Система заряда накопительного конденсатора Советский патент 1991 года по МПК H03K3/53 

-5

Ё

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в генераторах линейных импульсов. Цель изобретения - увеличение скорости передачи энергии источника трехфазного напряжения в нагрузку. Устройство содержит шины 1-3 источника трехфазного напряжения, конденсаторы 4, 7, 10, диоды 5, 6, 8, 9 и линейный дроссель 11, Введение в известное устройство новых функциональных связей позволяет расширить угловую длительность импульсоатока отдельных фаз ис- точника и параметрически увеличить выходное напряжение системы в целом, обеспечивая увеличение скорости передачи энергии источника в накопительный конденсатор, в результате чего улучшаются удельные энергетические показатели системы. 9 ил.

О V4 VI 00 4 00

фиг.1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в генераторах линейных импульсов.

Целью изобретения является увеличение скорости передачи энергии источника трехфазного напряжения в нагрузку.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема системы; на фиг. 2,3 - эпюры напряжений на шинах 1-3; на фиг. 4-9 - фрагменты схемы системы.

Система заряда накопительного конденсатора содержит первую, вторую, третью шины 1-3 источника трехфазного напряжения, первый конденсатор 4, первая обкладка которого подключена к первой шине 1 источника трехфазного напряжения, вторая обкладка - к аноду первого диода 5, катоду второго диода 6, анод которого соединен с первой обкладкой второго конденсатора 7 и анодом третьего диода 8, катод которого соединен с анодом четвертого диода 9, с первой обкладкой третьего конденсатора 10, вторая обкладка которого соединена с второй шиной 2 источника трехфазного напряжения, катод четвертого диода 9 и катод второго диода 5 соединен с первым выводом линейного дросселя 11, второй вывод линейного дросселя 11 соединен с третьей шиной 3 трехфазного источника переменного напряжения, а первый вывод линейного дросселя 11 - с второй обкладкой второго конденсатора 7. причем емкостное сопротивление первого и треть- его-конденсаторов 4, 10 на частоте источника трехфазного напряжения не менее чем вдвое превышает индуктивное сопротивление линейного дросселя 11.

Система работает следующим образом.

Данная система заряда накопительного конденсатора (СЗНК) является существенно нелинейной, и процессы в ней описываются трансцендентными уравнениями. При рассмотрении работы СЗНК в целях упрощения рассмотрим вначале процессы в момент начала ее работы, когда сопротивление конденсатора 7 равно нулю и выход системы оказывается практически замкнутым накоротко.

Будем считать, что напряжения источника образуют прямую последовательность чередования фаз, т.е. напряжения фаз 2-1, 1-3 и 3-2 сдвинуты на 120 эл.град. (фиг.2), и их мгновенные значения Us-1, Ui-з и йз-2 изменяются, как показано на фиг.З.

В указанной системе линейный дроссель 11 обеспечивает резонансные процессы заряда и разряда конденсаторов 4 и 10, заряжаемых и разряжаемых с соответствующим сдвигом по фазе, При заряде конденсатора 7 в этих контурах осуществляется так

называемый затухающий резонанс, который обусловлен резонансным зарядом с перезарядом и в начале каждого зарядного цикла с последующим уменьшением тока и

напряжения на конденсаторах 4, 10 по мере роста напряжения на обкладках конденсатора 7

Рассматривая токи в соответствующей линии источника, необходимо учитывать,

0 что в любой момент времени ток на выходе этой линии в одну и ту же нагрузку создается всеми тремя фазными обмотками источника.

Ток трехфазного источника питания

5 (ТИПТ) в этой системе по сути является суммой двух токов: фазного (проводимого одной фазовой обмоткой источника) и линейного (проводимого двумя другими фазовыми обмотками источника); так как со0 противление источника фазовому току вдвое меньше сопротивления линейному току, линейный ток в два раза меньше фазного, а суммарный ток в 1,5 раза превышает значение фазного тока.

5Конденсаторы 4 и 10, связанные своими

обкладками через шины 1 и 2 ТИПТ, циклически заряжаются и разряжаются по соответствующим каналам (электрическим цепям), обеспечивая проведение тока источ0 ника в конденсатор 7. По мере заряда напряжение на его обкладках (определяемое интегралом зарядного тока) увеличивается и по достижении заданного значения напряжения накопителя происходит его разряд во

5 внешнюю цепь. Если необходимо разряд конденсатора 7 производить при напряжении, меньшем максимального зарядного напряжения (равного удвоенному линейному напряжению ТИПТ), то процесс заряда мо0 жет быть прерван принудительно, например, путем использования в качестве диодов 9 и 5 тиристоров. По окончании разряда конденсатора 7 во внешнюю цепь осуществляется следующий зарядный цикл.

