Устройство для формирования импульсов тока чередующейся направленности Советский патент 1979 года по МПК H05B41/34 

вышенной реактивной мощности, а также невозможность формирования круглого за него фронта импульса тока через лампу связанное с этим безвозвратное рассеяние энергии. Целью изобретения является облегчение режима работы емхостных накопителей и повышение КПД устройства. Указанная пель достигается тем, что выпрямитель выполнен управляемым, а устройство снабжено емкостным накопителем отрицательного заряда, соединенны с катодом второго разрядного тиристора и через дополнительно введенный управляемый выпрямитель - с силовой сетью, двумя блоками искусственной коммутации водключ нными параллельно к разрядным тиристорам, двумя встречно-параллельно подключенными к разрядным тиристорам диодами, фотоэпектрическим приемником, выход которого подключен к управляющим входам блоков искусственной коммутааии и к управляющему электроду дополнятедь но введенного симистора, который своим силош 1ми электродами соединен с клеммамя для подключения газоразрядной лам пы, двумя блоками формирования синхросигналов, соединенными соответственно своими ылходами с управляющими входами управляемых выпрямителей, а синхронизирукниими входами - с силовой сетью двумя дополнительными схемами совпадения, соединенными своими выходами с управлякжцими входами блоков формирова ния синхросигналов, а коммутирукяцими входными цепями - с выходными цепями триггера, компаратором положительного уровня н компаратором отрицательного уровня, соединенными своими входами с соответствующими емкостными накопителямн, а выходами - с управляющими вхо дами дополнительных схем совпадения. На фиг. 1 приведена схема устройств на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства, отражающая характер изменения напряжения и токов в различных узлах устройства. Устройство состоит из управляемых выпрямителей 1 и 2, емкостных накопителей 3 и 4, разрядных тиристоров 5 и 6, блоков искусственной коммутации-7 и 8 для запирания соответствуюших тиристоров, диодов 9 и 10, дросселя 11, импульсной газоразрядной лампы 12, симистора 13, фотоэлектрического приемнЕ ка 14, блоков 15 и 16 форм1фования си лалов, синхронных с напряжением питаюшей. сети, схем совпадения 17, 18,компаратора отрицательного уровня 19, компаратора положительного уровня 20, схем совпадения 21, 22,триггера 23, линии задержки 24, блока 25 задания частоты следования вспышек и блока 26 поджига импульсной газоразрядной лампы 12. Устройство содержит также вспомогательную систему блокировки, исключающую возможность подачи открывающего сигнала на входы управляемых Е4,шрями- . телей 1 и 2, если процесс горения лампы 12 еще не закон чился. Вспомогательная система блокировки, не играющая принципиальной роще, в целях упрощения чертежа на фиг. 1 нэ приведена. На временной диаграмме приведены графики изменения напряжения на клеммах (см. временную ось Ол) на емкостных нajкoпитeляx 3 (ось (J,) и 4 (ось , на выходе блока 25 (ось , на выходе блоков 15 и 16 (соответственно оси -16 также формы токов через лампу накачки 12 (ось ) ось Л ). и сИмистор Упраеляёмьгй выпрямитель 1 служит для зарядки емкостного накопителя 4 напряжением положительной полярности, а управляемый выпрямитель 2 - для зарядки емкостного накопителя 3 напряжением отрицательной полярности. Накопители 3 и 4 служат для накопления энергии и последуюшего разряда ее на импульсную газоразрядную лампу 12, которая является источником света накачки активного тела ОКГ. Накопители разряжаются на лампу поочередно. Тиристоры 5 и 6 обеспечивают разряд соответствующих накопителей 4 и 3 на лампу накачки 12 в нужные моменты времени и отключение накопителей от лампы после генерации излучения оптическим квантовым генератором. Блоки искусственной коммутации 7 и 8 осуществляют запирание соответствующих тиристоров 5 и 6 после генерации излучения ОКГ. Через диоды 9 и 1О происходит перекачка в соответствующие емкостные накопители 4 и 3 энергии, не израсходованной в процессе предыдущей вспышки и оставшейся в дросселе 11. Дроссель 11 служит для формирования сравнительно пологого переднего фронта импульса тока через газоразрядную 12 и обеспечивает перекачку энергии, не израсходованной в процессе вспышки и оста&шейся в виде энергии мапштного поля дросселя, в соответствующий накопитель. Симистор 13 служат для шунтирования импульсной лампы 12 в нужный момент времени и формирования крутого заднего |)ронта импульса