Устройство для заряда накопительного конденсатора Советский патент 1990 года по МПК H03K3/53 

-JLS

сд

со

со со

ОЭ

со

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам для заряда накопительных конденсаторов, используемых в качестве импульсного источника питания ламп накачки ОКГ, в установках электроискровой обработки материалов. Целью изобретения является повышение КПД и надежности устройства при одновременном расширении диапазона регулирования напряжения на накопительном конденсаторе. Устройство для заряда накопительного конденсатора содержит источник 1 постоянного напряжения, дроссель 2 с отводом 3 и выводами 4, 12, первый тиристор 5, накопительный конденсатор 6, промежуточный емкостной накопитель 7 энергии, первый диод 8, второй диод 9, третий диод 10, второй тиристор 11. Совмещение цепей заряда промежуточного емкостного накопителя энергии и накопительного конденсатора позволяет повысить КПД и надежность устройства. 2 ил.

Фиг.1

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам для заряда накопительных конденсаторов, используемых в качестве импульсного источника питания ламп накачки ОКГ, в установках электроискровой обработки материалов.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности устройства при одновременном расширении диапазона регулирования напряжения на накопительном конденсаторе путем объединения цепи разряда промежуточного емкостного накопителя энергии с целью заряда накопительного конденсатора.

На фиг. 1 представлена схема устройства для заряда накопительного конденсатора; на фиг. 2 - временные зависимости тока дросселя (а), напряжения на промежуточном емкостном накопителе энергии (б). напряжения на накопительном конденсаторе (в).

Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, дроссель 2, имеющий отвод 3 от части витков, первый вывод 4 дросселя соединен с анодом первого тиристора 5, катодом подключенного к первому выводу накопительного конденсатора 6, вторым выводом соединенного с источником 1 постоянного напряжения и промежуточным емкостным накопителем 7 энергии. Первый диод 8 соединяет положительный полюс источника 1 с отводом дросселя, второй диод 9 анодом подключен к первому выводу, а катодом к второму выводу промежуточного емкостного накопителя энергии и точке с оединения анода третьего диода 10 с катодом второго тиристора 1 1 , анод второго тиристора соединен с первым выводом дросселя, а второй вывод 12 дросселя - с катодом третьего диода 10. Устройство содержит также обмотки 13 и 14 дросселя 2.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

В момент t „ (Лиг. 2) управляющий

U

сигнал подается на тиристор 11, после открывания которого начинается заряд промежуточного емкостного накопителя 1 энергии от источника 1 постоянного напряжения через диод 8 и обмотку 14 дросселя 2. Диод 10 закрыт приложенным к нему обратным напряжением источника 1 постоянного

0

5

0

5

0

5

0

5

напряжения и напряжением обмотки 13 др осселя 2 (полярность напряжения на обмотках дросселя показана на фиг. 1 без скобок).

За время t0 - t , (фиг. 2,6) промежуточный емкостный накопитель 7 энергии заряжается до некоторого напряжения, меньшего напряжения источника 1. При этом через дроссель 2 протекает ток (t0 - гм , фиг. 2,а) и в электромагнитном поле дросселя запасается количество энергии, пропорциональное квадрату числа витков обмотки 14 дросселя 2 (индуктивности) и квадрату мгновенного значения тока.

В момент t1 (фиг. 2) управляющий сигнал подается на тиристор 5, при открывании которого начинается заряд накопительного конденсатора 6 по цепи источник 1 постоянного напряжения - диод 8 - обмотка 14 дросселя 2. При этом тиристор 11 закрывается в результате приложенного к нему обратного напряжения, возникающего за счет шунтирования заряженного промежуточного емкостного накопителя 7 энергии и тиристора 11 разряженным накопительным конденсатором 6. Через обмотку 14 дросселя 2 продолжает протекать ток (t1 - t 4, фиг. 2,а) заряда, но уже накопительного конденсатора 6, который за это время заряжается до напряжения источника 1 постоянного напряжения (фиг. 2,в).

i

Использование одной цепи (источник 1 постоянного напряжения - диод 8 - дроссель 2) как для заряда промежуточного емкостного накопителя 7 энергии, так и заряда накопительного конденсатора 6 позволяет за время t0 - t, (фиг, 2, б) заряда промежуточного емкостного накопителя 7 энергии до некоторого напряжения запасти в электромагнитном поле дросселя 2 дополнительную энергию, которую затем передать в накопительный конденсатор.

В момент времени t (фиг. 2) накопительный конденсатор 6 заряжен до напряжения U источника 1. В обмотках дросселя 2 возникает ЭДС самоиндукции (на фиг. 1 показана в скобках), и начинается передача в накопительный конденсатор 6 энергии, накопленной дросселем 2 за интервал втэемени tc - ti протекания тока.

За время tz - Г-3 (фиг 2.в) накопительный конденсатор 6 заряжается до удвоенного значения напряжения источника 1 за счет энергии дрюссе- ля, запасенной им при протекании тока (время t, - t2 , фиг. 2,а) заряда накопительного конденсатора 6.

