Формирователь импульсов тока Советский патент 1984 года по МПК H05H7/04 

4ff Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания активно-индуктивных нагрузок, например обмоток возбуждения электромеханических преобразователей энергии. Известны формирователи мощцых импульсов тока специальной формы для питания обмоток возбуждения импульсных электромеханических преобразователей однополярными импульсами тока с последующей рекуперацией энергии магнитного поля из электромагнита преобразователя в электричес кую энергию емкостного накопителя. Эти формирователи содержат источник постоянного напряжения, емкостной накопитель, в качестве которого наиболее часто используются конденсаторные батареи, управляемые и неуправляемые полупроводниковые приборы, подключающие обмотку возбуждения преобразователя к накопителю и обеспечивающие рекуперацию энергии магнитного поля в емкость L13 Однако этот формирователь не позволяет получить в нагрузке однополярный квазитрапецеидальный импульс тока различной длительности и амплитуды при частичном разряде емкостного накопителя, .что. необходимо для регулирования мощности импульсно го электромеханического преобразователя энергии. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является формирователь импульсов тока, первоначально предложенньй для питания обмоток возбуждения циклических ускорителей, и в настоящее время широко используемый для питания обмото возбуждения электромеханических преобразователей, например обмоток возбуждения двигателей возвратно-поступательного движения. Формирова:тель импульсов тока содержит зарядный блок, на выходе которого включен емкостной накопитель, один вывод которого соединен с первым выводом первого разрядного коммутатора, второй вывод которого через последовательно соединенные индуктивную нагрузку и второй разрядный коммутатор подключе к второму выводу емкостного накопите ля, параллельно каждому разрядному коммутатору включены коммутирующие конденсатор и управляемый вентиль, а нагрузка через рекуперирующие вентили соединена с емкостным накопителем, параллельно каждому коммутирующему конденсатору включены перезарядные вентиль и индуктивность. Этотформирователь имеет индивидуальную коммутацию силовых ключей, благодаря которой в нагрузке можно формировать импульсы тока квазитрапецеидальной и квазитреугольной формы различной амплитуды и длительности при частичном разряде емкостного накопителя 2j Недостатками этого формирователя являются наличие большого числа управляемых и неуправляемых приборов, недостаточно высокий КПД из-за потерь энергии в цепях заряда и перезаряда коммутирующих конденсаторов и отсутствие форсировки гашения магнитного поля электромагнита, так как рекуперация энергии происходит в тот же накопитель, что несколько снижает максимально возможную частоту посыпок импульсов тока в обмотку возбуждения электромагнита. Невозможность выполнения заземления накопителя и нагрузки также является недостатком этого формирователя. Цель изобретения - повышение КПД и частоты следования импульсов. Эта цель достигается тем, что В формирователе импульсов тока, содержащем зарядный блок, на выходе которого включен ёмкостной накопитель, один вывод которого соединен с первым выводом первого разрядного коммутатора, второй разрядньй коммутатор, индуктивную нагрузку, коммутирующие конденсатор и управляемый вентиль, рекуперирующий вентиль, второй вывод первого разрядного коммутатора через последовательно соединенные второй разрядньй коммутатор Я индуктивную нагрузку соединен с вторым выводом емкостного накопителя и анодом рекуперирующего вентиля, катод которого соединен с первой обкладкой коммутирующего конденсатора и анодом коммутирующего управляемого вентиля, катод которого соединен с первым выводом индуктивной нагрузки, второй вывод коммутирующего конденсатора подключен к второму выводу первого разрядного коммутатора, На фиг.1 приведена принципиальная схема формирователя; на фиг.2 - диаграммы тока и напряжения на элементах схемы.

Формирователь импульсов тока соержит зарядный блок 1, на выходе которого включен емкостной накопитель 2, первый и второй разрядные коммутаторы, в качестве которых использованы тиристоры 3 и 4, коммутирующий управляемый вентиль на тиристоре 5, рекуперирующий вентиль на диоде 6, коммутирующий конденсатор 7, индуктивную нагрузку 8. Минус блока 1 соединен с вторым выводом емкостного накопителя 2, анодом диода 6 и с выводом нагрузки 8, другой вывод нагрузки 8 соединен с катодами второго и третьего тиристоров 4 и 5. Коммутирующий конденсатор 7 вторым выводом подключен к катоду тиристора 3 и аноду тиристора 4, а первым выводом - к аноду тиристора 5 и катоду диода 6, анод тиристора 3 соединен с плюсом блока 1 и первым выводом емкостного накопителя 2.