тока через лампу, Фотойлекгрический приемник 14, на который отводится часть излучения ОКГ, служит для преобразования поступившей на него световой энергии в электрические сигна лы и управления благодаря этому блоками 7 и 8 искусственной коммутации тиристоров, а также для отпирания симиотора 13. Компаратор отрицательного уро ня 19 осуществляет контроль за напря жением на емкостном накопителе 3 и через схему совпадения 17 снимает разрешающий сигнал с управляюшего входа бло ка 15 формирования синхросигналов при зарядке накопителя 3 до заданного уровня напряжения отрицательной полярности. Компаратор положительного уровня 2О через схему совпадения 18 управляет блоком 16 формирования синхросигналов. Блок 15 служит для отпирания в требуемый момент управляемого выпрямителя 2 путем подачи синхросигналов на управл5поший вход последнего и работает следующим образом. На синхронизирующий вход блока 15 подается переменное сетевое напряжение. На управляющий вход блока 15 через схему совпадения 17 пос тупают сигналы от компаратора отрицательного уровня 19. При поступлении раз решающего сигнала на выходе блока 15 возникают пачки импульсов, соответствую щие во времени отрицательным полуперио дам питающей сети. Блок 16 формирования синхросигналов управляется через схему совпадения 18 компаратором положительного уровня 20 и и генерирует пач ки импульсов для управления выпрямителем 1, соответствующие во временя положительным полупериодам сети. Возникновение пачки импульсов на выходе блоков 15 или 16 возможно лишь синхронно с моментом перехода сетевого напряжения через нулевое значение. Схемы совпадения 17 и 18, управляемые триггером 23, обеспечивают передачу сигналов от компараторов уровня 19 и 2О на один из блоков (15 или 16) формирования синхросигналов. Через схемы совпадения 21 и 22 блок 25 осуществляет отпирание тиристоров 5 н В, через линию задержки 24 - управление триггером 23, а через блок 26 - по джиг газоразрядной лампы 12. Триггер 23 через свои выходные цепи управляет схемами совпадения 17, 18, 21 и 22. Схемы совпадения 21 н 22 обеспечивают передачу отпирак щего сигнала от задающего частоту вспы шек блока 25 на управляюший электрод одного из тиристоров 5 или 6. Линия задержки 24 осуществляет задержку перехода триггера 23 из одного стабильного состояния в другое по отношению к моменту отпирания тиристоров 5 или 6, Благодаря этому предотвращается отпирание обоих тиристоров одновременно или отпирание одного тиристора вместо другого. БЛОК 26 служат для усиления сигнала, снятого с блока 25 и обеснеченвя надежного поджига газоразрядной лампы 12. Устройство работает следующим образом. В момент ijj включения устройства емкостные накопители 3 и 4 не заряжены, и компараторы 19 н 20 подают раар&шающие сигналы на входы схем совпадения 17 и 18. Триггер 23 подает разрешающий сигнал на схемы совпадения 17 и 21 и запрещающий сигнал - на схемы соы1адения 18 и 22. На выходах блоков 15 и 16 формирования синхросштналов сигналы отсутствуют. В момент i,/ синхронно с переходом переменного питающего напряжения через нуль на ньгходе блока 15, открытого по своему управлякяцему входу, начинается генерация пачки импульсов, поступающих на управляющий вход управляемого Bbinps мителя 2. Управляемый выпрямитель 2 отпирается и таким образом синхронно с моментом начала отрицательной полуволч. ны питающего напряжения начинается зарядка емкостного наксяителя 3 напряжением отрицательной полярности. При .повышении напряжения по абсолютному значеашо до требуемой вели чины-ицСмомент fcg), компаратор отрицательного уровня 19 через схему совпадения 17 снямает разрещакший сигнал с управлякянего входа блока 15, в результате чего последний прекращает генерацию пачки импульсов. Сигнал с управляющего входа управляемого выпрямителя 2 снимается. При снижении мгновенного значения питающего напряжения по абсолютной величине ниже уровня напряжения на накопителе 3 упра& лаемый выпрямитель 2 запирается, процесс зарядки накопителя прекращается, В зависимости от мощности зарядных цепей и заданного уровня напряжения на накопителе процесс зарядки может длиться и несколько полупериодов нштряжения питающей сети. В целях упрощения чертежа в качестве иллюстрации работы уст ройства на фиг, 2 приведен случай заряяки накопителя в течение одного полунерисч да питающего напряжения. В момент i g блок 25 выдает импульс, запускаюиаий линию задержки 24 в поступающий также через блок 26 на поджи гакяциЙ электрод