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

Изобретение относи-тся к импульсной технике и предназначено для зарядки накопительного конденсатора генераторов мощных импульсов, например радиолокаторов, оптических квантовых генераторов и других потр бителей импульсной мощности. Известно устройство для зарядки накопительного конденсатора от трех фазного источника питания,разряд на копительного конденсатора в котором осуществляется на частате работы ис точника, ссдержащее трехфазный исто ник питания, коммутирующие вентили и накопительный конденсатор. Конден сатор в таком устройстве заряжается до амплитуды фазового напряжения тр фазного источника переменного тока, что ограничивает скорость передачи энергии в накопительный конденсатор С1 3. Устройство характеризуется сложн схемой и завышенными массо-габаритными показателями. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для зарядки накопительного конденсатора НК, содержащее трехфазный источник питания, трехфазный мостовой вентильно-конденсаторный выпрямитель-умножитель напряжения, образовангалй четырьмя вентилями и двумя конденсаторами, аноды первого и второго вентилей которого соед нены с -ОДНОЙ обкладкой первого конд сатора и с отрицательной обкладкой накопительного конденсатора, а катоды третьего и четвертого вентилей и одна обкладка второго конденсатора через обмотку токоограничивакяцего линейного дросселя и пятый венти подключена к положительной обкладке накопительного конденсатора. При этом свободная обкладка второго кон денсатора подключена к первой фазе, а первого конденсатора - к третьей фазе источника питания 2. Данное устройство характеризуется сравнительно низким значениями КПД и коэффициента мсяцности источника, обусловленными большими потерями энергии на начальной стадии .заряда накопительного конденсатора (когда его напряжение не превосходит амплитуды входного напряжения выпрямителя-умножителя напряжения ) и импульсным характером тока его. Кроме того сравнительно низкое зарядное напряжение НК, на более чем в два раза превы:1ак1щее напряжение на выходе источника, ограничивающее скорость передачи энергии источника в НК, обуславливает завышенные массо-габаритные показатели устройства в целом. Цепь изобретения. - улучшение массо-габаритных показателей устройства путем повышения коэффициента мощности источника. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее трехфазный источник питания и трехфазный мо стовой вентильно-коиденсаторный выпрямитель-умножитель напряжения, об- . разованный четырьмя вентилями и дву-. мя конденсаторами, аноды первого и второго вентилей которого соединены с одной обкладкой первого конденсатора и с отрицательной обкладкой накопительного конденсатора, а катоды третьего и четвертого вентилей и одна обкладка -второго конденсатора через обмотку токоограничивающего линейного дросселя и пятый вентильс положительной обкладкой накопительного конденсатора, причем свободная обкладка второго конденсатора подключена к первой фазе, точка соединения катода второго и анода третьего вентилей - к второй фазе, а свободная обкладка первого конденсатора - к третьей фазе трехфазного источника питания, снабжено шестым вентилем, а линейный дроссель - дополнительной обмоткой, анод шестого вентиля подключен к отрицательной обмотке накопительного конденсатора, а его катод через дополнительную обмотку дросселя - к катодам третьего и четвертого вентилей, при этом обе обмотки соединены последовательно-согласно и катод первого вентиля соединен с первой, а свободная обкладка первого конденсатора - соответственно с третьей фазой источника питания. Кроме того, в качестве пятого и шестого вентилей выпрямителя применены тиристоры, управляющие электроды которых подключены к дополнительно введенному блоку контроля напряжения и фазового управления тиристорами. На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства; на фиг. 2 возможный вариант ее выполнения. В устройстве фазы 1, 2 и 3 трехфазного источника питания подключены к входным выводам двухполупери(bgHoro моста, осуществляющего заряд НК 4. Выпрямитель образован тремя, включенными параллельно, двyxплeчeвfдми ветвями. Одна ветвь содержит два вентиля 5 и б, вторая - вентиль 7 и конденсатор 8, а третья - вентиль 9 и конденсатор 10. Положительный выходной вывод моста через обмотку 11 токоограничивающего линейного дроссепя и вентдль 12 соединен с положительным выходным выводом устройства. Кроме того, положительный выходной вывод моста через дополнительную обмотку 13 токоограничивающего дросселя и вентиль 14 еоединен с о -рицательными выходными выводами моста

и устройства. Обмотки 11 и 13 токоограничивающего линейного дросселя соединены последовательно-согласно и размещены на одном и том же магнитопроводе.

В качестве вентилей 12 и 14 исполь- 5 зованы тиристоры,управляюи ле электроды которых подключены к дополнительно Г . введенному блоку 15 контроля напряжения и фазового управления тиристорами (на фиг. 1 не показан Д Этот Q блок может быть выполнен по любой известной схеме.

На фиг. 2 показан возможный вариант выполнения устройства, в котором в качестве вентилей 12 и 14 пользованы тиристоры, а также показано подключение блока 15 контроля напряжений и фазового управления к выходному напряжению и к линейшлм выводам источника. В этом варианте оба тиристора имеют общий катодный ради- 20 атор, поэтому управляющие электроды обоих тиристоров могут быть подключены к блоку 15 всего лишь тремя проводниками вместо четырех в исходной схеме.25

Устройство работает следующим образом.

При рассмотрении работы устройства будег вначале считать, что на управляг ющие электроды тиристоров 12 и 14 по-30 даны сигналы на их открытие и они работают как обычные диоды (фиг. 1.

