Стабилизированный источник питания для емкостного накопителя энергии Советский патент 1987 года по МПК H02M9/06 

JO

15

11288872

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для исполь- зования при реализации импульсного высоковольтного питания электрофизических нагрузок.

Целью изобретения является повышение точности стабилизации выходного напряжения.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Стабилизированный источник питания для емкостного накопителя энергии содержит блок 1 зарядного напря- жения, сглаживающий LC-фильтр, состоящий из сглаживающего реактора 2 и фильтрующего конденсатора. 3, накопительный реактор 4, высоковольтный диодный блок 5, основной 6 и дополнительный 7 датчики напряжения, п-ячейковый высоковольтный тиристор- ный ключ В с тиристорными 9 и диодными 10 ячейками, элемент ИЛИ 11, емкостный накопитель 12 энергии, и выводы 13 и 14 для его подключения, Вход сглаживающего LC-фильтра 2,3 соединен с выходом блока 1 зарядного напряжения, а выход через последовательно включенные накопительный реактор 4 и высоковольтный упорный блок 5 - с выводами 13 и 14. Датчик 6 напряжения включен между выводами 13 и 14, а п-ячейковый высоковольтный тиристорный ключ 8 - параллельно накопительному реактору 4.

Eil-O Ltnn г

20

25

При этом

(t(, - длиег г к в н ж

н

35 м

30

тельность разрядного цикла; - поето

янная времени разряда емкостного накопителя 12 энергии) ячеек ключа 8 выполнены диодными. Датчик 7 напряжения включен параллельно совокупности тиристорных ячеек, управляющие входы которых через элемент ИЛИ 11 соедине- ны с выходами датчиков 6 и 7 напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном установивщемся состоянии конденсатор 3 сглаживающего LC-фильтрз и емкостный накопитель 12 энергии заряжены. Напряжение конден

Длительность коммутации определяется индуктивностью контура коммутации и величиной коммутирующего насатора 3 фильтра практически постоянно и равно среднему значению напряже- пряжения, равного разности напряжения на выводах блока 1 зарядного на- ний емкостного накопителя 12 энер- пряжения, которое в общем случае яв- гии и конденсатора 3 фильтра. Индук- ляется пульсирующим. Напряжение ем- тивность контура коммутации опреде- костного накопителя 12 энергии име- ляется практически только внутренней

O

5

0

5

40

45

ет пульсирующий характер за счет того, что часть накопленной энергии периодически отдается в импульсную нагрузку. Среднее значение напряжения емкостного накопителя 12 энергии равно напряжению конденсатора 3 фильтра. Предразрядное напряжение U емкостного накопителя 12 энергии превосходит напряжение конденсатора 3 фильтра, напряжение после окончания разрядного цикла - ниже напряжения конденсатора 3 фильтра.

Если частота следования разрядных циклов Bbmie частоты контура,

состоящего из накопительного реактора 4 и емкостного накопителя 12 энергии, через накопительный реак - тор 4 протекает практически постоянный ток. Этот ток с помощью высоковольтного диодного блока 5 заряжает емкостный накопитель 12 энергии. Когда напряжение на последнем достигает величины напряжения конденсатора 3 фильтра, открываются, диодные ячейки 10 высоковольтного ти- ристорного ключа 8. Тиристорные ячейки 9 остаются в закрытом состоянии, но напряжение на выводах тиристор- ной части с этого момента становится положительным.

Когда напряжение емкостного накопителя 12 энергии достигает заданной величины, датчик напряжения б вырабатывает импульс, который через эле- 35 мент ИЛИ 11 поступает на управляющие входы тиристорных ячеек 9. Указанные ячейки открываются, и через ключ 8 под действием разности напряжений емкостного накопителя 12 энергии и конденсатора 3 фильтра нарастает ток. Начинается коммутация тока накопительного реактора 4 с высоковольтного диодного блока 5 на высоковольтный тиристорный ключ 8. Коммутация заканчивается запиранием высоковольтного диодного блока 5, к нему прикладывается обратное напряжение, равное разности напряжений емкостного накопителя 12 энергии и конденсатора 3 фильтра.