газоразрвдной пампы 12 а через схему совпадет я 21, открытую по своему потенциальному гжоду тригге ром 23j на управляющий электрод тиркстора 6, Начинается разрядка емкостного накопителя J через тиристор 6 и дроссель 11 на газоразрядную пампу 12 импудьсом тока первоначальной (в данном примере отрицательной) направленности. Энергия светового излучения лампы 12 осуществляет оптическую накачку актив-ного тела оптического квантового генератора, не приведенного на схеме в целях упрощения чертежа. В момент когда процесс разрядки накопителя 3 на пампу 12 еще не закои -чился, оптический квантовый генератор под действием энергш накачки выдает импульс светового излучения. Часть энергии этого излучения отводится на фотоэлектрический приемник 14, который пре образует ее в электрический сигнал, поступающий на .-управляющие цепи блоков 7 и 8 исдсусственной коммутации тиристоров и на управляющий электрод симистора 13, Симистор отпирается, его прямое сопротивление становится значительно меньщим внутреннего сопротивления импульсной лампы 1.2 к ток в лампе практически пре ращается, т.е. форм1фуется крутойзадний фронт импульса тока через газоразрядную лампу. Тиристор 6 в момент t запирается блоком 8 искусственной коммутации. Энергия, не израсходованная в процессе вспышки и оставишяся в накопителе 3, по-прежнему остается в нако пителе. Энергия же, оставшаяся к моменту t в дрос.селе 11 в результате колебательного про цесса за интервал времени t 4 5 ® рекачивается из дросселя 11 через отпер тые симистор 13 и диод 9 в емкостной накопитель 4, подзаряжая последний до некоторого значения напряжения положительной полярности. Благодаря этому энер гия; не использованная для оптической накачки активного тела ОКГ, не расходует ся на уже безполезга1й разряд через лампу и не рассеивается безвозвратно на активных элементах, а сохраняется в емкостных накопителях и используется в последующих вспышках. Тем самым обеспечивается высокий КПД устройства. С незнаштельной задержкой оа з относительно MOMGHTa tj импульсом, поступившим с выхода линии задержки 24, триггер 23 переводится в другое устойчивое положение. Он снимает разреи1акшие сигналы со входов схем совпадения 17 и 21 и подает разрешающие сигналы на схем совпадения 18 и 44. Наличие в схеме линии задержки 24 необходимо для обеспечения четкой работы устройства, а именно подключения возможности отпирания одного тиристора (5 и б) взамен другого или отпирания обоих тиристоров (5 и б) одним и тем же выходным импульсом блока 25, поступившим на управ- ляюише электроды т фисторов через схемы совпадения 21 и 22, поочередно открь тые триггером 23. Длительность нйтервапв у, на которую рассчитывается линия задержки, должна быть не меньше длительности импульса, поступающего с выхода блока 25 на входы схем совпадения 21 и 22. В момент tg синхронно с началом поло- кительной полуволны переменного напряжения питающей сети блок 16 формирования синхросигналов, открытый по своему управляющему входу компаратором положительного уровня 20 через схему совпадения 18, начинает генерацию па%ки импульсов, поступающих на управляющий вход управляемого выпрямителя 1. Последний отпирается, и на -шнается зарядка емкостного накопителя 4 напряжением положительной полярности. При зарядке накопителя 4 в момент Ьу до заданного уровня напряжения UO( компаратор положительного уровня 20 через открытую схему совпадения 18 снимает разреиаающий сигнал с управляющего входа блока 16 формирования синхросигналов. Последний: прекращает генерацию пачки импульсов, подаваемых на управляющий вход управляемого выпрямителя 1. При снижении мгновенного значения питающего напряжения ниже уровня зарядки накопителя 4 управляемый выпрямитель 1 запирается. В момент tg блок 25 выдает импульс, зштускающий динию задержки 24 и поступающий также через блок 26 на поджигакндий электрод газоразрядной лампы 12, а через схему совпадения 22, открытую по потенциальному входу триггером 23, на управляющий электрод тиристора 5. Начинается разрядка емкостного на/опителя 4 через тиристор 5 и дроссель 11 на газоразрядную лампу 12 импульсом тока положительной направленности (т.