Устройство для заряда накопительного конденсатора Советский патент 1979 года по МПК H03K3/53 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА НАКОПИТЕЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРА

Изобретение относится к области импульсной техники, в частности к устройствам для заряда накопительных конденсаторов, используемых в качестве импульсного источника питания ламп накачки, в локазионной технике, в устройствах электроискровой обработки металлов, и т. п. потребителей.

Известно устройство для заряда накопительного конденсатора генератора мощных импульсов, содержащее источник переменного тока, двухполупериодный выпрямитель с тремя ветвями вентилей и Z-образный индуктивно-емкостной резонансный контур, ограничивающий ток заряда, повыщающий зарядное напряжение и стабилизирующий зарядную мощность 1.

Недостатком такого зарядного устройства является опасность возникновения резонансных напряжений в его последовательно индуктивно-емкостном контуре, в результате чего ухудшается эксплуатационная надежность работы устройства.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для заряда накопительного конденсатора, обеспечивающее повышение зарядного напряжения в пять раз без опасности резонансных перенапряжений. Это устройство содержит источник переменного тока и двухпериодный вентильно-конденсаторный выпрямитель - умножитель напряжения, вентили которого образуют две ветви, включенные параллельно последовательной цепочки из диода и накопительного конденсатора. Каждая ветвь выпрямителя-умножителя содержит по три

диода, соединенных последовательно согласно, и по два конденсатора, один из которых подключен к положительной клемме выпрямителя и катоду вентиля анодной группы, а второй - к отрицательной клемме выпрямителя и аноду вентиля катодной группы, а анод вентиля катодной группы первой ветви и катод вентиля анодной группы второй ветви соединены с началом и концом фазовой обмотки источника 2.