0

50

Длительность коммутации определяется индуктивностью контура коммутации и величиной коммутирующего напряжения, равного разности напряжений емкостного накопителя 12 энер- гии и конденсатора 3 фильтра. Индук- тивность контура коммутации опреде- ляется практически только внутренней

Ю

индуктивностью высоковольтного тирис- торного ключа 8, которая необходима для ограничения скорости нарастания анодного тока тиристоров при включении. Во время коммутации через емкостной накопитель 12 энергии протекает ток накопительного реактора 4, поэтому его напряжение несколько увеличивается. После окончания коммутации напряжение емкостного накопителя 12 энергии остается неизменным до начала разрядного цикла, вызванного включением нагрузки. Во.-время разрядного цикла напряжение емкостного накопителя 12 энергии быстро уменьшается и оказывается меньше напряжения конденсатора: 3 фильтра. Разность напряжений емкостного накопителя 12 энергии и конденсатора 3 ... фильтра становится отрицательной для -20 высоковольтного тиристорногр ключа 8, что приводит к его запиранию. Ток накопительного реактора 4 протекает через высоковольтный диодный блок 5,

текает ток накопительного реактора 4 Емкостный накопитель 12 энергии запирается высоковольтным диодным блоком 5.

Таким образом, величина положительного напряжения на выводах высоковольтного тиристорного ключа 8 определяется уровнем срабатывания датчика 7 напряжения. Для того,, чтобы максимально уменьшить количество последовательно соединенных тиристор- ных ячеек 9 высоковольтного тиристорного ключа 8, необходимо уровень срабатывания датчика 7 напряжения вы- 15 бирать возможно ближе к величине, определяемой приведенным выражением. В этом случае обеспечивается минимальное количество тиристорных ячеек 9 и, соответственно, минимальная индуктивность высоковольтного тиристорного ключа 8.

Если по какой-либо причине высоковольтный тиристорный ключ 8 не включится,, напряжение емкостного

заряжая емкостный накопитель 12 энер-25 накопителя 12 энергии будет возрастать Bbmie необходимой предразрядной величины. Когда разность напряжений емкостного накопителя 12 энергии и конденсатора 3 фильтра станет равной 30 уровню срабатывания датчика 7 напряжения, последний вырабатывает импульс на отпирание высоковольтного тиристорного ключа 8. В этом случае напряжение на емкостном накопителе 12 энергии равно сумме напряжения конденсатора 3 фильтра и напряжения срабатывания датчика 7. Необходимо, чтобы это напряжение не превысило электрической прочности импульсной нагрузки либо рабочего напряжения конденсаторов емкостного накопителя 12 энергии.

Таким образом, уровень срабатывагии.

Таким образом, в нормальном устано- вившемся режиме работы прямое напряжение высоковольтного тиристорного ключа 8 определяется разностью напряжений емкостного накопителя 12 энергии и конденсатора 3 фильтра. Если длительность разрядного цикла значительно меньше постоянной времени Г разряда емкостного накопителя 12 энергии, что характеризует с практической точки зрения наиболее важный случай формирования в нагрузке квазипрямоугольного импульса тока, то разность напряжений емкостного накопителя 12 энергии и конденсатора 3 фильтра, т.е. напряжение Ид на ключе 8, можно оценить по выражению:

35

40

ния и, датчика 7 напряжения должен

. Ug 0,5 - Unep tu/t. Б аварийном режиме, вызванном, например, пробоем конденсатора 3 фильтра, на выводах выcoкoвoльт oгo тиристорного ключа 8 нарастает положительное напряжение, величина которого стремится к уровню напряжения емкостного накопителя 12 энергии. Однако, как только положительное напряжение на ключе 8 достигает уровня срабатывания датчика 7, последний вырабатывает импульс, который через элемент ИЛИ 11 поступает на управляющие входы тиристорных ячеек 9. Ключ 8 открывается, и через негр про

текает ток накопительного реактора 4 Емкостный накопитель 12 энергии запирается высоковольтным диодным блоком 5.

Таким образом, величина положительного напряжения на выводах высоковольтного тиристорного ключа 8 определяется уровнем срабатывания датчика 7 напряжения. Для того,, чтобы максимально уменьшить количество последовательно соединенных тиристор- ных ячеек 9 высоковольтного тиристорного ключа 8, необходимо уровень срабатывания датчика 7 напряжения вы- 5 бирать возможно ближе к величине, определяемой приведенным выражением. В этом случае обеспечивается минимальное количество тиристорных ячеек 9 и, соответственно, минимальная индуктивность высоковольтного тиристорного ключа 8.