е. Противоположной по сравнению с предыдушей вспышкой).. Энергия светового излу чения лампы 12 осуществляет оптическую накачку активного тела ОКГ. В момент tq , когда процесс разрядки накопителя 4 на лампу 12 еше не закончился, ОКГ под действием энергии накачки выдает импульс светового излучения. Часть энергии этого излучения, преобразованная фотоэлектрическим приемником 14 в электрический сигнал, поступает на управляющие цепи блоков 7 и 8 искусственной коммутации тиристоров и на управлякяций электрод симнстора 13. Отпертый симистор 13 своим низким сопротивлением шунтирует газоразрядную лам пу 12, ток в ней практически прекращает ся. Тиристор 5 в момент i запирается блоком 7 искусственной коммутации. Эне гия, не израсходованная в процессе вспыш ки и оставщаяся в емкостном накопит ле 4, по-прежнему остается в накопителе. Энергия же, оставшаяся к моменту tq в дросееле 11, в результате колебательного процесса за интервал времени Ь.-Ь.дПерекачивается из дросселя 11 че рез отпертые симистор 13 и диод 10 в емкостной накопитель 3, подзаряжая последний до некоторого значения напряжения отрицательной полярности. Как и в процессе первой вспышки энергия не использованная для оптической накачки активного тела ОКГ, сохраняется в емкост ных наксяителях, что обеспечивает высокий КПД устройства. Применение в предложенном устройств емкостного накопителя отрицательного заряда, управляемого выпрямителя, двух блоков ис1сусственной коммутации, двух диодов, фотоэлектрического приемника, снмистора, двух блоков формирования синхросигналов, двух дополнительных схе совпадения, компаратора отрицательного уровня И компаратора положительного уровня позволяет обеспечить работу емкостных накопителей в облегченном режи ме, снизить необходимую реактивную мощ ности конденсаторов накопителей, а также повысить КПД. Помимо питания ламп накачки активно тчз тела оптических квантовых генераторо предлагаемое изобретение может быть ио Пользовано в устройствах по возбуждению Ч ПйСледованир люминесценции, в стробоСХопяческой и кинопроекционной аппарату рвр в мшаных импульсных осветительных устройствах. Формула изобретения Устройство для формирования импульсов тока чередуюи1ейся направленности для питания импульсной газоразрядной лампы, работаклдей в режиме часто повторяющихся вспышек, содержащее емкостный накопитель положительного заряда, подключенный к силовой сети через выпрямитель, первый разрядный тиристор, подключенный анодом к емкостному накопителю, управляющим электродом - к первой схеме совпадения, а катодом через дроссель - к клемме для подключения одного из силовых электродов импульсной газоразрядной лампы, второй силовой электрод которой подключается ко второй клемме, соединенной с отрицательным выводом емкостного накопителя положительного заряда, второй разрядный тиристор, соединенный анодом с упомянутым дросселем, а управляющим электродом- со BTO-I рой схемой, совпадения, блок задания частоты следования вспышек, соединенный со исодом линии задержки и импульсными входами схем совпадения, а также через блок поджига - с клеммой для подключения поджигающего электрода газоразрядной лампы, триггер, соединенный своим входом с выходом линии задержки, а ы.1ходными цепями - с потенциальными входами схем совпадения, отличающееся тем, что, с целью облегчения режима работы емкостных накопителей и повышения КПД, выпрямитель выполнен управляемым, а устройство снабжено емкостным накопителем отрицательного заряда, соединенным с катодом второго разрядного тиристора и через дополнительно введенный управляемый выпрямитель - с силовой сетью, двумя блоками искусственной коммутации, подключенными к разрядным тиристорам, двумя встречно-параллельно подключенными к разрядным тиристорам диодами, фотоэлектрическим приемником, выход которого подключен к управляющим входам блоков искусственной коммутации и к управляющему электроду дополнительно введенного снмистора, который своими сЕЛОвымв электродами соединен с клеммами для подключения газоразрядной лампы, двумя б токамн фо1 мирования синхросигналов, соединенными соответственно своими выходами с управляющими входами управляемых выпрямителей, а снихронизируквдими входами - с силовой сетью, двумя дополнительными схемами совпадения, соединенными свои- ми пыхоиами с упрагшякяпими входами блоков формирования ситеросигналов, а коммутирующими входными цепями - с выходными цепями триггера, компаратором положительного уровня и компаратором Отрицательного уровня, соединенными своими входами с соответствукиними емкостными накопителями, а выходами с управляющими входами дополнительных схем совпадения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство CCCF № 421151, кл. М 05 В 41/32, 1071. 2. Заявка № 2400397/24-07 от 20.08.76 г, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.