Недостатками такого устройства являются его сравнительно невысокие удельные энергетические показатели при зарядке накопительного конденсатора от однофазного источника переменного тока,а также несимметрия фазовых токов и напряжений при заряде накопительного кнденсатора от одной фазы трехфазного источника.Для получения симметричной загрузки трехфазного источника необходимо иметь три идентичных зарядных вентильно-конденсаторных уст ройства, каждое из которых должно подключаться к соответствующим фазам источника, что существенно усложняет схему устройства. Целью изобретения является улучшение удельных энергетических показателей устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для заряда накопительного конденсатора, содержащем источткпеременного тока, вентильно-конденсаторный выпрямитель-умножитель напряжения, вентили которого образуют две ветви, включенные параллельно-последовательно цепочке из диода;и накопительного конденсатора, каждая ветвь содержит по три диода, соединенных Последовательно согласно, и по два конденсатора, один из которых подключен к положительной клемме выпрямителя и катоду вентиля анодной группы, а другой,- к oтpицaтei ьнoй клемме выпрямйтеля и аноду вентиля катодной группы, а анод вентиля катодной группы первой ветви и катод вентиля анодной группы второй ветви соединены с началом и концом фазовой обмотки источника переменного тока. Источник переменного тока выполнен трехфазным с отдельно выведенными фазовыми обмотками. Катод вентиля катодной группы первой ветви и катод вентиля катодног группы вТорой ветви соединены соответственно с началом и концом второй фазовой обмотки источника, начало третьей фазовой обмотки которого подключено к аноду вентиля анодной группы первой ветви, а конец - к аноду вентиля анодной группы второй ветви. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства. Устройство содержит трехфазовый ис ТОчНйК пе|ременного тока, фазовью обмот: ки 1-3 которого выполнены с выходными -:.- дКлеммами 4-9 и последовательную цепочку из накопительного конденсатора 10 и диода 11. Параллельно этой цепочке включены две ветви вентилей (диодов) вьшрямителя - умножителя напряжния. Каждая ветвь выпрямителя содержит по три соединенных последовательно согласно вентиля (диода) 12--14 и 15-17 и по два конденсатора 18, 19 и 20,,21 cooTBetcTseHно в первой и второй ветвях. В каждой парёконДенсаторов один подключён к положительной клемме выпрямителя, образуемой катодом вентиля 15 второй вентильной ветви, и к катоду вентиля 12 анодной группы первой ветви соответственно, а втоpbie конденсаторы каждой пары - к отри661731цательной клемме вьщрямителя, образуемой анодом вентиля 17, и к аноду вентиля 14 катодной группы первой вентильной ветви. Эти конденсаторы, ограничивая ток источника, запасают его энергию в своем поле, которую в последующем передают в накопительный конденсатор, т.е. выполняют функцию емкостных дозаторов энергии источника. В связи с тем, что напряжение дозирующих конденсаторов при их разряде суммируется с напряжением соответствующих фазовых обмоток источника, эти дозирующие конденсаторы также умножают зарядное напряжение выпрямителя. Фазовые обмотки 1-3 источника одноименно полярными (выводами - началами) клеммами 4, 6 и8 подключены к первой ветви, а другими (выводами-началами) клеммами 5,7 и 9 - ко второй ветви. При таком соединении фазовых обмоток источника, вентилей и конденсаторов выпрямителя-умнГ)жителя напряжения и накопительного конденсатора последний может быть заряжен дО напряжения, практически в девять раз превыщающего амплитудное значение напряжения источника. Устройство работает следующим образом. Допустим, что накопительный конденсатор заряжен полностью и не влияет на процессы в устройстве, т. е. его можно отключить от выпрямителя-умножителя напряжения. В связи с тем, что начала фазовых обмоток трехфазного источника переменного тока подключены к первой, а концы - ко второй вентильно-конденсаторным ветвям, и напряжения на каждой фазовой обмотке сдвинуты вб времени на 120 эл. град, векторы суммарных напряжений фазовых обмоток 1 и 2 и обмоток I и 3 сдвинуты во времени на 60 эл. град, причем вектор суммарного напряжения фаз LJi - з опережает вектор суммарного напряжения фаз Ui -2. В течение первой четверти периода изменения мгновенных значений суммарных напряжений фаз (при полярности напряжений фаз плюс-клемма 4 минус-клемма 8; а напряжение фаз Ui-z. ; плюс - клемма 7, минус-клемма 9) заряжаются конденсаторы 19 и 20, но со сдвигом по фазе на 60 эл. град, до напряжения, равного сумме напряжений соответствующих фаз источника питания. Конденсатор 19 заряжается по цепи: обмотка 3, вентиль 17, обмотка 1, а конденсатор 20 - по цепи: обмотка 1, вентиль 12, обмотка 2. Этот заряд продолжается до тех пор, пока суммарные напряжения увеличивают по абсолютной величине. По окончании заряда вентили 12. и 17 закрываются и предотвращают разряд конденсаторов на источник. В течение второй четверти периода суммарные напряжения фаз убывают до нуля, а на конденсаторах 19 и 20 остаются неизменными. В .третьей четверти периода происходит изменение структуры выпрямителя-умножителя. Вентили 15 и 16 объединяют концы фазовых обмоток 1 и 2, а вентили 13 и 14 - начала фазовых обмоток 1 и 3. Пдд действием суммарного напряжения фаз Ui .