Если по какой-либо причине высоковольтный тиристорный ключ 8 не включится,, напряжение емкостного

накопителя 12 энергии будет возрастать Bbmie необходимой предразрядной величины. Когда разность напряжений емкостного накопителя 12 энергии и конденсатора 3 фильтра станет равной уровню срабатывания датчика 7 напряжения, последний вырабатывает импульс на отпирание высоковольтного тиристорного ключа 8. В этом случае напряжение на емкостном накопителе 12 энергии равно сумме напряжения конденсатора 3 фильтра и напряжения срабатывания датчика 7. Необходимо, чтобы это напряжение не превысило электрической прочности импульсной нагрузки либо рабочего напряжения конденсаторов емкостного накопителя 12 энергии.

ния и, датчика 7 напряжения должен

45 удовлетворять условию

0,5U ., (и,,-и,).

где

0

U(.пер

i

электрическая прочность импульсной нагрузки или допустимое напряжение конден- саторов емкостного накопителя 12 энергии (выбирается меньшая величина), Uj- - напряжение конденсатора 3

фильтра.

При указанном выборе уровня срабатывания датчика 7 напряжения канал управления высоковольтным тиристорным

ключом 8 от датчика 7 напряжения дуб- лирует канал управления от датчика 6 напряжения. За счет этого исключаются опасные перенапряжения на емкостном накопителе 12 энергии и импульсной на грузке.

В данном устройстве количество ти- ристорных Ячеек 9 высоковольтного ти- ристорного ключа 8 может быть уменьшено в раз по сравнению с коли- честном тиристорных ячеек высоковольтного тиристорного ключа в известных устройствах. Во столько же раз может быть уменьшена и внутренняя индуктивность высоковольтного тиристорного ключа 8 без утяжеления воздействия . по скорости нарастания анодного тока. За счет этого значительно -повышается точность стабилизации предразрядного напряжения и еремкостного накопителя 12 энергии. Кроме того, благодаря исключению опасных перенапряжений на емкостном накопителе 12 энергии и импуль.сной нагрузке обеспечивается повьш1енная надежность работы последних.

формула изобре.тения Стабилизированный источник пита- ния для емкостного накопителя энер

Редактор Н.Егорова

Составитель Л.Морозов

Техред А.Кравчук Корректор Т.Колб

Заказ 7822/56

Тираж 683 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

гни, содержащий сглаживающий LC- фильтр, вход которого соединен с выходом блока зарядного напряжения, а выход через последовательно включенные накопительный реактор и высоковольтный диодный блок - с выводами для подключения емкостного накопителя энергии, датчик напряжения, включенный между упомянутыми выводами, п-ячейковый высоковольтный тирис- торный ключ, включенный параллельно накопительному реактору, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации выходного напряжения, в него введены дополнительный датчик напряжения и

„,„ Оц-0,5 trt п элемент ИЛИ, а

ячеек

ключа. выполнены диодными (t - длительность разрядного цикла, С - постоянная времени разряда емкостного накопителя энергии), причем дополнительный датчик напряжения включен параллельно совокупности тиристорных ячеек ключа, управляющие входы которых через элемент ИЛИ соединены с выходами обоих делителей напряжения.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Цель изобг ретения - повышение точности стабилизации выходного напряжения. Заряд емкостного накопителя 12 энергии осуществляется от конденсатора 3 сглаживающего LC-фильтра через накопительный реактор 4 и высоковольтный диодный блок 5. Тиристорный разрядный ключ 8 служит для отвода тока при достижении заданного напряжения на накопителе 12. Точность стабилизации напряжения обратно пропорциональна длительности коммутации ключа 8, определяемой его внутренней индуктивностью. Введение в устройство дополнительного датчика 7 напряжения и элемента ИЛИ 11, через который оба датчика напряжения направляют сигналы на управляющий вход ключа 8, позволяет заменить часть тиристорньгх ячеек последнего на диодные ячейки, т.е. уменьшить внутреннюю индуктивность ключа 8.1 ил. с (Л ю 00 00 00 ю