Генератор импульсов тока Советский патент 1988 года по МПК H03K3/53 

4

ОО

СО

фиг1

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться для питания обмоток, создающих магнитные поля, в частности для питания установок индукционного нагрева.

Целью изобретения является повышение КПД за счет уменьшения постоян ной составляющей и коэффициента гармоник выходного тока,

На фиг,1 представлена принципиальная схема предлагаемого генератора импульсов TOKaJ на фиг.2 - времен ные диаграммы токов и напряжений, ил люстрирующие работу устройства. Генератор импульсов тока содержит ; источник 1 питания, нагрузку 2, ком- ; мутирующие тиристоры 3-5, соедилен- I ные с конденсаторами 6-8, точки сое- I динения которых через разрядные тиристоры 9-11 соединены с дросселем

i 12, второй вьшод которого подключен ; к последовательно соединенным накопительному конденсатору 13 и первичной обмотке трансформатора 14, подключен ным параллельно источнику 1, к вторичной обмотке трасформатора 14 ,К

ключена нагрузка 2, а дополнительная обмотка трансформатора через диод 15

подключена параллельно накопительно|му конденсатору.

На фиг.2 кривая 16 - ток в первич- 1 ной обмотке трансформатора кривые 117-19 - напряжения на конденсаторах |б-8. ,

I Устройство работает следующим об- IpasoM.

: В установившемся режиме через на- :Копительный конденсатор 13 и первич- :ную обмотку трансформатора 14 проте- |кает ток источника 1 питания, обус- |ловленный потерями энергии в нагруз- ке и других элементах схемы. При этом ток источника 1 питан ия, протекающий через первичнунз обмотку трансформатора 14, является намагничивающим. К моменту времени t конденсаторы заря..жены с полярностями, указанными на фиг.1.

В момент времени t включается коммутирующий тиристор 3 и начинается совместньш разряд конденсатора 6 и накопительного конденсатора 13 через первичную обмотку трансформатора 14 (кривая 17). Ток нарастает в размагничивающем направлении по синусоидальному закону (кривая 16). Емкость накопительного конденсатора 13 значительно больше емкости конденсатора

-

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

6. Поэтому при совместном разряде напряжение на нем остается практически постоянным и разряжается в основном только конденсатор 6. Разрядившись до нуля, конденсатор 6 перезаряжается вначале под действием энергии накопительного конденсатора 13, а по достижении им напряжения накопительного конденсатора 13 под действием энергии, запасенной в индуктивности нагрузки 2 и индуктивности рассеяния трансформатора 14. При этом меняется знак напряжения на первичной обмотке трансформатора 14, и ток в ней начинает уменьшаться. В момент времени t, напряжение на дополнительной обмотке достигает напряжения на накопительном конденсаторе 13 и открывается диод 15. Ток из первичной обмотки перехватьгаается в дополнительную обмотку и через диод 15 подзаряжает накопительный конденсатор 13. При этом коммутирующий тиристор 3 обесточивается и запирается Напряжение на конденсаторе 6 в этот момент равно сумме напряжений накопительного конденсатора 13 и первичной обмотки трансформатора 14. При равенстве числа витков первичной и дополнительной обмоток трансформатора 14 напряжение на конденсаторе 6 в два раза больше напряжения на накопительном конденсаторе 13. По мере.заряда накопительного конденсатора 13 ток через диод 15 уменьшается и в момент t спадает до нуля. При этом диод 15 закрывается.

В момент времени t открывается тиристор 10 и конденсатор 7 перезаряжается через дроссель 12 и первичную обмотку выходного трансформатора 14 (кривая 18). По цепи протекает ток в направлении, намагничивающем трансформатор 14 (кривая 16). Перезаряд конденсатора 7 происходит по колебательному закону. В момент времени t ток через тиристор 10 спадает до нуля и тиристор закрывается. В момент времени tj- открывается коммутирующий тиристор 5 и начинается перезаряд конденсатора 8 через первичную обмотку трансформатора 14 (кривая 19). Ток через нее нарастает по синусоидальному закону в размагничивающем направлении (кривая 16). При достижении напряжением на конденсаторе 8 напряжения, равного по величине напряжению на накопительном конденсаторе 13, суммарное напряжение, при

клацываемое к первичной обмотке трансформатора 14, становится равным нулю при этом ток в цепи максимальный. Далее конденсатор 8 заряжается под действием энергии, запасенной в индуктивности нагрузки 2 и индуктивности рассеяния трансформатора 14, и в момент времени tg достигает величины напряжения, в два раза большего напряжения на накопительном конденсаторе 13. В этот момент открывается дио 15 и ток из первичной обмотки перехватывается в дополнительную обмотку трансформатора 14. При этом закрыва- ется тиристор 5 и прекращается заряд конденсатора 8. Ток через диод 15 уменьшается по мере подзаряда накопительного конденсатора 13 и в момент t спада тока до нуля он закрывается В момент времени tg открывается тиристор 9 и начинается перезаряд конденсатора 6 через дроссель 12 и первичную обмотку трансформатора 14 (кривая 17). Ток перезаряда изменяет ся по колебательному закону (кривая 16) ив момент tg спада тока до нуля тиристор 9 закрывается. При этом конденсатор 6, перезаряжаясь через дроссель 12 и первичную обмотку, создает ток, намагничивающий трансформатор

