Устройство для зарядки накопительных конденсаторов Советский патент 1983 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсно технике и может быть использовано дл электропитания мощных импульсных пот ребителей энергии. Известно устройство для зарядки накопительного конденсатора от источ ника переменного напряжения, энергия которого в течение четверти периода изменения величины напряжения питания через диод передается в накопительный конденсатор Г . Недостатком этого устройства является большая установленная мощност источника переменного напряжения, поскольку коэффициент использования типовой мощности источнйк;а не превышает 0,5. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для зарядки накопительных конденсаторов, содержащее, однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель , входные клемкы которого подключены к источнику переменного напряжения, к выходным клеммам выпрямителя подключены два вентиля, например, тиристора, причём анод одного вентиля подключен к положительной выходной клемме упомянутого выпрямителя , к отрицательной выходной клемме которого подключен катод другого вентиля, при этом свободные катод и анод указанных вентилей образуют выходные клемлфл устройства р . Известное устройство обеспечивает зарядку двух накопительных конденсаторов - секций каскадного накопитель ного конденсатора с высоким КПД, однако коэффициент использования пиковой мощности первичного источника переменного напряжения, превышает 0,707, что снижает.удельные массоэнергетические характеристики устрой ства. Целью изобретения является улучшение удельных массо-энергетических характеристик путем повышения коэффи циента использования мощности источника переменного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель, входные клем1 л которого подключены к источнику переменного напряжения, к выходным клеммам выпрямителя подключены два вентиля, например, тиристора, причем анод одного вентиля подключен к поло жительной выходной клемме указанного выпрямителя, к отрицательной выходно клемме которого подключен катод другого вентиля, при этом свободные анод и катод указанных вентилей образуют выходные клеммы устройства, к одной выходной клемме устройства подключена обкладка одно.го накопител ного конденсатора, а к другой выходной клемме подключена обкладка другого накопительного конденсатора, «вободные обкладки накопительных конденсаторов подключены к одной из входных клемм однофазного двухполу периодного мостового выпрямителя/ к другой входной клемме которого дополнительно подключен токоограничивающий линейный дроссель, свободный вывод которого подключен к объединенньин выводам последовательной цепи, которая образована двумя дополнительными конденсаторами, свободные обкладки которых подключены к выходным клеммам указанного выпрямителя. Это позволяет более чем в три раза увеличить напряжение секции накопительного конденсатора, а также увеличить в два раза длительность зарядки накопителя, что обеспечивает повышение коэффициента мощности до величины, близкой к единице (т.е. увеличивает его по сравнению с известным устройством примерно на 41,4%). В результате уменьшения типовой (габаритной) мощности источника более чем на 40% уменьшаются его габариты и масса. Вак как заряд каждой секции «акопительного конденсатора осуществля ется через один, вентиль ( вместо трех - в известном), потери при выпрямлении тока в устройстве минимальны. На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 - то же, вариант; на фиг. 3 - диаграммы заряДных токов и напряжений на секциях накопительного конденсатора. Устройство содержит накопительные конденсаторы 1 и 2, обкладки которых подключены соответственно к тиристорам 3 и 4, а свободные обкладки конденсаторов 1 и 2 подключены к входной клемме 5 однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя, Который образуют диоды 6-9, клеммы которого 10 и 5 подключены к источнику 11 переменного напряжения, к клемме 10 указанного выпрямителя подключен линейный дроссель 12. другой конец которого подключен к / средней точке дополнительных конденсаторов 13 и 14, свободные обкладки которых подключены к выходным клем- мам выпрямителя, разрядный тиристор 15 и нагрузку 16. В устройстве (фиг..2) конденсаторы 1 и 2 зашунтированы диодами 17 и 18, Предотвращающими перезаряд этих конденсаторов при их разряде на нагрузку: 16, если емкости этих конденсаторов отличны друг от друга. Емкость накопительных конденсаторов, как и в известном, рыбирают . из уйловия обеспечения заданной энергии в разрядном импульсе (пропорциональной емкости конденсатора и квадрату -напряжения на его обкладках), емкость вольтодобавочных конденсаторов 13 и 14 должна быть выбрана на порядок и более большей, че емкость конденсаторов 1 и 2, так ка конденсаторы 13 и 14 работают в реж ме частичного подразряда, в качестве этих конденсаторов целесообразно применение электролитических конденсаторов. -, Контроль напряжения источника 11 и фазовое управление зарядными тиристорами 3 и 4 и разрядным тиристо ром 15 осуществляет специальный бло .фазового управления (не показан). Этот блок может быть выполнен по любой известной рхеме фазового управления в соответствии с изменением мгновенных значений напряжения источника и накопительных конденсаторов. Устройство работаёт следукяцим образом. В каждом цикле работы производит ся поочерёдный заряд обеих секций накопительных конденсаторов 2 и 1 с помощью устройства (выполненного по схеме фиг. 1 или фиг. 2) а затем их одновременный разряд через тиристор 15 на нагрузку 16. При рассмотрении работы зарядног устройства будем считать, что в пер вый и последующие (третий, пятый и т.д.) нечетные полупериоды изменения напряжения источника 11 к клемм 5 приложено положительное, а к клем ме 10 - отрицательное напряжение. Тогда во второй, и последующие (четвертый, шестой и далее) четные полу пёриоды полярность напряжения на клеммах 5 и 10 изменяется на противоположную . Если напряжение источника 11 подано на, клеммы 5 и 10 при закрытых тиристорах 3 и 4, в нечетном Йолупе риоде ток источника, проходя по цепи 11-5-7-13-12-10-11, осуществляет заряд дополнительного конденсатора 13. Taif как дроссель 12, ограничивая ток источника, запасает энергию пропорциональную индуктивности и квадрату мгновенного значения тока, то на его выводе, соединенном с конденсаторами 13 и 14, будет положительное, а на клемме 10 - отрицательное напряжение. Поэтому одновременно с зарядом конденсатора 12 по цепи 14-8-10-1 2 .осуществляется конденсатора 14, которьай осуществляется до. тех пор, пока напряжение источника превышает напряжение на конденсаторе.13. При равенстве этих нстряжений (во второй.половине нечетного полупериода) диоды 7 и 8 запираются и за счет ЭДС самоиндукции дросселя 12 запасенная в нем энергия по. контуру 12-6-13 передается в конденсатор 13. В четном полупериоде ток источника, проходя по-цепи 11-10-12-14-95-11, заряжает конденсатор 14, одновременно подзаряжая конденсатор 13 по цепи 6-14-12, а также увеличивает энергию в дросселе 12. Во второй половине четного полупериода, когда напряжение источника, убывая, станет равным напряжению конденсатора 14, диоды 6 и 9 запираются и энергия из дросселя по цепи 12-14-8-12 передается в конденсатор 14. Этот начальный заряд конденсаторЬв 13 и 14 длится 3-4 полупериода, а по его окончанию диоды 6-9 предотвращают разряд конденсаторов на источник. При подаче в конце первой половины четного полупериода изменения напряжения источника 11 сигнала на открытие тиристора 4 по цепи 11-52-4-14-12-10-11 потечет ток зарядки конденсатора длительностью в 180 эл.град. Этот ток, изменяясь по гармоническому закону (фиг. 3) обеспечивает заряд конденсатора 2 до напряжения, 11/2 ; 1,57 раза Превышакяцего напряжение зарядной цепи (конденсатор 14 - источник 11), напряжение на конденсаторе 2 изменя(ется по закону косинуса, а при переходе тока через нулевое значение тиристор 4 запирается. Одновременно :С этим (в конце первой половины нечетного полупериода) подается сиг- . нал на открытие тиристора 3, и по цепи 11-10-12-13-3-1-5-11 осуществляется резонансный заряд конденсатора 1, после чего через 180 эл.град тиристор 3 погасает. При подаче сигНс1Ла на тиристор 15 конденсаторы 1 и 2 разряжаются на нагрузку 16, .после чего тиристор 15 запирается. Да,лее процессы повторяются циклически с частотой изменения напр5Йсения источника, при этом конденсаторы 13 и 14, частично разряжая.сь на конденсаторы 1 и 2, подзар51жаются от источника 11. Так как при одинаковой емкости конденсаторов 1 и 2 заряды, запасаемые ими, одинаковы, разряд их завершаетсяОдновременно. В случае, еблк емкости конденсатбров различны, при разряде возможна переполюсовка напряжения на одном из конденсаторов. Эта переполюсовка предотвращается диодами. 17 и 1б, блокирукидими конденсаторы (фиг. 2). Отсутствие возможности переполюсовки напряжений на конденсаторах 1 и 2 позволяет в качестве этих конденсаторов применять электролитические конденсаторы - более дешевые и характериэуемые малой массой и габаритами при той же энергии.

