Источник питания для магнетрона Советский патент 1993 года по МПК H02M5/45 

СО

«отД

ел XI

Ј

00

Изобретение относится к электроради- отехнмке, может быть использовано в качестве источника напряжения для питания высоковольтных СВЧ-генерэторов, например магнетрона, клистрона, ЛБВ и других потребителей высоковольтного напряжения,

Целью изобретения является создание источника высоковольтного питания методом преобразования переменного низковольтного напряжения в постоянное высокое напряжение, обладающего по сравнению с прототипом более высоким КПД и надежностью, а также значительным уменьшением веса и габаритов.

На чертеже приведена схема источника питания для магнетрона, где 1 - выпрямитель первичного напряжения, 2 - конденсатор фильтра выпрямителя, 3 - блок подмагничивания, вход которого связан с источником первичного питания, а выход с одной из обмоток высоковольтного транс-. форматора 4,4 - высоковольтный трансформатор 4, сердечник которого выполнен на сплаве типао пермаллой с прямоугольной петлей гистерезиса, трансформатор имеет пять обмоток - обмотку подмагничивания, соединенную с блоком подмагничивания Wn, высоковольтную обмотку Wa, соединенную с мостовым выпрямителем 9, обмотку для накала магнетрона WH, две первичные обмотки соединенные между собой W.1, W2, 5 - накопительный конденсатор, 6 - блок управления БУ, 7,8- тмристоры, включенные в зарядно-разрядные цепи, управляющие электроды которых подсоединены - к выходу блока БУ, 9 - высоковольтный выпрямитель, 10 - конденсатор фильтра высоковольтного выпрямителя, 11 - магнетрон.

Устройство работает следующим образом.

Блок управления формирует импульсы запуска тиристоров 7 и 8.

Частота запускающих импульсов много больше частоты промышленной сети и равна f (4-5) КГц.

Сперва запускается тиристор 7. После его запуска конденсатор 5 заряжается через обмотку трансформатора WL При этом на обмотке трансформатора Л/з формируется высоковольтный импульс напряжения. Затем блок БУ формирует импульс запуска ти- ристора 8. Этот импульс задержан по времени относительно импульса запуска 7

на время равное t - о, т е- он Распо

ложен на временной оси между импульсами запуска первого тиристора.

Порле запуска тиристора 8 конденсатор 5 разряжается через обмотку трансформатора Wa. При этом на обмотке трансформатора Wa формируется второй высоковольтный

импульс.

С целью гашения тиристоров 7 и 8 после заряда и разряда конденсатора 5 трансформатор 4 выполнен на сердечнике, характеристика намагничивания которого

принципиально является нелинейной (прямоугольной).

Для гашения тиристоров после их запуска (поджига), т.е. после формирования импульсов напряжения на обмотке W3,

необходимо создать каким-либо путем разности потенциала между анодом и катодом равным 0. А для ускорения рекомбинацион- ных процессов в тиристоре, т.е. для уменьшения времени гашения его, необходимо

создать напряжение на участке анод-катод тиристора обратной полярности. Обычно этот процесс осуществляется с помощью либо дополнительного источника питания, либо когда для генерации импульсов

напряжения используют формирующую линию, либо используются резонансные явления.

Перечисленныетехнические приемы ведут к усложнению схемы и снижению КПД.

в данном устройстве используется принципиально новый метод гашения тиристоров. Этот метод заключается в том, что трансформатор (который выступает в качестве нагрузки) выполнен на сердечнике с прямоугольной характеристикой намагничивания.

Процесс гашения тиристоров осуществляется следующим образом.

С помощью тока блока подмагничивания 3 и обмотки трансформатора Wn рабочая точка смещается по характеристике намагничивания в насыщенную область обратного направления относительно намагничивания рабочими токами (токами заряда

и разряда конденсатора 5).

После формирования рабочего импульса, обусловленного зарядом конденсатора 5, рабочая точка с помощью тока подмагничивания смещается в обратном направлении относительно намагничивания током рабочего импульса. При этом переходе рабочей точки из ненасыщенной области в насыщенную на участке анод-катод тиристора 7 формируется импульсное сжатое напряжение обратной полярности относительно питающего анодного напряжения. Тиристор гаснет.

Тот же самый процесс происходит и после формирования рабочего импульса, обусловленного разрядом конденсатора 5 с помощью тиристора 8.