1А. За счет энергии дросселя 12 и индуктивности нагрузки 2 конденсатор 6 перезаряжается практически до величины напряжения, равного первоначальному,

В момент времени t, открьша тся коммутирующий тиристор 4 и начинается перезаряд конденсатора 7 (кривая 18). Чер Ьз первичную обмотку трансформатора 14 протекает в размагничивающем направлении ток, изменяющийся по синусоидальному закону (кривая 16). При достижении напряжением конденсатора 7 напряжения накопительного конденсатора 13 ток в первичной обмотке становится максимальным и напряжение на обмотке трансформатора 14 меняет знак на противоположный. Далее конденсатор 7 заряжается под действием энергии, запасенной в нагрузке 2 и индуктивности рассеяния трансформа

тора 14, В момент времени t напряжение на дополнительной обмотке трансформатора 14 достигает напряжения накопительного конденсатора 13, а напряжение на конденсаторе 7 - двойного напряжения накопительного конденсатора 13, В этот момент открьша10

г j25 тиристор 30

ется диод 15 и ток первичной обмотки перехватывается в дополнительную обмотку, подзаряжая накопительный конденсатор 13. Заряд конденсатора 7 прекращается и напряжение на нем остается постоянныь до момента открывания тиристора 10. Коммутирующн11 тиристор 4 при этом обесточивается и закрывается. Ток через диод 15 уменьшается, и при спаде тока до нуля в момент t диод 15 закрывается.

В момент времени t,, открывается вспомогательный тиристор 11 и конденсатор 8 перезаряжается через дроссель 12 и первичную обмотку трансформатора 14, формируя полуволну намагничивающего тока (кривые 16 и 19), В момент t,4 заканчивается перезаряд конденсатора 8 и тиристор 11 закрывается. Напряжение на конденсаторе 8 по абсолютной величине при этом практически равно первоначальному,

Б момент времени t открывается

3 и далее процессы повторяются. Процессы, протекающие при работе коммутирукхцих Т1фисторов 3-5 как и при работе тиристоров 9-11, полностью идент1-гчны.

Из описания принципа работы генератора видно, что через первичную обмотку трансформатора 14 протекает ток в размагничивающем и намагничивающем направлениях. Площадь, ограниченная кривой размагничивающего тока

40

45

5 (кривая 16) на интервале проводимое-, ти tg-t коммутирующего тиристора 3, равна площади под кривой намагничивающего тока на интервале перезаряда конденсатора 7, поскольку величины изменения зарядов конденсаторов 6 и 7 равны (кривая 17 и 18), При этом размагничивающее действие тока разряда накопительного конденсатора 13 и конденсатора 6 полностью компенсируется намагничивающим током конденсатора 7, Однако через дополнительную обмотку трансформатора 14 в размагнюшвающем направлении при работе диода 15 протекает ток под действием неиспользованной энергии, запасенной в индуктивности нагрузки 2, Компенсация размагничивающего действия этого тока осуществляется током источника 1 питания, протекакщим в 55 намагничивающем направлении через накопительный конденсатор 13 и пер- вичную обмотку трансформатора 14 (кривая 16),

50

о р м у л а

5 .

зоб

р е т е н и я

1. Генератор импульсов тока, содержащий источник питания, нагрузку, N цепочек ком утирукщих тиристоров, аноды которых подключены к плюсовой шине источника питания, а-катоды - к первым обкладкам N конденсаторов, вторые обкладки которых подключены к минусовой шине источника питания, точки соединения коммутирующих тиристоров и конденсаторов через разрядные тиристоры подключены к дросселю, отличающийся тем, что, с целью повьшения КПД за счет уменьшеU31037

ния постоянной составляющей и коэффициента гармоник выходного тока, второй вывод дросселя подключен к точке соединения последовательно включенных и подключенных параллельно источнику питания накопительному конденсатору и первичной обмотке трансформатора, к вторичной обмотке которого подключена нагрузка.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что трансформатор имеет дополнительную обмотку, подклю- ченную через диод параллельно накопительному конденсатору. °

Изобретение может использоваться для питания обмоток, создающих магнитные поля, в частности для питания индукторов установок индукционного нагрева. Цель изобретения - повышение КПД. Генератор содержит источник 1 питания, параллельно которому подключены цепочка из накопительного конденсатора 13 и перв1гчной обмотки трансформатора 14 и цепочки из коммутир тощих тиристоров 3-5 и коммутирующих конденсаторов 6-8. Между средней точкой цепочки накопительного конденсатора 13 и остальными цепочками через дроссель 12 включены разрядные тиристоры 9-11. Дополни- тельная обмотка трансформатора 14 через диод 15 подключена параллельно накопительному конденсатору 13. Устройство обеспечивает компенсацию по- S стоянной составляющей и улучшает гар- монический состав выходного тока. y/J 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

t