Устройство для заряда накопительного конденсатора Советский патент 1980 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам для заряда накопительного конденсатора генератора мощных импульсов до напряжений, значительно превышающих напряжение источника постоянного тока, используемого, например, Ш1я питания оптических квантовых генераторов, импульсных пласзменных двигателей, в локационной технике, при электрической свар ке металлов. Известно устройство для заряда двух накопительных конденсаторов от источника переменного тока, с использованием четырех тиристоров. В этом устройстве управляемый мостовой выпрямитель заряжает параллельно два конденсатора в течение каждого полупериода выпрямле-г ния напряжения. Затем эти конденсаторы с помощью двух тиристоров соединяются по- следовательно и разряжаются на нагрузку Недостатком данного устройства явля ется небольшой коэффициент умножения напряжения, равный овум. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для заряда накопительного конденсатора генератора мощных импульсов, содержащее источник электрической энергии, вентильно-конденсаторный умножитель напряжения, образованный h - вентилбно-конденсаторными ячейками, управляемые вентили-тиристоры, а также блок контроля напряжения и управления вентилями 2. Недостатки этого устройства заключаются в том, что оно может быть использовано только совместно с источником переменного тока, кроме того при последовательном включении h конденсаторов индуктивное сопротивление цепн с конденсаторами достигает довольно значительной величины, что ухудшает энергетические показатели разрядного контура и снижает эффективность передачи энергии источника В импульсную нагрузку.Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей при заряде ни- 3 копительного конденсатора от источника электрической энергии постоянно1-о тока. Поставленная цель достигается тем, что устройство пля заряда накопительного конденсатора, содержащее источник Электрической энергии, вентильно-конденсаторный умножитель напряжения, образованный VI вентильно-конденсаторным ячейками, управляемЬте вентили-тиристоры и блок контроля напряжения и управления вентилями, снабжено источником эле.ктрической энергии постоянного тока линейными ароссепямн, выполненными в виде двух попуообмоток, соединенных последовйте но-согласно и размещенных на одном магнитопроводе, а блок контроля напряжения и управления вен тилями содержит генератор тактовых импульсов и ячейку временного сдвига управл5пощих импульсов, при этом вентильно-конденсаторный умножитель напряжения выполнен из ш ступе не и, умножения, а каждая ступень образована у тйристорно-конденсаторными ячейками, конденсаторы которых соединены в цепочки последовательно, одна из обкладок каждого конденсатора соединена с анодом одного, а вторая - с катодом другого тиристора, причем катоды этих тиристоров подключены непосредственно к отрицательному выводу конденсаторной цепочки предыдущей ступени умтнбжения напряжения, а катоды тиристоров первой ступени - к отрицательному выводу источника -постоянного тока, аноды тиристоров четных ячеек объединенЬ в одну группу, а нечетных - в дру гую и через полуобмотки линейных дрос селей подключены к положительному выводу конденсаторной цепочки предыдущей ступени умножениia напряжения, а первой степени - к положительному выводу ; источника постойкного тока, управляющие входы тиристоров подключены к выходу ячейки временного сдвига импульсов, получающей импульсы от генератор тактовых иМпульсоб и выполненной, например, на кольцевом счетчике и дешифраторе. На фиг. 1 представлена принципиальна Я электрическая схема устройства для заряда нйкбпительнрго конденсатора, на фиг. 2 - пример выполнения устройства при необходимости приведения его конденСйтор да к нулевым начальным усло 1ййК пС слё каждого разрядного цикла накопительного конденсатора. Устройство содержит источник элект рической энергии постоянного тока 1 по 7 ключенный одним из своих ВЫХОДИ IX зажимов (например, положительным) к средней точке линейного дросселя 2, выполненного в виде двух полуобмоток 3,4, соединенных последовательно,согласно и размешенных на одном магнитопроводе. К шинам источника 1 подсоединяются h вентильно-конденсаторных ячеек. Каждая ячейка содержит вентиль-тиристор 5, анод которого соединен с положительной шиной источника, а катод - с одной из обкладок конденсатора 6. Другая обкладка этого конденсатора соединена с ано дом другого тиристора 7, катод которого подключен к отрицательной шине источника. Таким образом, каждая вентильноконденсаторная ячейка имеет два тиристора - 5 и 7 и конденсатор 6. Все конденсаторы ячеек соединены между собой последовательно и образуют ступень . с h последовательно соединенными конденсаторами. При этом аноды тиристоров 5 нечетных ячеек ступени подключены к положительному зажиму источника через полуобмотку 3 дросселя 2, а аноды