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

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА НАКОПИТЕЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРА ГЕНЕРАТОРА МОЩНЫХИМПУЛЬСОВ

1

Изобретение относится к радиотехнике, касается вопросов заряда накопительного конденсатор. от трехфазно.го источника .переменного тока, Линейное напряжение которого значительно

меньше, например в десяткираз, требуемого значения уровня напряжения на накопительном конденсаторе генератора мощных импульсов.

Известно устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее трехфазный источник переменного тока, выпрямитель из последовате.льно соединенных трехфазных каскадов вентильно-конденсаторного типа, выходом подключенный к нагрузке, в качестве которой применяется накопительный конденсатор. Трехфазный выпрямитель содержит центральный каскад, выполненный только из венти.лей, количество которых равно шести, при этом точки соединения вентилей каждой пары последовательно-согласно включеннйх вентилей соединены с соответствующими фазами выводами трехфазного источника переменного тока. Вентили всех каскадов соединены так, что образуют три параллельные по постоянному току вентильные ветви, каждая из которых

выполнена из последовательно-согласно соединенных между собой вентилей, причем концы ветвей подключены к обкладкам накопительного конденсатора. Конденсаторы всех каскадов, кроме центрального, образуют три колонны конденсаторов, а вентили каждой ветви подключены от каскада к каскаду по закону циклической перестановки фаз

10 прямой и обратной последовательности. Однако такое устройство имеет сравнительно невысок ий коэффициент умножения к, равный четырем, и определяемой как отношение максимального заряд15ного напряжения к амплитуде линейного напряжения источника питания. Кроме того, при коэффициенте к 4, устройство имеет большое количество вентилей (восемнадцать) и конденсаторов

20 (двадцать), что приводит кзавышенным значениям массы и габаритов устройства и невысокому значению КПД,.

Известно также устройство для за25ряда накопительного конденсатора, cdдержащее источник питания, подключен ный через трехфазный каскадный венгильно-конденсаторйый выпрямительумножитель напряжения к накопительному

30 конденсатору генератора IMOUIHUV: импуль сов 2 . Однако, такое устройство при наличии большого количества вентилей (восемнадцати) рмеет низший коэффициент умножения, равный всего лишь двум. Завышенное количество полупроводникевых элементов приводит книзкому КПД устройства, большим массе и габаритам устройства, что отрицательно сказывается на его удельных энергетических показателях.. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уст ройство для заряда накопительного конденсатора, которое содержит трехфазный источник переменного тока, четыре последовательно-согласно соеди ненных между собой диода, два управля емых вентиля, три пары по два пбследо ватёльно включенных конденсатора, при чем точки соединения конденсаторов каждой пары подключены к соответству ющим трем фазным выводам источника переменного тока, при этом одна пара конденсаторов -подключена параллельно д-вум средним диодам, а другая пара через включенные в зарядном направле нии два, управляемых вентиля соединена с обкладками накопительного конденсатора и блок контроля напряжения и фазового управления управляемыми вентилями. Кроме того, устройство содержит шесть диодов 3. Недоста.тками устройства являются, сравнительно низкое максимальное зна чение зарядного напряжения (при наличии двенадцати полупроводниковых приборов-вентилей коэффициент умноже ния такого устройства равен всего лиш двум), неоправданно завышенное количество полупроводниковых элементов при низком значении коэффициента к приводит к сравнительно сложному схем ному решению, к ув личению потерь электрической энергии на их омических сопротивлениях,- а следовательно к низкому значению КПД, к громоздкой системе охлаждения (12 радиаторов), что влечет за собой значительное увеличение массы и габаритов устройст ва и, как следствие, приводит к невыс ким удельным энергетическим показателям, например низкой величине максимальной энергии, запасаемой НК за один цикл заряда, отнесенной к типово (габаритной) мощности трехфазного источника переменного тока. Цель изобретения - увеличение максимального зарядного напряжения и улучшение удельных энергетических по казателей устройства для заряда накопительного конденсатора генератора мощных импульсов. , Поставленная цель достигается тем что в устройстве для заряда накопительного конденсатора генератора мощных импульсов, содержащем трехфазный источник переменного тока, четыре

