Формирователь импульсов тока Советский патент 1987 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования импульсов тока в индуктивных нагрузках, например в электромагнитах ускорителей заряженных частиц.

Целью изобретения является увеличение коэффициента мощности формирователя, т.е. уменьшение реактивной мощности, потребляемой от источника, при той же активной мощности, передаваемой в нагрузку.

На фиг.1 приведена схема формирователя; на фиг,2 - временные диаграммы токов и напряжений элементов формирователя; на фиг. 3 и 4 - вариант формирователя и диаграммы его работы

Формирователь (фиг,1) содержит две цепи из последовательно-согласно включенных управляемых вентилей 1 - 3 и 4 - 6. Между общими точками вентилей 1 ,2 и 4,5 присоединена конденсаторная батарея 7, а между общими точками вентилей 2,3 и 5,6 через дроссель 8 подключен источник 9 переменного напряжения. Управляющие входы вентилей подключены к выходам блока 0 управления, вход которог о присоединен к зажимам источника 9 . переменного напряжения. Свободные одноименные электроды вентилей 1 и 4, а также вентилей 3 и 6 попарно объединены и между ними присоединено индуктивная нагрузка 11,

В схеме варианта формирователя (фиг,3) вентили 12 и 13 являются неуправляемыми, а встречно-параллельно им включены управляемые вентили 14 и 15, входы которых связаны с блоком 10 управления,

На фиг, 2 и 4 представлены диаграммы напряжения Ug и тока Ig источника, напряжения U-j накопительной конденсаторной батареи и тока 1 индуктивной нагрузки.

Формирователь (фиг,1) работает следующим образом.

Допустим, что к моменту времени Ц (фиг,2) конденсаторная батарея 7 заряжена и напряжение на ее зажимах а также напряжение источника 9 имеют полярность, обозначенную на фиг, без- скобок, В момент времени t с выхода блока 10 управления поступаю импульсы на запуск вентилей 1,5 и 6 и конденсаторная батарея 7 начинает разряжаться на индуктивную нагрузку 11, Ток нагрузки протекает по цепи;

5

0

7, Ij 11, 69 5, 7„ В момент времени t поступает запускающий сигнал tia вход вентиля 3 и через дроссель 8 начинает нарастать ток источника, замыкающийся по цепи: 9, 6, 3, 8, 9, Через управляемый вентиль 6 протекает разность тока индуктивной нагрузки и тока источника: 1, 1 Ig- К моменту времени t, данная разность становится равной нулю, вен- ,тиль 6 закрывается и на интервале tj-t дроссель 8 и индуктивная нагрузка 11 включены последовательно, передавая накопленную в них энергию конденсаторной батарее 7 по цепи: 9, 5, 7, 1, П., 3, 8, 9, В момент времени t4 ток указанной цепи умень.- шается до нуля а накопительный конденсатор перезаряжается до максимального напряжения с полярностью, обозначаемой на фиг,1 в скобках. При сле- ,дующей полуволне входного напряжения описанные, процессы повторяются, толь- ко с момента времени t ток проводят вентили 4,2 и 3, а.в момент времени t включается вентиль 6, За период питающего напряжения в индуктивной нагрузке формируются два однополяр- ных импульса тока. Регулируя с помощью блока 10 управления фазу включения одного из дополнительных вентилей 3, 6 по отношению к фазе одновременно включаемых основных и дополнительных вентилей (1,5,6; 2,4,3), т,е, изменяя временные интервалы , tg-t(j, можно в широких пределах изменять амплитуду напряжения на конденсаторной батарее 7 и, соответственно , амплитуду тока индуктивной нагрузки 11. Через источник питания протекает лишь ток 5 необходимый для компенсации потерь в схеме формирователя и обеспечивающий требуемое соотношение между напряжениями источника и конденсаторной батареи. Максимальное значение этого тока устанавливается соответствующим выбором индуктивности дросселя 8 и, как правило, значительно меньше амплитуды тока нагрузки 11. В рассмотренной схеме длительность тока Ig источника не превьшает длительности тока 1,, нагрузки.