В формирователях импульсов тока подобного типа емкость накопителя 2, как правило, значительно больше коммутирующей емкости конденсатора 7. Ее параметры выбираются такими, чтобы с одной стороны после окончания рекуперации энергии магнитного поля обмотки возбуждения в емкость напряжение на ней быпо незначительно больше напряжения на накопителе 2, с другой - при рекуперации обеспечивалась бы форсировка гашения магнитного поля обмотки возбуждения. На фиг.2 кривая 9 изображает изменение тока нагрузки за время одного импульса, кривая.10 - напряжение на емкостном накопителе и кривая 11напряжение на конденсаторе 7.

Формирователь импульсов работает следующим образом.

В начальный момент 1:: фиг.2) от схемы управления включаются тиристоры 3 и 4 и емкостной накопитель 2, начальная полярность напряжения на котором показана на фиг.1, разряжается на нагрузку 8. В результате разряда накопителя 2 напряжение на нем (кривая 10) уменьшается, а ток в нагрузке 8 (кривая 9) увеличивается. В момент времени t от схемы управления включается тиристор 5 и напряжение конденсатора 7 (кривая 11), первоначальная полярность

которого показана на фиг.1, прикладывается к тиристору 4 и он выключается.

С момента времени t накопитель 2 и конденсатор 7 совместно разряжаются на нагрузку 8, ток в ней несколько увеличивается, В момент времени t , когда алгебраическая сумма напряжений на накопителе 2, конденсаторе 7 и нагрузке 8 станет равной нулю, откроется диод 6 и ток нагрузки, протекающий по цепи: нагрузка 8 накопитель 2 - тиристор 3 - конденсатор 7 - тиристор 5, перехватывается в цепь: нагрузка 8 - диод 6 - тиристор 5. С этого момента времени тиристор 3 обесточивается и выключается, в токе нагрузки начинает формироваться плоская вершина, спад которой обусловлен наличием активных потерь в электромагните,- а накопитель 2 начинает подзаряжаться от зарядного блока 1.

В момент времени tj от схемы управления снова открывается тиристор 4, напряжение конденсатора 7 прикладывается к тиристору 5 и он выключается. С этого момента времени ток нагрузки протекает по цепи: на грузка 8 - диод 6 - конденсатор 7 тиристор 4, поэтому энергия, не использованная в нагрузке 8, начинает возвращаться в конденсатор 7, т.е. происходит рекуперация энергии в конденсатор 7.

В момент времени t. вся энергия нагрузки 8 перейдет в конденсатор 7, поэтому ток нагрузки уменьшается до нуля, тиристор 4 и диод 6 обесточиваются и выключаются, а формирователь с этого момента времени снова готов к повторному включению.

Так как величина емкости конденсатора 7 меньше, чем величина емкости накопителя 2, задний фронт тока нагрузки круче переднего, что уменьшает в целом длительность тока нагрузки и, следовательно, позволяет увеличить частоту посылок импульсов тока в нагрузку.

По сравнению с прототипом предлагаемый формирователь импульсов не содержит дополнительных цепей заряда и перезаряда коммутирующих емкостей, что позволяет увеличить КПД и частоту следования импульсов тока

ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ ТОКА, содержащий зарядный блок, на выходе которого включен емкостной накопитель , один вывод которого соединен с первым выводом первого разрядного коммутатора, второй разрядный коммутатор, индуктивную нагрузку, коммутирующие конденсатор и уп- : равляемый вентиль, рекуперирующий вентиль, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и частоты следования импульсов, второй вывод первого разрядного коммутатора через последовательно соединенные второй разрядньй коммутатор и индуктивную нагрузку соединен с вторьм выводом емкостного накопителя и анодом рекуперирующего вентиля, катод § которого соединен с первой обкладкой коммутирующего конденсатора и (Л анодом коммутирующего управляемого вентиля, катод которого соединен с первым выводом индуктивной нагрузки, второй вывод коммутирующего конден§ сатора подключен к второму выводу первбго разрядного коммутатора. со ю со