Устройство для зарядки накопительного конденсатора Советский патент 1983 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для импульсного питания ламп накачки оптических квантовых генераторов, в локационной технике, в установках электроискровой обработки материалов и других потребителях импульсной мощности.

Известно устройство для зарядки накопительного конденсатора от трехфазного источника переменного тока. Оно содержит вентильно-конденсаторный выпрямитель-умножитель напряжения, образованный шестью диодами и тремя дозирующими конденсаторами. Вентили этого зарядного устройства соединены по схеме трехфазного электрического моста, выходной диагональю соединенного с накопительным конденсатором, а клеммы его входной диагоНсши через дозирующие конденсаторы подключены к трем фазовым выводам трехфазного источника переменного тока, обмотки которого соединены по схеме звезды с нейтралью. Вывод этой нейтрали через ключи или вентиль двухсторонней проводимости подключен к отрицательной выходной клемме моета СО.

Недостатком устройства является наличие большого числа диодов и дозирующих конденсаторов, что усложняет схему и повышает ее стоимость. Кроме того, выходное напряжение этого вентильно-конденсаторного выпрямителя-умножителя напряжений имеет сравнительно низкое значение, в результате чего напряжение накопитель10ного конденсатора не превышает удвоенного амплитудного значения фазового напряжения источника.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

15 устройство для зарядки накопительного конденсатора, содержащее трехфаз. ный источник, две вентильно-конденсаторные. ячейки, в первой из которых диод своим анодом, а во второй като20дом соединены с одними обкладками соответствующих дозирующих конденсаторов, другие обклёшки которых подключены к первой и третьей фазам источника, к аноду первой вентильно25конденсаторной ячейки подключена обкладка накопительного конденсатора, между второй обкладкой которого и катодом диода второй вентильноконденсаторной ячейки включен зарядный генератор, а катод диода первой