Ток через дроссель 2 за счет оставшейся энергии, накопленной дросселем при протекании тока (t0 - t1, фиг. 2,а) заряда промежуточного емкостного накопителя 7 до напряжения U7(tt), не прекращается. Поэтому условия для запирания тиристора 5 не возникает, хотя напряжение на накопительном конденсаторе 6 и равно удвоенному значению напряжения источника 1 .

Таким образом, в момент времени t, накопительный конденсатор 6 заряжен до удвоенного значения напряжения источника 1, а в дросселе 2 еще осталось определенное количество энергии. Процесс переключения отдачи дросселем энергии происходит по цепи вывод 4 дросселя 2 - тиристор 5 - накопительный конденсатор 6 - промежуточный емкостной накопитель 7 - диод 10 - вывод 12 дросселя 2.

Отсюда определяется оптимальный коэффициент трансформации дросселя 2

К обмотке 14 дросселя приложено напряжение U (разность между напряжением на накопительном конденсаторе 6 и напряжением источника 1), а к обмотке 13,соответственно, U-(t1). Коэффициент трансформации дросселя 2 можно определить ич условия

v - U U-i(tt)

Ку

(1)

Найденный из (1) коэффициент трансформации дросселя позволяет при полной отдаче дросселем накопленной энергии разрядить промежуточный емкостной накопитель 7. Следовательно, добавочная энергия, переданная в накопительный конденсатор, в этом случае, будет равна

,(t1)i

Накопительный конденсатор 6 после заряда будет иметь энергию, которая складывается из энергии накопительного конденсатора 6, заряженного до удвоенного значения напряжения U

, СЬ(21Л2 источника 1 , и ;

добавочной

(t энергии -х- откуда

CtU Ct(2U) (t,)32

(2)

10 Решая уравнение (2) относительно U7(tt) находим

15

М j|cT(u - 4и-2Х (з)

5

0

Уравнение (3) показывает, до какого напряжения необходимо зарядить промежуточный емкостный накопитель 7 энергии с выбранной емкостью С7 от источника 1 с напряжением U, чтобы накопительный конденсатор 6 емкостью Ct зарядился до напряжения Uf.

При найденном коэффициенте трансформации дросселя 2 и заряде промежуточного емкостного накопителя 7 до напряжения U7(tt) накопительный, конденсатор 6 будет в результате заряда иметь максимальную энергию.

Регулировка энергии накопителъно0 го конденсатора 6 в сторону уменьшения осуществляется простым увеличением времени tc - t1 заряда промежуточного емкостного накопителя 1 энергии до напряжения, большего U7(t ),

5 найденного из (3). Это приводит к более раннему включению обмотки 13 в цепь отдачи дросселем 2 накопленной энергии, т.е. раньше, чем напряжение на накопительном конденсаторе

0 6 достигнет удвоенного значения напряжения источника питания. Следовательно, часть энергии, накопленной дросселем 2 за время заряда накопительного конденсатора 6 до напряжения

5 источника 1 после разряда промежуточного емкостного накопителя 7, будет отдаваться дросселем непосредственно накопительному конденсатору, замыка- тясь через диод 9, что и приводит к

0 уменьшению энергии, передаваемой в накопительный конденсатор. Минимальная энергия накопительного конденсатора будет в том случае, если промежуточный накопитель 7 будет зас ряжен до напряжения источника 1. В этом случае после заряда накопительного конденсатора 6 до напряжения источника 1 (момент t1 фиг. 2,в) начинается отдача энергии дросселем

7153

2 по цепи вывод 4 дросселя 2 - тиристор 5 - накопительный конденсатор 6 - промежуточный емкостной накопитель 7 - диод 10 - вывод 12 дросселя 2 и при разряде накопителя 7 до нуля через диод 9.

Кроме того, наличие второго тиристора 11, трех диодов и новых связей позволяет заряжать накопительный конденсатор до напряжения, многократно превышающего напряжение источника 1.

Формула изобретения

Устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее источник постоянного напряжения, дроссель,

имеющий отвод от части витков, первый JQ динения анода третьего диода с кавывод дросселя соединен с анодом первого тиристора, катод которого подключен к первому выводу накопительно- го конденсатора, вторым выводом соетодом второго тиристора, анод которо го соединен с первым выводом дросселя, а второй вывод дросселя - с като дом третьего диода.

Л.Веселовская

I , i

Ф«Ј. I

Составитель А.Петров Техред М.Дидык

8

диненного с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения и первым выводом промежуточного емкостного накопителя энергии, о т л и ч а

шения КПД и надежности устройства при одновременном расширении диапазона регулирования напряжения на накопительном конденсаторе, дополнительно введены первый, второй, третий диоды и второй тиристор, при этом анод первого диода соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения, а катод - с отводом дросселя, второй диод анодом подключен к первому выводу, а катодом - к второму выводу промежуточного емкостного накопителя энергии и точке соетодом второго тиристора, анод которого соединен с первым выводом дросселя, а второй вывод дросселя - с катодом третьего диода.

Корректор С.Черни