5 На схемах фиг. 4-10 показаны фрагменты СЗНК, иллюстрирующие токи в системе в различные промежутки времени (четверти периода изменения напряжений фаз), при которых происходит возрастание фазных

0 токов по абсолютной величине в каждой фазе (линии).

Эти фрагменты соответствуют периодам времени нарастания напряжений каждой из фаз от нулевых до максимальных

5 (амплитудных) значений: для шины 2 - первый период 0-90 эл.град. (фиг.4) и период 180-270 эл.град. (фи г.5); для шины 1 -третий период 60-150 эл.град. (фиг.6) и период 240- 330 эл.град. (фиг.7); для шины 3 - второй период 120-210 эл.град. (фиг.8) и период

300-390 (30) эл.град. (фиг.9). На схемах фиг. 4-9 стрелками показаны направления линейных (л) и фазных (ф) токов источника, а внутри окружностей, иллюстрирующих фазные обмотки, полярности соответствующих фазных напряжений. Пунктиром обозначены полярности фазных напряжений в случае их изменения за рассматриваемый промежуток времени (четверть периода изменения напряжения фаз).

Так как линейный ток проводится под действием линейного напряжения (на фиг. 4 - ток по цепи: шины 2-3-1), а это линейное напряжение в треугольнике, являющееся геометрической суммой напряжений шин 2- 3 и шин 3-1, в любой момент времени равно фазному напряжению шин 2-1, то линейный ток направлен в ту же сторону, что и фазный.

Будем считать, что заряд конденсатора 7 начинается с нулевого отсчета времени при напряжении U2-1 0, которое возрастает по абсолютной величине, как показано на диаграмме фиг. 3.

На фиг. 4 сплошной линией показан ток заряда з конденсатора 7. (в 1,5 раза превышающий фазный ток ф). Величина этого тока ограничена сопротивлением дозирующих конденсаторов 10 и 4, которые заряжаются в полярности, показанной знаками на фиг. 4 под обозначениями этих конденсаторов.Линейный ток 1Л (создаваемый напряжением шин 2-3-1), имея ту же полярность, по существу ускоряет процесс заряда накопителя.

Процесс заряда накопителя по данному контуру завершается в момент времени, соответствующий достижению напряжением фазы на шине 2-1 максимального (амплитудного) значения, т.е. спустя 90 эл.град. от выбранного начала отсчета времени.

Так как напряжения фаз на шинах 1-3 и шинах 3-2 имеют знаки, соответствующие диаграммам на фиг. 3, то по контурам: шины 1, 3, дроссель 11, конденсатор 7, диод б, конденсатор 4; шины 1, 2, 3 дроссель 11, конденсатор 7, диод 6, конденсатор 4 - протекает ток заряда 1з1, создаваемый фазным током шин 1-3 и линейным током шин 1-2-3; а по контурам : шины 2, 3, дроссель 11, конденсатор 7, диод 8, конденсатор 10, шина 2; шины 2,1,3, дроссель 11, конденсатор 7, диод 8, конденсатор 10, шина 2 - ток заряда 1з конденсатора 10, создаваемый фазным током шин 2-3 и линейным током шин 2-1-3. Под действием токов (з и з (на фиг. 4 показаны пунктиром) конденсаторы 4, 10 заряжаются в полярностях, показанных в скобках над их изображениями. Токи 1з и 1з ускоряют процесц заряда конденсатора 7.

В связи с тем, что напряжение шин 1-3 спустя 60 эл.град. от выбранного начала отсчета времени изменяет свой знак на противоположный, в этот момент начинается

разряд конденсатора 4 током з (на фиг. 4 - штрихпунктиром), который заряжает конденсатор 4 полярности, указанной на фиг. 4. Через 180 эл.град. от выбранного начала отсчета напряжение шин 2-1 меняет по0 лярность на противоположную (фиг. 3 и 5), и происходит заряд конденсатора 7 током з (показан сплошной линией на фиг. 5). Величина этого тока ограничена сопротивлением конденсаторов 4 и 10, которые заряжаются

5 в полярности, показанной знаками на фиг. 5 под изображениями этих конденсаторов. Ток is в 1,5 раза превышает фазный ток ф. Линейный ток п (создаваемый напряжением шин 1-3-2), имея ту же полярность, по

0 существу ускоряет процесс заряда накопителя. Процесс заряда накопителя по данному контуру завершается в момент времени, соответствующий достижению напряжением фазы шин 2-1 максимального (амплитуд5 ного) значения, т.е. спустя 270 эл.град. от выбранного начала отсчета времени.