30 и анод диода второй вентильно-конденсаторных ячеек подключены к второй фазе источника, а также блок контроля напряжения и фазового упра ленияг-тиристором 23Недостатком известного устройств является относительно невысокая величина его выходного напряжения не превосходит 5,2 амплитудного зна чения фазного напряжения источника переменного тока. Это ограничивает скорость передачи энергии источника в накопительный конденсатор и ухудшает массогабаритные и удельные эне гетические показатели устройства в целом. Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство для зарядки нак пительного конденсатора, содержащее трехфазный источник, две вентильноконденсаторные ячейки, в первой из которых диод своим анодом, а во вто рой катодом соединены с одними обкладками соответствующих дозирующих конденсаторов, другие обкладки кото рых подключены к первой и третьей фазам переходного источника, к анод диода первой вентильно-конденсаторной ячейки подключена обкладка накопительного конденсатора, вторая обкладКа которого подключена к като ду зарядного тиристора, а катод диода первой ячейки - к аноду диода второй вентильно-конденсаторной яче ки, а также блок контроля напряжения и фазового управления тиристором, выходы которого подключены к выводам второй и третьей фаз,трехфазного источника, обклсщкам накопительного конде.нсатора и управляющему электроду зарядного тиристора, оно снабжено дополнительными диодами и дозирукядим конденсатором, кото рый включен между второй фазой трех фазного источника и катодом диода первой вентильно-конденсаторной ячейки, причем анод дополнительного диода подключен к катоду диода второй вентильно-конденсаторной ячейки катод дополнительного диода - к третьей фазе трехфазного источника, а анод зарядного тиристора соединен с первой фазой трехфазного источника. Это позволяет увеличить напряже,ние на накопительном конденсаторе до значения, в 6,8 раза превышающего амплитуду фазного напряжения источника переменного тока, что на 31% выше, чем у прототипа. На чертеже приведена схема устройства. Устройство содержит трехфазный источник 1 переменного тока с фазами 2 - 4, две вентильно-конденсаторные ячейки, в первой из которых диод 5 своим анодом, а во второй диод 6 катодом соединены с одними обкладка ми соответствующих дозирующих конденсаторов 7 и 8. Другие обкладки этих конденсаторов подключены к третьей и первой фазам источника 1 соответственно. Устройство содержит также положительную 9 и отрицательную 10 выходные клеммы для соединения с накопительным конденсатором 11, зарядный тиристор 12, катод которого подключен к положительной выходной клемме 9. Катод диода 5 соединен с анодом диода 6. Кроме того, устройство содержит диод 13 и дозирующий конденсатор 14, который включен между второй фазой источника и катодом диода 5. При этом диод 13 анодом подключен к катоду диода 6, а катодом - к третьей фазе источника 1. Свободный анод зарядного вентиля тиристора 12 - соединен с фазой 4. Управление процессом заряда накопительного конденсатора 11 осуществляется с помощью блока 15 контроля напряжения и фазового управления тиристором 12. При рассмотрении работы устройства будем считать, что заряд дозирующих и накопительного конденсаторов осуществляется при нулевых начальных условиях, а управляемый тиристор 12 закрыт. Заряд накопительного конденсатора в общем случае осуществляется в два этапа: начальный заряд (когда напряжение накопительного конденсатора не превосходит амплитудного значения линейного напряжения Uj,,) и собственно заряд, который будем именовать дозатором. Пусть в начальный момент времени к фазе 4 приложено положительное относительно фазы 3 напряжение. Тогда по цепи фаза 4 - конденсатор 8 диод 13 - фаза 3 потечет ток и дозирующий конденсатор 8 заряжается до амплитудного значения линейного напряжения источника так, что на его верхней по схеме обкладке создается положительный потенциал. Спустя 120 электрических градусов после начала заряда конденсатора 8 напряжение фазы 2 становится положительным относительно фазы 4 и по цепи фаза 2 - конденсатор 14 - диод 6 - конденсатор 8 фаза 4 протекает ток, который заряжает дозирующий конденсатор 14, левая по схеме обкладка которого получает положительный потенциал. При э.том конденсатор 14 заряжается до напряжения, равного сумме напряжений конденсатора 8 и амплитудного значения линейного напряжения фаз источника переменного тока, т.е. до величины напряжения, в 2 раза превышающего амплитуду линейного напряжения источника (). Спустя 240 электрических градусов с мдмента начала заряда конденсатора 8, когда напряжение фазы 3 становится положительным относительно фазы 2, потечет ток по цепи фаза 3 конденсатор 7 - диод 5 - конденсатор 14 - фаза 2. В результате этого конденсатор 7 будет заряжен до величины напряжения, в 3 раза превышающего } , так как напряжение в нем будет склащываться из двух слагаемых (линейного напряжения фаз 3-2 источ ника переменного тока и напряжения на обкладках конденсатора 14, равного 2 ) . При этом полярность его нижней обкладки становится положительной. После начала заряда конденсатора 8 с блока 15 контроля напряжения и фазового управления тиристором 12 поступит сигнал на открытие тиристора 12, последний, открываясь, создае путь току в цепи фаза 4 - тиристор 12 - клемма 9 - конденсатор 11 клемма 10 - конденсатор 7 - фаза 3, и энергия, запасенная в поле конденсатора 7, передается в накопительный конденсатор 11. При этом напряжение конденсатора 7 будет суммироваться с линейным напряжением источника пи тания и, следовательно,максимальное значение на конденсаторе 11 устройства составит 4 и,. После того, как конденсатор 7 ра рядится, произойдет его перезаряд. Этот перезаряд завершается тогда, когда напряжение на дозирующем конденсаторе 7 становится равным разности мгновенного значения линейног напряжения источника U|yj и напряжения перезаряда конденсатора 7, ток через управляемый вентиль-тиристор 12 прекращается, и он гаснет естест венным путем. Далее процессы повторяются. Перезаряд дозирующего конденсатора 7 осуществляется на каждом периоде изменения питающего напряжения до тех пор, пока происходит начальный заряд накопительного конден сатора 11, т.е. пока его напряжение не достигнет значения, равного амплитуде линейного напряжения источни ка. После этого начинается второй этап заряда - дозаряд накопительног конденсатора. В этом случае конденсатор 7, заряжаясь от источника по цепям, рассмотренным выше (до напряжения, в 3 раза превышающего амплитудное значение линейного напряже ния источника), в последующем подразряжается на накопительный конден сатор 11. По мере заряда накопитель ного конденсатора 11 напряжение, до которого подразряжается конденса тор 7, уменьшается. Регулируя фазу включения управляв мого тиристора 12, можно изменять среднее значение тока заряда в каждом зарядном импульсе или прерывать этот заряд по достижении на накопительном конденсаторе требуемого значения напряжения. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить напряжение накопительного конденсатора о величины, в 6,8 раза превышающей амплитудное значение фазного напряжения источника переменного тока, что на 31% выше, чем у прототипа. Кроме того, это позволяет увеличить уровень энергии, запасаемой в накопительном конденсаторе приблизительно на 71%. Повышение величины выходного напряжения устройства увеличивает скорость передачи энергии источника в накопительный конденсатор, а увеличение энергии, запасаемой конденсатором, улучшает удельные массогабаритные и энергетические показатели (величину энергии и напряжения, приходящихся на единицу массы устройства в целом). Формула изобретения Устройство для зарядки накопительного конденсатора, содержащее трехфазный источник, две вентильноконденсаторные ячейки, в первой из которых диод своим анодом, а во второй катодом соединены с одними обкладками соответствующих дозирующих конденсаторов, другие обкладки которых подключены к первой и третьей фазам трехфазного источника, к аноду диода первой вентильно-конденсаторной ячейки подключена обкладка накопительного конденсатора, вторая обкладка которого подключена к катоду зарядного тиристора, а катод диода первой ячейки - к аноду диода второй вентильно-конденсаторной ячейки, а также блок контроля напряжения и фазового управления тиристором, выходы которого подключены к выводам второй и третьей Фаз трехфазного источника, обкладкам накопительного конденсатора и управляющему электроду зарядного тиристора, отличающеес я тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей, устройство снабжено дополнительными диодами и дозирующим, конденсатором, который включен между второй фазой трехфазного источника и катодом диода первой вентильно-конденсаторной ячейки, причем анод дополнительного диода подключен к катоду диода второй вентильно-конденсаторной ячейки, катод дополнительного диода - к третьей фазе трехфазного источника, а

анод зарядного тиристора соединен

с первой фазой трехфазного источника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

свидетельство СССР 03 К 3/53, 1977.

свидетельство СССР 03 К 3/53, 1978