Устройство для зарядки емкостного накопителя энергии Советский патент 1992 года по МПК H03K3/53 

vi о

N5 СО

ON

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для зарядки емкостных накопителей энергии, и может быть использовано в высоковольтной импульсной технике. Целью изобретения является повышение надежности и обеспечение устойчивой работы устройства. Устройство для зарядки емкостного накопителя энергии содержит источник 1 питания, первый последовательный резонансный инвертор, состоящий из тиристоров 2,3, коммутирующих дросселей 4, 5, коммутирующего конденсатора 6, нагрузки 7, второй и третий последовательные резонансные инверторы, содержащие тиристоры 8-11, коммутирующие дроссели 12-15 и коммутирующие конденсаторы 16,17, дроссель 18, обратные диоды 19, 20. Введение второго и третьего последовательных резонансных инверторов, дросселя 18 и обратных диодов 19, 20 обеспечивает достижение цели. 2 ил. (Л С

Фиа1

v

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для зарядки емкостных накопителей энергии, и может быть использовано в высоковольтной импульсной технике.

Целью изобретения является повышение надежности и обеспечение устойчивой работы устройства.

На фиг. 1 представлена схема устройства для зарядки емкостного накопителя энергии; на фиг. 2 - расчетные кривые потребляемой от источника мощности при различных соотношениях величин индук- тивностей дросселей 18 и 3, 4, 9,11,12 и 14 (KL) (Р и t в относительных единицах).

Устройство содержит источник 1 питания, первый последовательный резонансный инвертор, тиристоры 2 и 3 которого через коммутирующие дроссели 4 и 5 соединены с полюсами источника 1 питания, точка соединения тиристоров 2 и 3 через коммутирующий конденсатор 6 соединена с первым выводом нагрузки 7, второй и третий последовательные резонансные инверторы, тиристоры 8-11 которых через коммутирующие дроссели 12-15 подключены к полюсам источника 1 питания, а точки соединения тиристоров 8-11 через коммутирующие конденсаторы 16 и 17 с нагрузкой 7, второй ее вывод через дроссель 18 соединен со средней точкой источника 1 питания, и через обратные диоды 19 и 20 с его полюсами, нагрузка содержит трансформатор 21, к вторичной обмотке которого через выпрямитель 22 подключен емкостной накопитель 23 энергии.

Устройство работает следующим образом.

При включении тиристоров в следующей очередности 2, 9, 10, 3, 8 и. 11 через первичную обмотку трансформатора 21 протекает ток, например при включенном тиристоре 2, ток протекает по контуру: источник 1 - дроссель 4 - тиристор 2 - конден- сатор 6 - первичная обмотка трансформатора 21 - дроссель 18 - источник 1. При этом ток заряда емкостного накопителя протекает по контуру: первый вывод вторичной обмотки трансформатора 21 - мостовой выпрямитель 22 - емкостной накопитель 23 - второй вывод вторичной омботки трансформатора 21. Поскольку емкостной накопитель 23 в разряженном состоянии представляет короткое замыкание для инвертора, то это приводит к раскачке - увеличению напряжения на реактивных элементах инвертора. При достижении напряжением на индуктивности величины напряжения источника 1 включается диод 19, что изменяет контур протекания тока через

первичную обмотку трансформатора: первый вывод первичной обмотки трансформатора 21 - диод 19 - дроссель 4 - тиристор 2 - конденсатор 6 - второй вывод первичной

обмотки трансформатора 21. При этом источник 1 отключается от инвертора, энергия от источника в инвертор не поступает, а ток источника замыкается по контуру: источник 1 - диод 19 - дроссель 18.

Условием выключения диода 19 является равенство встречных токов через него, после чего этот диод выключается и ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора, вновь замыкается через

источник.

Поскольку схема инвертора симметрична, принцип работы инвертора в другие полупериоды в различных стадиях зарядного

процесса повторяется.

В моменты, когда диод 19 не проводит ток, энергия от источника поступает в емкостной накопитель энергии и запасается в реактивных элементах инвертора. При

включенном диоде 19 энергия от источника в инвертор не поступает, а заряд емкостного накопителя энергии осуществляется за счет частичного отбора энергии из реактивных элементов инвертора. Время, в течение

которого диод 19 находится в проводящем состоянии , зависит оттого, как изменяется ток инвертора в процессе заряда. Ток инвертора с ростом напряжения заряда уменьшается (растет против ЭДС накопителя

энергии), следовательно, и время, в течение которого инвертор отключен от источника, также уменьшается.

Характер изменения зарядного тока, а следовательно, и режим заряда емкостного

накопителя энергии зависят от соотношения величины индуктивности каждого из коммутирующих .ей инвертора к индуктивности дросселя 18 и при величине этого отношения, равн ой двум, заряд протекает при постоянстве потребляемой от источника мощности. До тех пор, пока напряжение емкостного накопителя много меньше напряжения коммутирующих конденсаторов, условия включения и выключения тиристоров инвертора обеспечены тем, что полярность ЭДС, действующих в контуре, обеспечивает включенное состояние диодов мостового выпрямителя при включении очередного тиристора. Однако наступает момент, когда сумма напряжений в. контуре инвертора может стать недостаточной для поддержания диодов выпрямителя в проводящем состоянии на этапе проводящего состояния тиристоров. Это приводит к нарушению условий выключения тиристора

2 и к тому, что включение очередного тиристора инвертора происходит в момент, когда предыдущий тиристор еще не выключился, т.е. в проводящем состоянии находятся одновременно два тиристора. В предложенном устройстве такое явление не приводит к срыву инвертирования, а образуется режим перекрытия токов ячеек, т.е. образуется (например, когда тиристор 2 еще не выключился, а тиристор 9 включился) следующий контур перезаряда коммутирующих конденсаторов, минуя трансформатор: конденсатор б, конденсатор 16, тиристор 9, дроссель 13, источник 1, дроссель 4, тиристор 2. Это способствует обес- печению условий выключения тиристора 2 и подпитке энергии в контур, вследствие чего растет напряжение на зажимах первичной обмотки трансформатора 21. При достижении этим напряжением значения, достаточ- ного для включения диодов выпрямителя 22, открываются диоды, и контур перекрытия исчезает, образуется контур заряда емкостного накопителя, аналогичный ранее описанному. Когда напряжение в контуре достигнет величины, при которой напряжение на дросселе 18 равно напряжению источника, вновь включается один из диодов 19 или 20 (в зависимости от того тиристоры 2,8,10 или 3,9 и 11 какой группы инвертора находятся в проводяа ем состоянии), препятствуя увеличению потребления мощности от источника.

Уровень напряжения заряда емкостного накопителя благодаря тому, что реализуется режим заряда при постоянстве потребляемой от источника мощности, может значительно превышать напряжение источника питания.

Формула изобретения Устройство для зарядки емкостного накопителя энергии, содержащее источник питания, первый последовательный резонансный инвертор, выполненный по полу- мостовой схеме, тиристоры которого через коммутирующие дроссели подключены соответственно к положительному и отрицательному полюсам источника питания, точка соединения тиристоров через коммутирующий конденсатор подключена к первому выводу нагрузки, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и обеспечения устойчивой работы, введены второй и третий последовательные резонансные инверторы тиристоры которых через коммутирующие дроссели подключены соответственно к положительному и отрицательному полюсам источника питания, а точки соединения тиристоров через коммутирующие конденсаторы с первым выводом нагрузки, второй ее вывод через дроссель соединен со средним выводом источника питания, и через первый и второй обратные диоды соответственно с положительным и отрицательным полюсами источника питания.

Р« I

05

тЬг

0№г.2

/ t