Так как напряжения шин 1-3 и 3-2 имеют знаки, соответствующие диаграммам на фиг. 3, то по контурам: шины 3, 1, конденса0 тор 4, диод 5, дроссель 11, шина 3. шина 3, 2, 1, конденсатор 4, диод 8, дроссель 11, шина 3 - протекает ток заряда 3 конденсатора 4, создаваемый фазным током шин 3, 1 и линейным током шин 3-2-1, а по контурам:

5 шины 3, 2, конденсатор 10, диод 9, дроссель 11. шина 3; шины 3, 1,2, конденсатор 10, диод 7, дроссель 11, шина 3 - ток заряда э конденсатора 10, создаваемый фазным током шин 3, 2, 1 и линейным током шин 3, 1,

0 2. Под действием токов з и is (на фиг. 5

показаны пунктиром) конденсаторы 4, 10

заряжаются в полярностях, показанных в

скобках над изображением конденсаторов.

В связи с тем, что напряжение шин 1-3

5 спустя 240 эл. град, от выбранного начала отсчета времени изменяет свой знак на противоположный, в этот момент начинается разряд конденсатора 4 током is. изображенным на фиг. 5 штрихпунктиром. Этот ток

0 проходит по контурам: шины 1, 3, дроссель 11, конденсатор 7. диод 6, конденсатор 4, шина 1; шины 1, 2, 3, дроссель 11, конденсатор 7, диод 6, конденатор 4, шина 1 - и заряжает конденсатор 4 в полярности, указанной

5 под его изображением. Ток з также увеличивает скорость заряда конденсатора 7.

Продолжим рассмотрение многоконтурной системы заряда конденсатора 7 применительно к напряжению Ui-з, которое будет равно нулю по истечении 60 эл.град.

от выбранного начала отсчета времени, а затем возрастает по абсолютной величине, как показано на диаграмме фиг. 2.

На фиг. 6 сплошной линией показан тех заряда 3 конденсатора 4, проходящий по контурам: шины 3, 1, конденсатор 4, диод 5, дроссель 11, шины 3; шины 3, 2, 1, конденсатор 4, диод 5, дроссель 11, шина 3. чина этого тока ограничена сопротивлением конденсатора 4, который заряжается в полярности, указанной знаками на фиг. 6 под изображением этого конденсатора. Процесс заряда конденсатора 4 поданному контуру завершается в момент времени, соответствующий достижению напряжением шин 1, 3 максимального (амплитудного) значения, т.е. спустя 150эл.град, от выбранного начала отсчета времени.

Так как напряжения шин 3, 2 и 2, 1 имеют знаки, соответствующие диаграммам на фиг. 3, то по контурам: шины 2, 3, дроссель 11, конденсатор 7, диод 3, конденсатор 10, шина 2; шины 2, 1,3, дроссель 11, конденсатор 7, диод 8, конденсатор 10, шина 2 - протекает ток заряда 1э конденсатора 10, создаваемый фазным током шин 2, 3 и линейным током шин 2, 1, 3, а по коьтурам: шины 2, 1, конденсатор 4, диод 5, конденсатор 7, диод 8, конденсатор 10, шина 2; шины 2, 3, 1, коненсатор 4, диод 5, конденсатор 7, диод 8, конденсатор 10, шина 2 - ток заряда 3 конденсаторов 10 и 4, создаваемый фазным током шин 2-1 и линейным током шин 2-3-1. Под действием is и з (на фиг. 6 показаны пунктиром) они заряжаются в полярностях, показанных под их изображением. Токи is и is ускоряют процесс заряда конденсатора 7.

В связи с тем, что напряжение шин 3-2 спустя 120 эл.град. изменяет свой знак на противоположный, в этот момент начинается разряд конденсатора 10 током is, изображенным на фиг. 6 штрихпунктиром; этот ток проходит по контурам: шины 3, 2, конденсатор 10, диод 9, дроссель 11, шинаЗ; шиныЗ, 1, 2, конденсатор 10, диод 9, дроссель 11, шина 3-й заряжает конденсатор 10 в полярности, указанной в скобках над конденсаторами.

