ТИРИСТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 1995 года по МПК H02M3/315 

Изобретение относится к тиристорным преобразователям частоты и предназначено, например, для использования в геофизических скважинных устройствах при проведении геофизических работ в скважине.

Известен преобразователь напряжения в ток, содержащий последовательный резонансный инвертор, выполненный в виде тиристорного полумоста с коммутирующим LС-контуром, подключенным к общей точке двух последовательно соединенных разделительных конденсаторов, подключенных к входным выводам через фильтровые дроссели, а к тиристорам полумоста через дополнительные дроссели, а также обратные вентили, соединенные одними разноименными электродами с точками соединения тиристоров с дополнительными дросселями, и цепь нагрузки. Кроме того, преобразователь снабжен выходным дросселем и стабилизирующим конденсаторным блоком, включенным между тиристорами полумоста и соединенным с другими разноименными электродами обратных вентилей и LС-контуром, а цепь нагрузки через входной дроссель подключена параллельно указанному конденсаторному блоку.

Инвертор имеет высокую стабильность выходного постоянного тока, обеспечиваемую за счет параметрических свойств схемы, и сохраняется в широком диапазоне частот инвертирования преобразователя. Это позволяет осуществлять глубокое регулирование выходного тока путем изменения частоты инвертирования преобразователя.

Недостатком известного преобразователя являются его большие габаритные размеры из-за наличия больших фильтровых дросселей, а также большого числа элементов схемы, что не позволяет использовать его в качестве скважинного генератора.

Кроме того, генератор на основе данного инвертора не обеспечивает работу магнитострикционной нагрузки (магнитострикционных преобразователей), что сужает область его возможного применения. Для эффективной работы магнитострикционных преобразователей необходимо одновременное протекание переменного тока тока возбуждения и постоянного тока поляризации. Поэтому, если в качестве нагрузки будет использоваться магнитострикционный преобразователь, необходим дополнительный источник питания для обеспечения переменной составляющей тока.

Перед разработчиками стояла задача создания схемы тиристорного генератора, позволяющей надежно использовать его в геофизических скважинных (погружаемых) устройствах при различных, в том числе магнитострикционных нагрузках.

Цель изобретения создание надежного тиристорного генератора, имеющего широкие функциональные возможности.

Цель достигается тем, что в тиристорном генераторе, содержащем источник постоянного тока, первый и второй последовательно соединенные фильтровые конденсаторы, подключенные параллельно источнику постоянного тока и контуру, образованному последовательно соединенными первым коммутирующим дросселем, первым тиристором, третьим конденсатором, вторым тиристором и вторым коммутирующим дросселем, нагрузку, подключенную между катодом первого тиристора и анодом второго тиристора, введен четвертый конденсатор, включенный последовательно с третьим конденсатором, при этом общая точка последовательно соединенных первого и второго фильтровых конденсаторов объединена с общей точкой третьего и четвертого конденсаторов.

При таком схемном решении тиристорного генератора ток, протекающий через нагрузку, имеет переменную и постоянную составляющие, так как при любом из двух включенных тиристоров ток (его постоянная составляющая) через нагрузку всегда имеет одно и то же направление, а именно: от вывода, имеющего общую точку с выводом первого тиристора, к выводу, имеющему общую точку с входом второго тиристора.

Т.е. схема позволяет использовать в качестве нагрузки также и магнитострикционные преобразователи без применения дополнительного источника для их подмагничивания (поляризации).

Для обеспечения оптимального режима работы тиристорного генератора при магнитострикционной нагрузке необходимо настроить преобразователь на оптимальный режим работы (обеспечивающий максимальную мощность излучения), для чего необходимо согласовывать импеданс электрической части тиристорного генератора и импеданс магнитострикционного преобразователя. Данного согласования добиваются при определенных конкретных значениях переменного тока возбуждения и постоянного тока поляризации. Согласование работы двух источников питания преобразователя требует наличия дополнительных устройств и схемных решений, что ухудшает надежность и значительно увеличивает массогабаритные параметры генератора.