При этом на обмотке трансформатора формируется импульсное высоковольтное напряжение переменной полярности. С об- мотки Л/з переменное напряжение выпрямляется с помощью выпрямителя 9 и конденсатора 10. Затем выпрямленное напряжение прикладывается к участку анод- катод магнетрона.

Предложенное устройство устойчиво работает в весьма широком диапазоне изменения частот, формирующих рабочие импульсы. Это обстоятельство имеет немаловажное значение..

Для формирования напряжения накала магнетрона в трансформаторе 4 используется обмотка WH. С целью формирования напряжения накала с помощью блока БУ резко снижается рабочая частота импульсов питания. Т.к. в холодном состоянии магнетрон является не токопроводящим устройством, то вся энергия рабочих импульсов напряжения расходуется на подогрев магнетрона.

После заданного времени, требуемЬго на накал, увеличивается частота рабочих импульсов, постоянное напряжение на конденсаторе 10 поднимается до номинального, магнетрон возбуждается и выдает номинальную СВЧ мощность на нагрузку (СВЧ-камеру).

В предлагаемом устройстве включение накала, выдержка времени, алгоритм поднятия высокого напряжения на магнетрон осуществляются с помощью блока БУ автоматически с помощью изменения частоты рабочих импульсов напряжения.

Стабилизация высокого напряжения на магнетроне, т.е. обеспечение постоянной выходной мощности при изменении велич и- ны напряжения промышленно-бытовой сети на ±20%,автоматически осуществляется также с помощью изменений частоты рабочих импульсов.

В принципе можно стабилизировать выходное напряжение при более значительных уходах входного напряжения.

Предложенное устройство питания р аз- работано для микроволновой печи и экспе- рименталъно отработано в составе с магнетроном М-105 (Вихрь). Подтверждены все рассчетные и ожидаемые результаты. КПД источника - 82 - 85%, что для

подобных источников является предельно возможным. Вес - не более 8 кг. Формула изобретения

1. Источник питания для магнетрона, содержащий подключенный к входным выводам мостовой выпрямитель, выход которого через конденсатор фильтра соединен с инвертором, состоящим из двух тиристоров, каждый из которых подключен к соответствующему входному выводу инвертора, высоковольтного выходного трансформатора, коммутирующего индуктивного элемента и коммутирующего конденсатора, соединенного одной обкладкой с входным выводом инвертора, а также блок управления, выходы которого соединены с управляющими электродами тиристоров, отличающий- с я тем, что, с целью повышения КПД и улучшения массогабаритных показателей, коммутирующий индуктивный элемент выполнен в виде введенной дополнительной обмотки высоковольтного выходного трансформатора, размещенной на его сердечнике, выполненном из сплава, имеющего петлю гистерезиса, близкую к прямоугольной, и подключенной к введенному блоку подмагничивания, причем первичные обмотки упомянутого трансформатора включены между тиристорами и соединены общей точкой со свободной обкладкой коммутирующего конденсатора,

2. Источник питания по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что блок управления выполнен в виде генератора импульсов с автоматическим измерением частоты генерируемых импульсов во времени.

3. Источник питания по п. Ч.отлича- ю щи и с я тем, что, с целью регулирования выходной мощности, блок управления снабжен коммутатором для изменения частоты запускающих импульсов.

4. Источник питания по п. 1,отличающий с я тем, что, с целью стабилизации выходной мощности в зависимости от уходов первичного питания, блок управления снабжен схемой стабилизации.

5. Источник питания по п. 1. о т л и ч а - ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности, накальная обмотка, обеспечивающая накал магнетрона, размещена на сердечнике высоковольтного трансформатора, а.блок управления выполнен обеспечивающим нарастающую частоту повторения запускающих импульсов.

Использование: в области электротехники в качестве источника высоковольтного напряжения для питания СВЧ-генераторов. Сущность изобретения: после формирования рабочего импульса, обусловленного зарядом или разрядом накопительного конденсатора (5), рабочая точка по нелинейной характеристики намагничивания трансформатора (4) с помощью тока подмагничи- вания смещается в обратном направлении относительно намагничивания током рабочего импульса. В этом случае напряжение на участке анод-катод тиристорного ключа будет обратной полярности и по амплитуде больше питающего напряжения, которое погасит тиристор. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.