Через 240 эл.град. от выбранного начала отсчета напряжение шин 1, 3 меняет полярность на противоположную (фиг. 3 и 7) и происходит заряд конденсатора 7 током з (показан сплошной линией на фиг. 7), проходящим по контурам: шины 1, 3, дроссель 11, конденсатор 7, диод б, конденсатор 4, шина 1; шины 1,2,3, дроссель 11. конденсатор 7, диод б. конденсатор 4, шина 1.

Величина этого тока ограничена сопротивлением конденсатора 4, который заряжается в полярности, указанной знаками на фиг. 7 под его обозначением. Процесс заряда конденсатора 7 по данному контуру завершается в момент времени,

соответствующий достижению напряжением шин 1-3 максимального (амплитудного) значения, т.е. спустя 330 эл.град. от выбранного начала отсчета времени.

Так как напряжения фаз на шинах 3, 2 и

2, 1 имеют знаки, соответствующие диаграммам на фиг. 3, то по контурам: шины 3, 2, конденсатор 10, диод 9, дроссель 11, шина 3; шины 3, 1,2, конденсатор 10, диод 9, дроссель 11, шина 3 - протекает ток заряда

ij, создаваемый фазным током шин 3-2 и линейным током шин 3, 1, 2, а по контурам: шины 1, 2, конденсатор 10, диод 9, конденсатор 7, диод 6, конденсатор 4, шина 1; шины 1, 3, 2, конденсатор 10, диод 9, конденсатор 7, диод 6, конденсатор 4, шина 1 ток заряда i3, создаваемый фазным током

шин 1-2 и линейным током шин 1, 3, 2. Под

действием токов is и is (на фиг. 7 показаны

пунктиром) конденсаторы 10 и 4 заряжаются в полярностях, указанных под их изображением.

В связи с тем, что напряжение шин 3, 2 спустя 300 эл.град. изменяет свой знак на противположный, в этот момент начинается

разряд конденсатора 10 током is, изображенным на фиг. 7 штрихпунктиром. Этот ток заряжает конденсатор 10 в полярности, указанной в скобках над его изображением. Токи is и з ускоряют процесс заряда конденсатора 7.

Завершим рассмотрение многоконтурной системы заряда конденсатора 7 применительно к напряжению 1)з-2, которое будет равно нулю по истечении 120 эл.град. от

выбранного начала отсчета времени, а затем возрастает по абсолютной величине, как показано на диаграмме фиг, 3.

На фиг. 8 сплошной линией показан ток заряда i3 конденсатора 10, проходящий по

контурам: шины 3, 2, конденсатор 10, диод 9, дроссель 11, шина 3, шины 3,1,2, конденсатор 10, диод 9, дроссель 11, шина 3.

Величина этого тока ограничена сопротивлением конденсатора 10, который заряжается в полярности, указанной под его изображением. Процесс заряда накопителя по данному контуру завершается в момент времени, соответствующий достижению напряжением шин 3, 2 максимального (амплитудного) значения, т.е. спустя 210 эл.град. от выбранного начала отсчета времени.

Так как напряжения шин 2-1 и 1-3 имеют знаки, соответствующие диаграммам на фиг. 3, то по контурам: шины 2, 1, конденсатор 4, диод 5, конденсатор 7, диод 8, конденсатор 10, шина 2; шины 2, 3, 1, конденсатор

4,диод 5, конденсатор 7, диод 8, конденсатор 10, шина 2 - протекает ток заряда з, а по контурам: шины 3,1, конденсатор 4, диод

5,дроссель 11, шина 3; шины 3, 2, 1, конденсатор 4, диод 5, дроссель 11, шина 3 - ток заряда з. Под действием токов is и I 3 (на фиг 8 показа -ы пунктиром4 .онденссгоры 10 и 4 заряжаются в поляоностях, указанных в скобках над их изображением

В связи с ем, чго напряжение ин 2-1 спустя 180 зл.град. изменяет свой знак из противоположный, в этот момсч г наи1.нзет- гя разряд конденсаторов 10 и 4 TCKOM i3 , изображенным на фиг. 5 штрихпунктиром Этот ток проходит по контурам: шины 1, 2, конденсатор 10,диод 9, конденсатор 7.диод

6,конденсатор 4, шина 1; шины 1, 3, 2. конденсатор 10, диод 9, конденсатор 7, диод 6, конденсатор 4, шина 1 - и заряжает конденсаторы 4 и 10 в полярностях, указанных под их изображением. токи is и i также увеличивают скорость заряда конденсатора 7.

