ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ С КОРОНООБРАЗУЮЩИМИ РАЗРЯДНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ Российский патент 1998 года по МПК H02M9/04 H03K3/53 B03C3/68 

Изобретение относится к технике импульсного питания электрических аппаратов с коронообразующими разрядными электродами, например электрофильтров, генератора озона и других аппаратов с комплексной электрической нагрузкой (реактивной и активной).

Использование для питания аппаратов с коронообразующими разрядными электродами высоковольтного постоянного напряжения при увеличении последнего ограничено появлением обратных пробоев и недостаточной электрической прочностью электродной системы. Повысить величину прикладываемого к электродам напряжения без потери электрической прочности аппарата можно только за счет дополнительного питания его импульсным напряжением.

Известен импульсный источник питания электрических аппаратов с разрядными коронообразующими электродами, содержащий источник постоянного напряжения, преобразователь напряжения, накопительную емкость, коммутатор рабочих импульсов и генератор управляющих импульсов. Преобразователь напряжения в этом импульсном источнике питания выполнен в виде удвоителя напряжения, содержащего накопительную емкость и последовательно соединенную цепочку с индуктивностью и тиристорным ключом, а коммутатор рабочих импульсов представляет собой подключенную к преобразователю напряжения формирующую емкость и связывающий ее с коронирующими электродами электрофильтра ротационный искровой разрядник. Управление частотой повторения импульсов осуществляется микропроцессорным контроллером, синхронизирующим включение тиристорного ключа и скорость вращения ротора искрового разрядника. Такой источник питания обеспечивает генерацию мощных наносекундных импульсов, однако двойной контур формирования импульса при необходимости синхронизации работы разрядника с включением тиристорного ключа усложняет его конструкцию. Кроме того, строго говоря, данный источник формирует не импульс, а цуг затухающих колебаний с периодом

где
L - индуктивность монтажа; C_н - емкость накопительного конденсатора; C_ф - емкость электродной системы электрического аппарата. Ценность последующих за первой полуволной колебаний для коронообразования мала, тогда как на них расходуется значительная часть запасенной в накопителе энергии, что снижает КПД аппарата.

Достигаемым результатом изобретения является повышение КПД аппарата с коронообразующими электродами при формировании мощных наносекундных импульсов на комплексной (преимущественно емкостной) нагрузке.

Это достигается тем, что в импульсном источнике питания электрических аппаратов с разрядными коронообразующими электродами, содержащем источник постоянного напряжения, преобразователь напряжения, накопительную емкость, коммутатор рабочих импульсов и генератор управляющих импульсов, согласно изобретению преобразователь напряжения выполнен с импульсным трансформатором, первичная обмотка которого подключена к источнику постоянного напряжения через дополнительный коммутатор, а выход коммутатора рабочих импульсов подключен через последовательно включенные нелинейную индуктивность и диод к первичной обмотке импульсного трансформатора.

На фиг. 1 изображена принципиальная структурная схема предлагаемого импульсного источника питания применительно к электрофильтру; на фиг. 2 - та же схема с более подробным раскрытием структурных элементов; на фиг. 3 - эпюры электрических напряжений U относительно текущего времени t на основных структурных элементах схемы при прохождении импульсов.

Для питания электрофильтра (ЭФ) 1 с системой коронирующих и осадительных электродов 2 и 3 соответственно и общей электрической емкостью C_Ф используются первый источник 4 постоянного напряжения (ИПН-1) и импульсный источник 5, содержащий второй источник 6 постоянного напряжения (ИПН-2), преобразователь 7 напряжения (ПН), накопительную емкость 8 (C1), коммутатор 9 (V1) рабочих импульсов и генератор 10 управляющих импульсов (ГУИ). Преобразователь 7 напряжения выполнен с импульсным трансформатором 11 (T1, фиг. 2), первичная обмотка которого подключена к источнику 6 ИПН-2 через дополнительный коммутатор 12, а выход коммутатора 9 V1 рабочих импульсов подключен через последовательно включенные нелинейную индуктивность 13 (L1) и диод 14 (D1) к первичной обмотке 15 импульсного трансформатора 11 T1. Вторичная обмотка 16 этого трансформатора через выпрямительный диод 17 (D3) подключена к накопительной емкости 8 C1. Общая точка выхода коммутатора 9 V1 и нелинейной индуктивности 13 L1 соединена с земляной (минусовой) шиной через диод 18 (D2), включенный последовательно с диодом 14 D1. Источник 4 ИПН-1 соединен с коронирующими электродами 2 электрофильтра 1 через токоограничительный элемент 19, а импульсный источник 5 - через переходную емкость 20 (C2). Коммутатор 9 V1 может быть выполнен в виде тиратрона различной конструкции (фиг. 1, 2) с управляющим электродом 21, подключенным к одному из выходов генератора 10 управляющих импульсов непосредственно (фиг. 1) или через импульсный трансформатор 22 (T2). Коммутатор 12 (V2) может быть выполнен в виде полностью управляемого ключа-таситрона. Накопительная емкость 8 C1 может быть выполнена в виде пакетного набора последовательно-параллельно соединенных конденсаторов, а коронирующие электроды 2 для более равномерного распределения импульсного заряда могут быть подсоединены к источникам питания через индуктивности 23 (L) (фиг. 2). Резисторы 24 (R1) и 25 (R2)(фиг. 2) служат для подачи соответственно на тиристор 9 V1 и таситрон 12 V2 напряжений обратной связи.