Предлагаемое техническое решение, исключив необходимость в дополнительном источнике тока для обеспечения магнитострикционной нагрузки, позволяет при одном источнике питания осуществлять согласование импеданса генератора (электрической части генератора) и магнитострикционной нагрузки путем подбора параметров элементов схемы генератора для конкретной магнитострикционной нагрузки, в дальнейшем нет необходимости контролировать импеданс электрической части генератора и нагрузки, так как их соотношение будет постоянным, определяемым только параметрами элементов схемы генератора.

Таким образом обеспечивается надежная и стабильная работа генератора при включении в его схему магнитострикционной нагрузки.

Кроме того, в предлагаемом генераторе его высокочастотная часть, состоящая из двух последовательных контуров и нагрузки, отделена от источника питания постоянного тока фильтровыми конденсаторами, для этого емкость фильтровых конденсаторов выбирается значительно большей, чем емкость коммутирующих конденсаторов. Следовательно, для надежной работы генератора не требуется дополнительного фильтрового дросселя, что позволяет снизить массогабаритные параметры генератора.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет минимизировать размеры тиристорного генератора, что делает возможным его использование в качестве скважинного генератора для питания скважинных геофизических устройств и тем самым также расширяет его функциональные возможности, а уменьшение элементов схемы и наличие одного источника питания для обеспечения как переменной составляющей тока, так и постоянной, позволяет повысить стабильность и надежность его работы.

На чертеже изображена схема предлагаемого тиристорного генератора.

Тиристорный генератор содержит входной выпрямитель 1, подключенный к последовательно соединенной паре фильтровых конденсаторов 2, 3, которые через коммутирующие дроссели 4, 5 подключены соответственно к аноду тиристора 6 и к катоду тиристора 7. К катоду тиристора 6 и к аноду тиристора 7 подключена пара последовательно соединенных коммутирующих конденсаторов 8, 9, зашунтированных нагрузкой 10 магнитострикционным преобразователем. Общие точки фильтровых конденсаторов 2, 3 и коммутирующих конденсаторов 8, 9 соединены между собой.

Генератор работает следующим образом.

В исходном состоянии переменное напряжение питающей сети промышленной частоты, поданное на входные выводы выпрямителя 1, преобразуется в постоянное. Конденсаторы 2, 3 заряжаются в сумме примерно до амплитудного значения напряжения питающей сети.

Далее с подачей импульсов управления попеременно на тиристоры 6,7 происходит процесс преобразования входного постоянного тока в ток высокой частоты.

При включении тиристора 6 полуволна тока, близкая по форме к синусоидальной, протекает по контуру:
6 10 9 2 4 6
8
При переключении тиристоров (с тиристора 6 на тиристор 7) ток будет протекать по контуру:
7 5 3 8 10 7
9
При протекании тока по магнитострикционной нагрузке последняя начинает работать в режиме, определяемом параметрами схемы тиристорного генератора.

Использование: в геофизических скважинных устройствах при проведении геофизических работ в скважине. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные первый дроссель, первый тиристор, два конденсатора, зашунтированных нагрузкой, второй тиристор и второй дроссель. Общая точка конденсаторов соединена с общей точкой двух последовательно соединенных фильтровых конденсаторов. Устройство позволяет осуществлять согласование импеданса генератора и магнитострикционной нагрузки путем подбора параметров элементов схемы генератора для конкретной магнитострикционной нагрузки. 1 ил.

ТИРИСТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий источник постоянного тока, первый и второй последовательно соединенные фильтровые конденсаторы, подключенные параллельно источнику постоянного тока и контуру, образованному последовательно соединенными первым коммутирующим дросселем, первым тиристором, третьим конденсатором, вторым тиристором и вторым коммутирующим дросселем, нагрузку, подключенную между катодом первого и анодом второго тиристоров, отличающийся тем, что в него дополнительно введен четвыртый конденсатор, включенный последовательно с третьим конденсатором, при этом общая точка последовательно соединенных первого и второго фильтровых конденсаторов объединена с общей точкой третьего и четвертого конденсаторов.