повышения рабочей частоты и

КПД,разрядный коммутатор выполнен в вйде тиристорного мостового коммутатора, в диагональ которого включен третий конденсатор. !

И сточ ни ки и нформации, 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, Р б, с. 17-19, 2. Авторское свидетельство СССР

М 693535, кл. Н 03 К 3/53, 1978.

997236

Тираж 934 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 958/77 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель И. Белякова

Редактор Т. Митрович ТехредМ.Гергель Корректор В. Прохненко