Стабилизированная система питания высоковольтного емкостного накопителя энергии Советский патент 1991 года по МПК H02M9/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высоковольтных системах питания импульсных электрофизических нагрузок.

Цель изобретения - повышение надежности за счет снижения тепловых воздействий в переходных режимах.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемой системы питания; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая работу системы питания в переходном режиме, возникающем после дугового пробоя газоразрядной камеры электрофизической нагрузки.

Стабилизированная система питания высоковольтного емкостного накопителя энергии (см. фиг. 1) содержит источник зарядного напряжения 1, реактор 2 и конденсатор 3, образующие сглаживающий LC- фильтр, подключенный к источнику 1, а также последовательную цепь, состоящую из накопительного реактора 4, высоковольтного диодного блока 5, емкостного накопителя 6 и подключенную параллельно конденсатору 3.

Накопительный реактор 4 шунтирован высоковольтным тиристорным ключом 7, образованным из последовательно соединенных диодных ячеек 8, тиристорных ячеек

9и 10. Параллельно тиристорным ячейкам

10включен резистор 11. Датчики напряжения 12 и 13, соединенные соответственно с емкостным накопителем энергии 6 и высоковольтным тиристорным ключом 7, подключены выходами к двухвходовому логическому элементу ИЛИ 14. Управляю Х

ю

СА VI

2

щие входы тиристорных ячеек 9 подключены к выходу логического элемента ИЛИ 14 непосредственно, а тиристорных ячеек 10 через управляемый ключ 15, управляющий вход которого связан с выходом датчика зарядного тока 16, включенного в цепь зарядного тока последовательно с емкостным накопителем 6.

Стабилизированная система питания работает следующим образом.

В исходном рабочем режиме напряжение 11з конденсатора 3 (см, фиг. 2) практически постоянно и равно среднему значению пульсирующего напряжения источника зарядного напряжения 1. Величина индуктивности LA накопительного реактора 4 выбирается достаточно большой, поэтому заряд емкостного накопителя энергии 6 (Ue) осуществляется через высоковольтный диодный блок 5 практически постоянным током Ц. При частичном разряде емкостного накопителя энергии 6 длительность разрядного цикла значительно меньше периода повторения разрядов и постоянной времени разрядного контура. Высоковольтный тиристорный ключ 7 включается при достижении зарядным напряжением Ue порога срабатывания датчика напряжения 12 или анодным напряжением высоковольтного тиристорного ключа 7 порога срабатывания датчика напряжения 13. Тиристорные ячейки 9 и 10 включаются, поскольку в рабочем режиме зарядный ток д меньше порога срабатывания loop датчика зарядного тока 16, на выходе которого сигнал Uie отсутствует и управляемый ключ 15 замкнут. Тиристорные ячейки 10 шунтируют резистор 11 при включенном высоковольтном тиристорном ключе 7, а величина сопротивления резистора 11 значительно меньше сопротивления закрытых тиристорных ячеек 9 при выключенном высоковольтном тирмсторном ключе 7. Напряжение на резисторе 11 практически отсутствует и он не влияет на протекание установившегося режима, т.е. не ухудшает точность стабилизации КПД и системы питания,

В момент времени ь (см. фиг. 2) происходит дуговой пробой электрофизической нагрузки, совпадающий, как правило, с од ним из разрядных циклов и вызывающий полный разряд емкостного накопителя энергии 6. Пока напряжение Ue достаточно мало, восстанавливается электрическая прочность нагрузки и начинается переходный процесс восстановления исходного рабочего режима. Указанная ситуация типична, в частности, для газоразрядной камеры лазерной технологической установки. Емкостный накопитель энергии 6 заряжаетг

ся током накопительного реактора 4, разрядные циклы продолжаются, но.на интервале (.) напряжение Ue меньше напряжения 1)з конденсатора 3, которое

5 поддерживается практически неизменным источником зарядного напряжения 1. Разность напряжений (Ua-Ue) приложена в обратном направлении к диодным ячейкам высоковольтного тиристорного ключа 7 и

10 вызывает рост тока М накопительного реактора 4. В момент времени ti, когда Ц Пор, срабатывает датчик зарядного тока 16, на выходе которого появляется сигнал Uie, вызывающий размыкание ключа 15, а в момент

15 времени t2, когда lb Ue, ток накопительного реактора 4 достигает максимального значения макс. В момент времени ts напряжение емкостного накопителя энергии 8 достигает порога срабатывания датчи20 ка напряжения 12, который формирует сигнал включения высоковольтного тиристорного ключа 7. С выхода логического эле- мента ИЛИ 14 управляющий сигнал поступает только на тирис-торные ячейки 9,

25 поскольку управляемый ключ 15 выключен сигналом 016 датчика зарядного тока 16. Включение тиристорных ячеек 9 сопровождается выключением высоковольтного диодного блока 5 под действием разности

30 напряжения (Da + Ш - Об). Ток Ц накопительного реактора 4 протекает через диодные ячейки 8, тиристорные ячейки 9 и резистор 11 до начала очередного разрядного цикла в момент времени ц. Избыточная энергия