748821 последовательно-согласно соединенных между собой диода, два управляемых вентиля, три пары по два последовательно включенных конденсатора,- йричем точки соединения кбнденсаторов каждой пары подключены к сортветствуювдм трем фазным выводам источника переменного тока, при этом одна пара конденсаторов подключена, параллельно двум средним диодам, а другая пара через включенные в зарядном направлении два управляемых вентиля соединена с обкладками накопительного конденсатора, и блок контроля направления и фазового управления управляемыми вентилями, к обкладкам накопительного конденсатора подключена непосредственно третья пара конденсаторов, трчка соединения которых, подключена к точке соединения двух средних диоVjoB, при этом катод одного крайне.го диода подсоединен к аноду первого, а анод другого крайнего диода подсоединен к катоду второго тиристора. Такое схемное решение позволяет упростить схему за счет уменьшения количества полупроводниковых элементов до шести, что обеспечивает уменьшение общей массы и габаритов диодов и управляемых вентилей, улучшение удельных энергетических показателей всего устройства в целом. Кроме того, такое схемное решение позволяет в значительной степени увеличить максимальное зарядное напряжение, которое в шесть Раз превышает амплитудное значение линейного напряжения источника, т.е. коэффициент умножения такого устройства равен шести. Это позволяет существенно увеличить количество электрической энергии, запасаемой накопительным конденсатором за один цикл заряда, отнесенное к габаритной мощности трехфазного источника переменного тока, что также благоприятно указывается на удельных энергетических показателях устройства в целом. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства . для заряда накопительного конденсатеpia генератора мощных импульсов; на фиг. 2 - один из вариантов- устройства. Схема устройства содержит трехфазный источник переменного тока с тремя фазными выводами 1 - 3,четыре последовательно-согласно соединенных между собой диода 4-7, два тиристора, управляемых вентиля 8,9,три пары по два последовательно включенных конденсатора соответственно 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15, накопительный конденсатор 16 и блок 17 контроля напряжения и управления управляемыми вентилями. Точка соединения конденсаторов 10 и 11 одной пары подключена к первому Cl) фазному выводу конденсаторов 12 и 13 другой пары ко второму (2) и конденсаторов 14 и 15 третьей пары к третьему (3) .фаз:ным выводам трехфазного источника переменного тока. Одна пара конденсаторов 10 и 11 подключена параллельно двум средним диодам 5 и б, точка соединения которых подключена к третьему фазному выводу 3 источника. Другая пара конденсаторов 12 и 13 через включенные в зарядном направлении управляемые вентили 8 и 9 соединена с обкладками накопительного конденсатора 16, параллельно которому подключена третья параконденсаторов 14 и 15. Катод одного крайнего диода 7 подсоединен к аноду первого 9, анод другого крайнего диода 4 к катоду второго 8 управляемых вентилей, управление крторыми осуществля ется подачей управляющих импульсов на управляющие .электроды этих вентилей с блока 17 контроля напряжения и фазового управления управляемыми вейтилями.

Устройство за один цикл заряда накопительного конденсатора работает следующим образом. При периодическом изменении напряжений трехфазного источника переменного тока конденсаторы каждой пары заряжаются до различного строго определенного уровня, напряжения. Пусть в некоторые положительные полупериоды изменения напряжения перэой фазы потенциещ вывода 3 вьше потенциала выв.ода 1 . Тогда конденсатор 10 заряжается до амплитудного значения линейного напряжения трехфазного источника по цепи вывод 3, диод 6, конденсатор 10, вывод 1, В отрицательные полупериоды изменения напряжения первой фазы, при котором потенциал вывода 1 выше потенциала вывода 3, заряжается до Етл конденсатор 11 по цепи вывод 1, конденсатор 11, диод 5, вывод 3. В положительные полупериоды изменения напряжения второй фазы, при котором потенциал вывода 1 выше потенциала вывода 2, происходит заряд конденсатора 12, а в отрицательные полупериоды - заряд конденсатора 13 по цепи вывод 2, конденсатор 13, диод 4, конденсатор 11, вывод 1. Поскольку в положительные полупериоды изменения напряжения второй фазы мгновенное значение этого напряжения алгебра ически складывается с напряжением на конденсаторе 10, максимальное значение которого равно Етл, то максимальное значение напряжения, до-которого