Через 300 эл.град. от выбранного начала отсчета напряжение шин 3, 2 меняет полярность на противоположную (фиг. 3 и 9), и происходит заряд конденсатора 7 током i3 (показан сплошной линией на фиг 9) Величина этого тока ограничена сопсотивлением конденсатора 10, который заряжается в полярности, указанной под его изображением. Процесс заряда конденсатора 10 по данному контуру завершается в момент времени, соответствующий достижению напря- жением шин 3, 2 максимального (амплитудного) значения, т е. спустя 390 (30) эл.град. от выбранного начала отсчета времени.

Так как напряжения шин 2, 1 и 1, 3 имеют знаки, соответствующие диаграммам на фиг. 3, то по контурам: шины 1, 2, конденсатор 10,диод 9, конденсатор 7,диод 6, конденсатор 4, шина 1; шины 1, 3, 2, конденсатор 10,диод 9 конденсатор 7,диод б, конденсатор 4, шина 1 - протекает ток заряда 13, создаваемый фазным током шин 1-2 и линейным током шин 1-3-2, а по контурам: шины 1, 3, дроссель 11, конденсатор 7, доид б, конденсатор 4 шина 1, шины 1,2,3, дроссель 11, конденсатор 7, диод 6. конденсатор 4, шина 1 -ток ззояда i3 конденсатора 4, создаваемый фазным током шин 1, 3 и линейным током шин 1,2,3 Под действием токов i3 и з (на фиг. 9 показаны пунктиром) конденсаторы 10 и 4 заряжаются в полярностях, указанных в скобках над их изображением.

В связи с тем, что напряжение шин 2-3 спустя 360(0) эл.град. изменяет свой знак на противоположный, в этот момент начинается разряд конденсаторов 4 и 10 током I, изображенным на фиг. 9 штрихпунктиром.

Этот ток проходит пс кочлрам. ,иины 2, 1, конденсатор 4, диод 5 конденсатор 7, диод

8, конденсатор 10 шина 2, шины 2, 3, 1, конденсатор 4, диод 5, конденсатор 7, диод 8, конденсатор 10, шина 2-й заряжает конденсаторы 4 и 10 в полярностях, указанных под их изображениями. Токи U, is и is

являются и токами заряда конденсатора 7

Следовательно, каждая фзза (линия) источник энергии передает энергию в конденсаторы 4 и 1C при их поочередном

резонансном заряде а затем суммируя свои напряжения с напряжениями дозирующих конденгатороз, в конденсатор 7. Резонансные заряд и разряд конденсаторов 4 и 10 осуществляемые с соответствующим

сдвигом по фазе, в свою очередь, увеличи- ают скорость передачи энергии источника о - онденсаторы. отборы энергии источника в дозирующие конденсаторы и последующая передача энергии в конденсатор

7, расширяя угловую длительность импульсов тока отдельных фаз источника и параметрически увепичивач выходное напряжение системы в целом, обеспечивают увеличение скоростч передачи энергии

источника в накопительный конденсатор, в результате чего улучшаются удельные энергетические показатели системы.

Формула изобретения

Система заряда накопительного конденсатора, содержащая первую, вторую, третью шины источника трехфазного напряжения, первый конденсатор, первая обклздка которого подключена к первой шине источника трехфазного напряжения, вторая обкладка - к аноду первого диода катоду второго диода, анод которого соединен с первой обкладкой второго конденсатора и

анодом третьего диодз, като-г которого соединен с анодом четвертого ,j ода, с первой обкладкой третьего конденсатора, вторая обкладка которого соединена с второй шиной источника трехфазного напряжения, катод четвертого диода и катод второго диода соединены с первым выводом линейного дросселя, отличающаяся тем, что, с целью увеличения скорости передачи энергии источника трехфазного напряжения в

нагрузку, второй вывод линейного дросселя соединен с третьей шиной трехфазного источника переменного напряжения, а первый вывод линейного дросселя соединен с второй обкладкой второго конденсатора, причем емкостное сопротивление первого и

третьего конденсаторов на частоте источни- вдвое превышает индуктивное сопротивле- ка трехфазного напряжения не менее чем ние линейного дросселя.

фиг 2

Фиг.Ь

(t}i:

(рие.З

Фи$.5

Й/е,Ј

Фиг.7