-3 клемма 5 находится под положительным потенциалом, а клемма 9 - под отрицательным потенциалом. Со сдвигом по фазе нд.60эл. град, суммарное напряжение фаз U) - 2 будет приложено плюсом к клемме 6, а минусом к клемме 4. При этом заряжаются конденсаторы 18 и 21. Конденсатор 18 заряжается суммарным напряжением фаз Ui-2 и конденсатора 20 по цепи: вентиль 13, обмотка 1, конденсатор 20, обмотка-2; а конденсатор 21 - суммарным напряжением фаз Ui-з источника и конденсатора 19 по цепи: обмотка 3, конденсатор 19, обмотка 1, вентиль 16. В последней четверти периода суммарное напряжение фаз убывает, а на конденсаторах остается неизменным... В последующие моменты времени (при полярдости суммарного напряжения фаз Ui-3 плюс-клемма 4, минус дслёмма 8, а суммарного напряжения фаз Ui -г, плюс-клемма 7, минус-клемма 5) заряд конденсаторов 19 и 20 происходит по другим цепям, так как напряжение.на конденсаторах 18 и 2 закрывает вентили 12 и 17. Так заряд конденсаторов 19 и 20 осуществляется суммарным напряжением соответствующих фаз и конденсатора 18 по цепи: вентиль 14, конденсатор 18, обмотка 2, конденсатор 21, обмотка 1 и конденсатор 19. Дозирующие конденсаторы при этом подзаряжаются, а затем подзаряжаются от источника, по цепям, указанным ранее. За несколько периодов изменения суммарного напряжения соответствуюнлих фаз источника питания напряжение на конденсаторах 18 и 21 достигает утроенного, значения линейного напряжения источника, а на конденсаторах 19 и 20 удвоенного значения линейного напряжения источника питания. Напряжение на входных клеммах выпрямителяумножителя напряжения, представляющее собой сумму напряжений обмотки 3, конденсатора 19, обмотки 1 и конденсатора 20, в пять раз превышает амплитудное значение линейного напряжения, т. е. почти в девять раз амплитуду напряжения фазы источника. ... к вентильно-конденсаторному выпрямителю-умножителю напряжения подклю чен разряженный, накопительный конденсатор 10, то его заряд осуществляется через последовательно включенный с ним диод 11. Ток заряда конденсатора 10 ограничивается дозирующими конденсаторами 18, 19 и 20, 21, величина емкости которых определяет скорость передачи энергии источника (т.е. ве личину зарядной мощности) в накопительный конденсатор. В начале зарядного цикла напряжение обмотки 1, суммируясь в одном полупериоде с напряжением обмотки 2, осуществляет заряд конденсатора 10 по цепи: вентиль 17, обмотка 1, вентиль 12, обмотка 2, диод 11. В другом полупериоде напряжение обмотки I, суммируясь с напряжением обмотки 3, заряжает конденсатор 10 по цепи: обмотка 3, вентиль 14, вентиль 13, обмотка 1, вентиль 16, вентиль 15 и диод 11. Кроме того, напряжение обмотки 3, суммируясь -с напряжением обмотки 2, осуществляет заряд конденсатора 10 по цепи: обмотка 3, вентиль 14, вентиль 13, вентиль 12, обмотка 2 и диод 11. Заряд по этим цепям осуществляется до напряжения, равного амплитудному значению линейного напряжения источника. В это же время емкостные дозаторы-конденсаторы 18-21, запасая в своем поле в течение одного полупериода изменения напряжения источника его энергию, в течение другого полуперирда отдают эту энергию в накопительный конденсатор. Это накопление энергии емкостными дозаторами осуществляется при их заряде по цепям, рассмотренным выще. Разряд дозаторов производится при суммировании их напряжения с напряжением соответствующих фазовых обмоток источника. В конце зарядного цикла накопительный конденсатор заряжается под действием суммарного напряжения цепи: обмотка 3, конденсатор 19, обмотка 1, конденсатор 20. В результате напряжение на обкладках накопителя почти вдевять раз превыщает амплитудное значение фа: зового напряжения источника. Если в качестве диода (вентиля) 11 использован тиристор, то при необходимости заряда накопителя до напряжения, меньшего, чем его максимальное значение, процесс заряда может быть прекращен путем выключения этого тиристора. В последнем случае выпря.митель-умножитель напряжения . работает в режиме холостого хода, при котором перенапряжения в схеме не возникают. Применение изобретения позволяет, ограничивая ток заряда накопительного конденсатора от трехфазного источника переменного тока дозирующими конденсаторами, осуществлять заряд накопителя .с высоким КПД и практически постоянной мощностью при равномерной загрузке фаз источника, что обеспечивает улучщение удельныг энергетических показателей устройства в целом. Формула изобретения Устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее источник переменного тока, двухполупериодный вентильно-конденсаторный выпрямитель-умножитель напряжения, вентили которого образуйт две ветви, включенные параллельно последовательной цепочке из диода и накопительного конденсатора, каждая ветвь содержит по три диода, соединенных последовательно согласно, и по два конденсатора, один из которых подключен к положительной клемме выпрямителя и катоду вентиля анодной группы, а второй - к отрицательной клемме выпрямителя и аноду вентиля катодной группы, причем анод вентиля катодной группы первой ветви и катод вентиля анодной группы второй ветви соединены с началом и концом фазовой обмотки источника переменного тока, отличающееся тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей, источник переменно« Ь

го тока выполнен трехфазным с отдельно выведенными фазовыми обмотками, при этом катод вентиля катодной группы первой ветви и катод вентиля катодной группы второй ветви соединены соответственно с началом и концом второй фазовой обмотки источника, начало третьей фазовой обмотки подключено к аноду вентиля анодной группы первой ветви, а конец - к аноду вентиля анодной группы второй ветви.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Ь: W