. Введение в схему устройства дополнительных дросселя (имеющего удельную массу порядка 0,2-1 г/вар и двух конденсаторов (с удельной массой порядка 0,01-1 г/вар) приводит к повышению более чем в три раза напряжения койденсаторов 1 и 2 и к

увеличению в два раза угловой дли.тельности импульсов их зарядного тока. Это позволяет замечет увеличения коэффициента мощности источника со значения 0,707 в известном до вели- ; (ЧИНЫ, близкой к единице, в предложенном устройстве - на 41,4% уменьшить типовую (габаритную) мощность источника переменного напряжения.

.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДКИ НАКОПИТЕЛЬНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ, содержащее однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель, входные клем- мы которого подключены к источнику, переменного напряжения, к выходным клеммам выпрямителя подключены два вентиля, например тиристрра, причем анод одного вентиля подключен к положительной выходной клемме указан;ного выпрямителя, к отрицательной Л выходной клемме которого подключен катод другого вентиля, при этом свободные анод и катод указанных вентилей образуют выходные клеммы устройства, к одной вшходной клемме устройства подключена обкладка одного накопительного конденсатора, а , к другой выходной клемме подключена обкладка другого накопительного конденсатора; отличающееся тем, что, с целью улучшения удельных массо-энергетических характеристик путем повышения коэффициента использования мощности источника переменного напряжения, свободные обкладки накопительных конденсаторов подклюI чены к одной из входных клемм однофазного двухполупериодного мостового (Л выпрямителя, к другой входной клемме которого дополнительно подключен токоограничиваюший линейный дроссель свободный вывод которого подключен к объединенным выводам последовательной цепи, которая образована двуrij мя дополнительными конденсаторами, свободные обкладки которых подключены к выходным клеммам указанного выпрямителя. QD 7А п