тиристоров 5 четных ячеек-через полуобмотку 4 этого же дросселя. Точка соединения катода тиристора 5 и конденсатора первой ячейки подключена к средней точке линейного дросселя 8, имеющего на общем магнитопроводе две намотанные в противоположные стороны полуобмотки 9 и 10. Вентильно-конденсаторные ячейки, содержащие тиристор 11, конденсатор 12 и тиристор 13, образуют вторую ступень с Y последовательно соединенными конденсаторами. Аноды 11 нечетных ячеек второй ступени подключены к концу полуобмотки 9 дросселя 8, ft аноды тиристоров 11 четных ячеек - к началу полуобмотки Ю того же дросселя. Катоды тиристоров 13 подключены к точке соединения обкладки конденсатора 6 с анодом тиристора 7 последней ячейки первой ступени. На схеме фиг. 1 связи между первой и второй ступенями показаны пунктирными линиями, которые означают, что число ступеней в устройстве зависит от требуемого уровня напряжения генератора мощных импульсов. Число таких ступеней, в общем случае, может быт равным niч С крайних обкладок конденсаторов первой и последней ячеек предпоследней (Ш -1) ступени через дроссель 14 и тиристор 15 напряжение подмотся на на5капительный конденсатор 16, который аккумулирует эноргию, ..снимаемую с последовательно соединенных конпенсато ров всех ступеней. Накопительный конденсатор через ключ 17 подключен к импульсной нагрузке 18. Блок 19 контроля и умножения вентилями связан с генератором тактовых импульсов 20, который подает сигналы к ячейке времен ного сдвига импульсов 21, выполненной, например, на кольцевом счетчике 22 и дешифраторе 23. Схема зарядного устройства на фиг. 2 отличается от схемы зарядного устройст ва, изображенной на фиг. I тем, что в нее добавлены следующие элементы тиристор 24, который включен встречнопараллельно тиристору 5 в первой ячейке, и тиристор 25, включенный в послед нюю ячейку, причем его катод подключен к аноду тиристора 7, а анод - к одному из вьтодных концов дросселя 2. Катоды двух тиристоров 26 подключены к концу полуобмотки 3 дросселя 2 и к началу полуобмотки 4 того же дросселя, а их аноды соединены в одну точку и через резистор 27 подключены к аноду тиристора 28, катод которого присоединен к отрицательному зажиму источника постоянного тока. Устройство, вьтолненное по схеме фиг. I, работает следующим .образом. Предположим, что все конденсаторы схемы полностью разряжены и с деши4нратора 23 подается импульс управления на тиристоры 5 и 7 первой ячейки первой ступени (вместо тиристора 5 в первой ячейке ступени может быть установлен диод), тиристоры отпираются, и ток от положительного зажима источника через полуобмотку 3 дросселя 2, через тиристоры 5 и 7потечет в конденсатор 6, который зарядится, имея на левой по схеме обкладке положительный потенциал. Индуктивность дросселя выбирается из расчета равенства реактивных сопротивлений конденсатора 6 и линейного дросселя 2 на заданной частоте заряда конденсатора. Через полупериод ток заряда конденсатора становится равным нулю, а тиристоры 5 и 7 закрываются естественным образом. Конденсатор 6 при этом заряжается до напряжения, равного двойному напряжению источника.. После запирания тиристоров 5 и 7 первой ячейки подается управляк щий импульс на те же тиристоры второй ячейки. При этом происходит резонанс27ный заряд конденсатора второй ячейки, но ток проходит через полуобмотку 4 дросселя 2, которая включена встречно полуобмотке 3 того же дросселя. Потоки, созданные в магнитопроводе дросселя в течение одного периода, не имеют постоянной составляющей, так как в каждом периоде по магнитной цепи протекает переменный синусоидальный магнитный поток. В дальнейшем все конденсаторы 6 ступени заряжаются поочередно до напряжения, равного удвоенному напряжению источника, и напряжение на всех конденсаторах ступени будет равно ЗУцст . ТДе пряжение источника, а h - число последовательно соединенных конденсаторов ступени. Далее .от дешифратора 23 подается импульс управления на тиристоры 1 1 и 13, которые отпираются, и напряжение конденсаторов первой ступени приклацыгвается к конденсатору 12 первой ячейки второй ступени. Происходит резонансный заряд конденсатора 12 через дроссель 8. Энергия, накопленная конденсаторами первой ступени, импульсно (полностью) передается в конденсатор 12 первой ячейки второй ступени. Последовательно соединенные конденсаторы ,12 второй ступени могут поочередно разряжаться на конденсаторы третьей ступени, и так далее. На фиг. I в качестве третьей ступени изображен один накопительный конденсатор 16, который Заряжается от последовательно соединенных конденсаторов 12 второй ступени. Здесь для резонансного заряда конденсатора 16 используется дроссель 14 с одной обмоткой. Данное устройство для заряда накопительного конденсатора позволяет заряжать накопительный конденсатор от источника постоянного тока без использования трансформатора.