Устройство работает следующим образом.

В начальном состоянии накопительная емкость 8 C1 не заряжена, на электродах 2, 3 электрофильтра 1 имеется только постоянное напряжение смещения, подаваемое от источника 4 ИПН-1 через токоограничительный элемент 19 L2, обеспечивающий коронный ток низкого уровня. С источника 6 ИПН-2 на вход преобразователя 7 напряжения подается высоковольтное постоянное напряжение (порядка 15 кВ), а с генератора 10 управляющих импульсов - импульс U_V2 (фиг. 3а) на включение коммутатора 12 V2. При этом через первичную обмотку 15 импульсного трансформатора 11 T1 потечет ток, формирующий фронт импульса, снимаемого с его вторичной обмотки 16 через выпрямительный диод 17 D3 и заряжающего накопительную емкость 8 C1. При достижении на последней рабочего напряжения U_C1-70-100 кВ (фиг. 3б) коммутатор 12 V2 отключает емкостный накопитель 8 C1 от источника 6 ИПН-2 и на управляющий электрод 21 коммутатора-тиратрона 9 V1 подается импульс U_V1 (фиг. 3в) запуска от ГУИ 10. При срабатывании тиратрона 9 происходит заряд импульсом U_ЭФ (фиг. 3г) от накопительного конденсатора 8 C1 через индуктивности 23 L конструктивных емкостей C_Ф электродов 2, 3 электрофильтра 1. При этом накопительная емкость 8 C1 через включенный тиратрон 9 V2, нелинейную индуктивность 13 (L1) и диод 14 (D1) оказывается подключенной также параллельно источнику 6 ИПН-2. В сочетании с диодом 18 D2 это позволяет устранить колебательный процесс во входной цепи, вызываемой емкостным характером нагрузки (C_Ф электрофильтра), и осуществить рекуперацию избыточной энергии импульса в источник 6 постоянного напряжения, питающий генератор импульсов 5. Конструктивные параметры нелинейной индуктивности 13 L1 выбираются таким образом, чтобы задержка срабатывания этой индуктивности была больше фронта импульса напряжения на нагрузке (электродах электрофильтра). Благодаря этому первоначальное сопротивление индуктивности 13 L1 весьма велико и не оказывает влияния на процесс заряда межэлектродной емкости C_Ф электрофильтра. После заряда емкости C_Ф до максимального напряжения, в пределе равного удвоенному значению напряжения на накопительной емкости 8 C1, если C1 >> C_Ф, индуктивность 13 L1 насыщается и ее сопротивление резко уменьшается. Поскольку напряжение на накопительной емкости 8 C1 много больше напряжения источника 6 ИПН-2, запасенная на накопительной емкости и электродах электрофильтра энергия возвращается в указанный источник питания. Для того, чтобы накопительная емкость и межэлектродная емкость электрофильтра не перезаряжались через насыщенную индуктивность 13 L1, диод 14 D1 и источник 6 ИПН-2, включен диод 18 D2, который ограничивает напряжение накопительной емкости и межэлектродной емкости электрофильтра на "нулевом уровне". Диод 14 D1 ограничивает поступление постоянного напряжения источника 6 ИПН-2 в выходную цепь в паузах между импульсами.

Импульсный источник питания электрических аппаратов с коронообразующими разрядными электродами, например электрофильтров, генераторов озона и других аппаратов с комплексной электрической нагрузкой (реактивной и активной), содержит источник постоянного напряжения, преобразователь напряжения, накопительную емкость, коммутатор рабочих импульсов и генератор управляющих импульсов. Преобразователь напряжения выполнен с импульсным трансформатором, первичная обмотка которого подключена к источнику постоянного напряжения через дополнительный коммутатор, а выход коммутатора рабочих импульсов подключен через последовательно включенные нелинейную индуктивность и диод к первичной обмотке импульсного трансформатора. Это позволяет устранить колебательный процесс во входной цепи, вызываемый емкостным характером нагрузки, например, на электродах электрофильтра, и осуществить рекуперацию избыточной энергии импульса в источник постоянного напряжения. 3 ил.

Импульсный источник питания электрических аппаратов с разрядными коронообразующими электродами, содержащий источник постоянного напряжения, преобразователь напряжения, накопительную емкость, коммутатор рабочих импульсов и генератор управляющих импульсов, отличающийся тем, что преобразователь напряжения выполнен с импульсным трансформатором, первичная обмотка которого подключена к источнику постоянного напряжения через дополнительный коммутатор, а выход коммутатора рабочих импульсов подключен через последовательно включенные нелинейную индуктивность и диод к первичной обмотке импульсного трансформатора.