Если дпительностъ формируемых им- Пульсов тока значительно меньше полупериода питающего напряжения, то для повышения эффективности использования источника питания может быть при0

5

0

45

50

55

мснена схема формирователя, показанная на фиг.3. В данном устройстве

Гпри положительной полуволне входног о напряжения (полярность на фиг. 3 обозначена без скобок) в момент времени t/ (фиг.4) включается вентиль 15 и под действием напряжения источника 9 питания через дроссель 8 начинает протекать нарастающий ток по цепи:9J 15, 12, 8, 9. В момент времени t- включаются основные вентили 1 и 5 и накопительная батарея 7 начинает разряжаться на индуктивную нагрузку по цепи: 7, 1, П, 13, 5, 7,

Через вентиль 15 на интервале протекает разность токов

Ч

момент времени tj ток нагрузки становится равным, а затем преВ

вьанает ток Ig источника, управляемый

вентяпь 15 запирается и открывается вентиль 13, Через него протекает разность токов . В момент времени t4, когда спадающий ток индуктивной нагрузки 11 вновь стяновится равным току источника, вентиль 13 запирается, дроссель 8 и 1шдуктивная нагрузка 11 включается последовательно и их ток замыкается по цепи: 9, 5, 7, 1, 11, 12, 8, 9, спадая к моменту t до нуля. При отрицательной

полуволне входного напряжения (полярность в скобках.) описанные процессы повторяются, однако в момент t включается дополнительный управляемый вентиль 14, а в момент t - вентили 2 и 4.

Предлагаемое устройство по сравнению с известными потребляет значительно меньпгую реактивную мощность. Это объясняется тем, что на каждой полуволне входного напряжения энергия лишь потребляется от источника и не возвращается из реактивных элементов схемы назад в источник, С помощью фазоимпульсного блока управле- ния можно включать основные и дополнительные вентили в такие моменты времени, что даже при регулировании

a ШJIитyды тока индуктивной нагругжи в широких пределах обеспечивается нулевой д)азовый сдвиг между первой гармоникой потребляемого тока и пи- тающим напряжением.

Формула изобретения

1, Формирователь импульсов тока, содержащий источник переменного напряжения, блок управления, четыре основных управляемых вентиля, включенных по мостовой схеме, в диагональ которой между точками соединения разноименных электродов управляеьмх вентилей включена конденсаторная батарея, а к точке соединения первых одноименных электродов управляемых вентилей подключен первый вывод индуктивной нагрузки, вход блока управления соединен с источником переменного напряжения, а выходы подключены к управляющим электродам основных управляемых вентилей, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента мощности формирователя, ко вторым одноименным электродам основных управляемых вентилей подключены последовательно-согласно два дополнительных управляемых вентиля, свободные одноименные электроды которых объединены и подключены ко второму выводу индуктивной нагрузки, а управляющие электроды дополнитель- ных управляемьк вентилей подключены к выходам блока управления, причем источник переменного напряжения через дроссель включен между точками соединения основных и дополнительных правляемых вентилей.

2. Формирователь по n.l, о т л и- чающийся тем, что в качестве дополнительных вентилей использованы диоды, параллель но-встречно кото - рьм включены управляемые вентили, управляющие входы которых подключены к выходам блока управления.

J S 6

fpLLl.Z

Vtiz.b

f LA. Vf

I xtP7 I I

. /f( I

Редактор И.Николайчук

Составитель В.Ермаков Техред fМ.Ходанич

Заказ 1803/53

Тираж 902Подписное

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, .

Корректор Л.Пилипенко

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования импульсов тока в индуктивных нагрузках, например в электромагнитах ускорителей заряженных частиц. Целью изобретения является увеличение коэффициента мощности формирователя. Формирователь содержит две цепи из последовательно соединенных управляемых вентилей 1, 2, 3 и 4,5,6, конденсаторную батарею 7, дроссель 8, источник 9 переменного напряжения, блок 10 управления и нагрузку 11, Формирователь по сравнению с прототипом потребляет значительно меньшую реактивную мощность, т.к. на каждой полуволне входного напряжения энергия лишь потребляется от источника и не возвращается из реактивных элементов схемы назад в источник. В описании изобретения приводится вариант выполнения формирователя импульсов тока по второму пункту формулы изобретения, 1 з.п.ф-лы, 4 ил. I сл СлЭ о со Is:) OS О5 Ф(Л&.1