35 УУиз 0,5 - Ц (1макс - М2), поступившая в накопительный реактор 4 на интервале (t0 - -t2), частично рассеивается в резисторе 11 за время (t4 - тз). Одновременно происходит уменьшение тока М, При включении высоко40 вольтного таристорного ключа 7 сигналом датчика напряжения 13 процессы протекают аналогично. После окончания разрядного цикла в момент времени t4 напряжение Ue емкостного накопителя энергии 6 стано45 вится меньше напряжения 11з конденсатора 3. Высоковольтный тиристорный ключ 7 запирается обратным напряжением, равным (Ue - Уз). Одновременно, разностью напряжений (Уз + LM - Ue) открывается вы- 50 соковольтный диодный блок 5. Ток накопительного реактора 4 заряжает емкостной накопитель энергии 6. На интервале (t4 - ts) tc высоковольтному тиристорному ключу 7 приложено обратное напряжение.

55 Тиристорные ячейки 9 восстанавливают за- пирающие свойства. Заряд емкостного накопителя энергии 6 продолжается до момента времени ts, когда напряжение Ue достигает порога срабатывания датчика напряжения 12. Поскольку М (пор, а сигнал

U16 датчика зарядного тока 16 поддерживаются управляемый ключ 15 в отключенном состоянии, включаются только тиристорные ячейки 9. На интервале (te - ty) до начала очередного разрядного цикла в момент времени t ток накопительного реактора 4 протекает через резистор 11. Часть избыточной энергии Л/из накопительного реактора 4 рассеивается в резисторе 11, а ток U на интервале (te -1) продолжает уменьшаться. В дальнейшем процессы протекают аналогичным образом до момента времени te. При каждом включении высоковольтного тири- сторного ключа 7 ток накопительного реактора 4 протекает через резистор 11, что сопровождается рассеиванием части избыточной энергии WHS и уменьшением Ц. В момент времени te, когда 14 Inop. датчик зарядного тока 16 снимает сигнал Uie с управляющего входа управляемого ключа 15, который возвращается в исходное замкнутое состояние. С момента Ъремени te величина тока накопительного реактора 4 близка к установившемуся значению, сигналы с выходов датчиков напряжения 12 и 13 поступают на управляющие входы тири- сторных ячеек 9,10, а резистор 11 не влияет на дальнейшую работу системы питания. На интервале (ta - te) обеспечивается принудительное уменьшение тока накопительного реактора 4 за счет вывода избыточной энергии в резистор 11 и сокращение длительности переходного режима, что при прочих равных условиях облегчает тепловое воздействие на оборудование в тракте зарядного тока, в частности, на высоковольтный тиристорный ключ 7, накопительный реактор 4 и высоковольтный диодный блок 5. Аналогичным образом стабилизированная система питания работает во всех переходных режимах, протекание которых сопровождается превышением зарядного тока над порогом срабатывания датчика 13 зарядного тока, причем процесс вывода избыточной энергии не нарушает стабилизацию предразрядного напряжения, а длительность интервала восстановления исходного режима питания электрофизической нагрузки (to - t2) значительно меньше длительности переходного режима (t0 - te).

Таким образом, в предлагаемой системе питания достигается положительный эффект повышения надежности за счет снижения тепловых воздействий на оборудование в переходных режимах. Формула изобретения Стабилизированная система питания

высоковольтного емкостного накопителя энергии, содержащая источник зарядного напряжения, к выходу которого подключен сглаживающий LC-фильтр, соединенный выходом через накопительный реактор и

высоковольтный диодный блок с емкостным накопителем энергии, высоковольтный тиристорный ключ, образованный из последовательно соединенных тиристорных и диодных ячеек и шунтирующий накопительный реактор, датчики напряжений емкостного накопителя энергии и высоковольтного тиристорного ключа, выходы которых через двухвходовый логический элемент ИЛИ соединены с управляющим входом высоковольтного тиристорного ключа, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности за счет снижения тепловых воздействий в переходных режимах, в него дополнительно введен резистор, включенный

параллельно части тиристорных ячеек, управляющие входы которых соединены с выходом логического элемента ИЛИ через дополнительно введенный управляемый ключ, управляющий вход которого соединен

с выходом дополнительно введенного датчика зарядного тока, включенного последовательно в цепь емкостного накопителя энергии.

1693704 Iti

--CD-I Гй-br 7F l

11

5

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высоковольтных системах питания импульсных электрофизических нагрузок. Цель изобретения - повышение надежности за счет снижения тепловых воздействий в переходных режимах. Величина тепловой перегрузки оборудования определяется временным интегралом от квадрата зарядного тока и пропорциональна длительности переходного режима. Часть тиристорных ячеек 10 высоковольтного тиристорного ключа 7 шунтирована резистором 11, а их управляющие входы соединены последовательно с управляемым ключом 15, управляющий вход которого связан с датчиком зарядного тока 16. В нормальном режиме тиристорные ячейки шунтируют резистор 11. В переходных режимах управляемый ключ 15 блокирует управляющие импульсы по сигналу датчика зарядного тока 16, а резистор 11 рассеивает избыточную энергию, уменьшая длительность переходного режима. 2 ил. со с

4

%

Imax

ff(fO

Л1

v

7