Оно обеспечивает высокий КПД заряда конденсатора, уменьшение числа элементов схемы, что -позволяет осуществить форсированное увеличение напряжения на накопительном конденсаторе. Это позволяет улучшить удельные энергетические показатели при заряде накопительного конденсатора от источника электрической энергии постоянного тока. Для обеспечения резонансного заряда конденсаторов и приведения копдонслторов схемы к нулевым начальным условиям для обеспечет1ия возможности pnfio771ты зарядного- устройства в цикличес ком режиме с повышенной частотой следования зарядное устройство может быть выполнено по схеме приведенной на фиг. 2 При заряде конденсаторов 6 импульсы управлейия подаются не только на тирис торы 5 и 7, но татоке и на тиристор 28 .После разряда конденсаторов 6 на емкость следующей ступени на них остается заряд произвольного знака. После запирания тиристора 11 подаются управляющие импульсы на все тиристоры схемы, за исключением тиристоров 11 и 28 у которых сигналы управления сняты. Из схемы видно, что все конденсаторы , 6 - независимо от полярности их оста точного напряжения, разряжаются на сопротивление 27 и, тем самым, приводятся к нулевым начальным условиям для следующего зарядного цикла. В следующих ступенях умножения схема приведе-ния емкостей к начальным нулевым усло виям аналогична приведенной на фиг. 2, за исключением тиристора 28, надобност в котором отпадает. Использование описанного устройства для заряда накопительного конденсатора от источника, обладающего большим внутренним сопротивлением. то есть имеющего крутопадающую внешнюю характеристику, будет приводитьК перио Дйчёскому изменений напряжения при соответствующем изменении потребляемой мощности. Так как ток заряда конденсатора изменяется по синусоидульному закону, то и мощность, потребляемая от источника, изменяется аналогично. Оптимальное использование мощности источника постоянного тока с большим внутренним сопротивлением возможно лишь е том случае, когда источник постоянного тока нагружен максимальной мощностью. В этом случае для более полного использования мощности источника постоянного тока необходимо использовать многоканальный вариант устройства, то есть два или несколько предлагаемых устройств для заряда накопительньгх йонденсаторов, соеШ1ненных параллельно и работающих на один накопительный - - кбй дёйсатор, у кбТбрых за t я д кой денсаторов первогЗ ступени будет сМещен во времени друг относительно друга. Таким образом, предложенное устрой бс для заряда накопительного конденеаТира от источника постоянирго тока обе печивает получение высоких энергетичес них показателей при хорошей стабилизации уровня запасаемой в накопительном конденсаторе энергии (приведение конденсаторов к нулевым условиям), равномерную загрузку источника постоянного тока, позволяет заряжать накопительный конденсатор без использования инвертора и повышакщдего трансформатора. Формула изобретения Устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее источник электрической энергии, вентильно-конденсаторный умножитель напряжения, образованный и вентильно-конденсаторными ячейками, управляемые вентили-тиристоры и блок контроля напряжения и управления вентилями, отличающееся тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей при зйряде накопительного конденсатора от источника электрической энергии постоянного то- ка, оно снабжено линейными дросселями, выполненными в виде двух полуобмоток, соединенных последовательно - согласно и размещенных на одном магнитопроводе, а блок контроля напряжения и управления вентилями содержит генератор тактовых импульсов и ячейку временного сдвига управляющих импульсов, при этом вентильно-конденсаторный умножитель напряжения выполнен из MI ступеней умноже кия напряжения, а каждая ступень образована И тиристорно-конденсаторными ячейками, конденсаторы которых соединены в цепочки последовательно, одна из обкладок каждого конденсатора соединена с анодом одного, вторая - с катодом другого тиристора, причем катоды этих тиристоров подключены непосредственно к ./отрицательному выводу конденсаторной цепочки предыдущей -ступени умножения напряжения, а катоды тиристоров первой ступени - к отрицательному выводу источника постоянного тока, аноды тиристоров четных ячеек объединены в одну группу, а нечетных - в другую и через полуобмотки линейных дросселей подключены к положительному выводу конденсаторной цепочки предыдущей ступени умножения напряжения, а в первой ступени - к положительному выводу источника постоянного тока, управляющие входы тиристоров подключены к вькоду ячейки вромонного сдвига импульсов, получающей импульсы

971462710

,L :°ip™™- Si-™ -л- , , ГоГГз ™

°™ - i -r/23oei9 i.

,,.2. Патент Японии Me БО-21649.

Источники информации,5 кл. 56E13(H02 М 7/19) от 24 07 75

принятые во внимание при экспертизе(прототип).,U7.75

1 Lг , Г -лrrvvЛ i -J y-SrvJ ±-Kl 28 JL JU vl JU ПГГ J 1 л7 f vf f - r --I-..1jw 11. jH j 1 - 1 / .2