При подключении фаз 1, 2 и 3 источника к входным выводам вентильно-конденсаторного мостового выпрямителя 35 происходит заряд НК 4 через обмотку 11.Напряжения на фазах 1, 2 и 3 трехфазного источника изменяются по гармоническс у закону и сдвинуты друг относительно друга на 120 эл.град. 40 Будем считать, что в устройстве прямой порядок чередования фаз, т.е. в начале максимума достигает напряжение на фазах 1-2, затем - 2-3, а потом 3-1 и т.д..,

Если к фазе 1 приложено положитель ное относительно фазы 2 напряжение источника, ток его индуктивным сопротивление обмотки 11, а также емкостным сопротивлением конденсатора 10 во время заряда НК запасает избыток энер-50 гии. Так как к вентилю 14 в это время прикладывается запирамцее напряжение, обмотка 13 обесточена, В рассматриваемой цепи ток вначале увеличивается, а затем достигает своего максимальногчэ 55 значения. В это же время максималь- кого значения достигает и значение энергии, запасаемой в поле токоограничивающего линейного дросселя, поэтому при уменьшении тока источника забО счет ЭДС самоиндукции, стремящейся поддержать неизменньами ток и поток в дросселе, напряжение на его обмотках 11 и 13 скачком изменяется на противоположное, диоды выпрямителя запи-б5

раются, начинается этап заряда накопительного конденсатора в токоограничивающем линейном дросселе за сче запасенной энергии а НК 4 заряжаетс по цепи: обмотки 13-11 - вентиль 12 накопительный конденсатор 4 - венти 14.

При этом напряжение на нем повышается, а энергия, запасенная в поле, передается в НК 4 помимо источника, что разгружает его от реактивной составлякадей тока.

Когда мгновенное значение напряжения между фазами 1 и 3 дocти aeт значения напряжения НК, ток источника, проходя по.цепи;фаза 1 - конденсатор 10 - обмотка 11 - вентиль 12 - НК 4 - 1 онденсатор 8 - фаза 3, осуществляя подзаряд НК,вновь запасается в поле токоограничиваюцего линейного дросселя. В момент достижения этим током своего максимального значения (за счет ЭДС самоиндукции дросселя/ энергия; запасенная дросселем, передается в НК 4, повышая его напряжение. Затем открывается вентиль 5, в результате чего осуществляется подзаряд НК, а также заряд конденсатора 10. В последующем дроссель вновь передает накопленную им энергию в НК 4, а .затем запасает энергию источника прохождения тока по цепи: фаза 2- вентиль 5 - обмотка 11 - вентиль 12 НК 4 - вентиль 9 - фаза 1, во время очередного заряда НК от источника. После отдачи энергии дросселем открывается вентиль 7, энергия затем передается в НК через дроссель. Кроме того, по цепи: фаза 2 - вентиль 7 - конденсатор 10 - фаза 1, подзаряжается конденсатор 10, имеет место также подзарядка конденсатора 8. Поэтому в следующие полупериоды напряжение конденсаторов 8 и 10, сунФшруясь с напряжением фаз трехфазного источника, повшиает зарядное напряжение, что увеличивает скорость передачи энергии источника в НК.

Так как энергия, запасаемая дросселем, пропорциональна квадрату мгновенного значения тока в его обмотке, можно, изменяя время открытия вентилей 12 и 14 с помосцью блока 15 контроля регулировать скорост поступления энергии в устройстве. Так, при необходимости уменьшения скорости его заряда (например, когд напряжение источника повышается относительно номинального значения) вентиль 14 может быть оставлен в закрытом состоянии, в -результате че энергия дросселя частично возвращается в источник.

Разгрузка трехфазного источника от реактивной составляющей тока во

время отдачи в НК, запасенной в поле дросселя, а также дозированная передача энергии источника в НК поBHWaipT коэффициент мсадности и КПД устройств а.. Так как конденсаторы 8 и 10 ограничивающие ток заряда НК, используются в режиме вольтодобавочного источника, скорость передачи энергии источника НК повышается без увеличения массы зарядного устройства.

Таким образом, при применении предлагаемого устройства повышает ся напряжение на НК по сравнению с прототипом в 3 раза, энергии - в 3 раза, а также имеет место разгрузи ка источника питания бт реактивной мощности. . .

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДКИ НАКОПИТЕЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРА, содерж 1щее трехфазный источник питания фазный мостовой вентильно-кондёнсаторный выпрямитель-умножитель напря жения, образованный четырьмя вентилями и двумя конденсаторами, аноды первого и второго вентилей которого соединены с одной обкладкой первого конденсатора и Ь отрицательной обкладкой накопительного конденсатора, а катоды третьего и четвертого вентилей и одна обкладка второго конденсатора через обмотку токоогра ничивающего линейного дросселя и пятый вентиль - с положительной обкладкой накопительного конденсатора .причем свободная обкладка второго конденсатора подключена к первой фазе, точка соединения катода втоif (pufi рого и анода третьего вентилей - к второй фазе,, а свободная обкладка первого конденсатора - к третьей фазе трехфазного источника питания, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения его массо-габаритных показателей путем повьааения коэффициента мсяцностиисточника, оно снабжено шестым вентилем, а линейный дроссель - дополнительной обмоткой, анед шестого вентиля подключен к отрицательной обкладке накопительного конденсатора, а его катод через дополнительную обмотку дросселя к катодам третьего и четвертого вентилей, при этом обе обмотки дросселя соединены последовательно - согласно и катод первого вентиля соединен с первой, а свободная обкладка первого конденсатора - соответственно с третьей фазой источника питания. 2. Устройствопо n,J.,o т л и ч а/ю щ е е с я тем, что в качестве пятого и шестого-вентилей применены тиристоры, управляющие электроды которых подключены к дополнительно введенному блоку контроля напряжения и фазового управления тиристорами . f Ji3