заряжается конденсатор 12, равно 2 Етл.В отрицательные полупериоды изменения напряжения второй фазы, мгновенное значение этого напряжения . алгебраически суммируется с напряжением на конденсаторе 11, максимальное значение которого равно Етл, поэтому максимальное значение напряжения, до которого заряжается конденсатор 13,также равно 2 Етл. В положителные полупериоды изменения напряжения

третьей фазы происходит заряд конден,сатора 14 при открытом управляемом вентиле 9 по цепи вывод 2, конденсатор 12, вентиль 9, конденсатор 14, вывод 3, а в отрицательные при открытом управляемом вентиле 8 заряд конденсатора 15 по цепи вывод, 3, конденсатор 15, вентиль 8, конденсатор 13, вывод 2. Максимальное значение, дцо которого заряжается конденсатор 14 (15), складывается из максимального значения напряжения на конденсаторе 12 (13) и амплитудного значения линейного напряжения третьей фазы Етл, т.е. равно утроенному значению амплитуды линейного напряжения трехфазного источника переменного тока. Таким образом, за один цикл заряда накопительный конденсатор предложенного устройства заряжается до напряжения на своих обкладках, равного по величине б Етл.

На фиг. 2 изображена принципиальная электрическая схема одного из вариантов устройства для заряда НК, в котором каждаЯ пара последовательно соединенных конденсаторов заряжается до напряжения, определяемого формулой и 2-п Е(, где п 1, 2, З......,п - порядковый номер

каждой пары конденсаторов. Максимальное значение уровней напряжений конденсаторов с четными номерами 10, 12, 14,..,22, также как и конденсаторов с нечетными номерами 11, 13, 15, ...23 отличаиотся друг от друга на величину ЕГП. Конденсатор с четным номером каждой пары является по сути вольтодобавкой при заряде конденсатора с четным, номером следующей пары, также как и конденсатора с четным номером сдедующей пары, так же как и конденсатор с нечетным номером является вольргрдобавкой для заряда следующего по порядку- конденсатора с нечетным номером. В целом устройство по фиг. 2 является трехфазным двухполупериодным каскадным вентильно-конденсаторным выпрямителем-умножителем напряжения, обеспечивающим равномерную загрузку фаз трехфазного источника пе1ЬеменногЬ тока и минимально возможное количеств вентилей и конденсаторов при заданном коэффициенте умножения, что обеспчивает высокий КПД, минимальные массогабаритные показатели и улучшенные

удельные энергетические характеристики этого устройства по сравнению с известными трехфазными вентильноконденсаторными каскадными выпрямителями-умножителями напряжения.

Устройство для заряда накопительного конденсатора генератора мощных импульбов позволяет упростить схему, увеличить максимальное зарядное напряжение в 3 раза по сравнению с известным устройством при одновременном уменьшении его массы и габаритов за счет сокращения в два раза количестна вентилей и, таким образом, существенно улучшить удельные энергетические показатели, например увеличить в 12 раз, количество электрической энергии, запасдемой накопительным конденсатором за один цикл заряда, отнесенное к габаритной.мощности трехфазного источника переменного тока.

Формула изобретения

Устройство для заряда накопительного конденсатора генератора мощных импульсов, содержащее трехфазный источник переменного тока, четыре последовательно-согласно соединенных между собой диода, два управляемых вентиля, три пapь по два последовательно включенных конденсатора, причем точки соединения конденсаторов каждой пары подключены к соответствующим трем фазным выводам источника пё1ремённого-тока, при этом одна пара конденсаторов подключена параллельравлении два тиристора соединена с обкладками накопительного кондено., тора, и блок кЪнтроля напряжения и фазового управления управляемыми вентилями, отличающеес я тем, что, с целью увеличения максимального зарядного напряжения и улушения удельных энергетических показателей, к обкладкам накопительного конденсатора подключена непосредствно третья пара конденсаторов,общая точка соединения которых подключена к точке соединения двух средних диодов, при этом катод одного крайнег диода подсоединен к аноду первого, а анод другого крайнего диода подсоединен к гкатоду второго упомянутых управляемых, вентилей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 474086, кл. Н 02 М 17/18, 1976. . 2. Авторское свидетельство СССР № 423228, кл. Н 02 М 7/10, 1974, 3. Авторское свидетельство СССР Л 7/19, 1976