Устройство для формирования сильноточных стабилизированных импульсов прямоугольной формы Советский патент 1980 года по МПК H03K5/12 

Изобретение отнооится к импульсной технике и предназначено, в частности, для применения в качестве источника питания малоиндуктивных 5 электромагнитных элементов, используемых в экспериментальной физике.

Известны устройства для формирования сильноточных стабилизированных импульсов формы, близкой к прямо- 10 угольной, состоящие из силового регулируемого выпрямителя, работающего в старт-стопном режиме, в цепь нагру-зки которого включены соединенные последовательно малоиндуктивная нагрузка и балластный индуктивный реактор, обеспечивающий снижение величины пульсации тока питания ij .

Недостатком известного устройства является малое быстродей- 20 ствие - формируемые им импульсы тока в цепи индуктивной нагрузки характеризуются значительной длительностью фронтов, в частности, переднего.

Из известных устройств наиболее 25 близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для формирования, сильноточных стабилизированных импульсов прямоугольной формы, содержащее силовой регулируемый Q

15ыпрямитель , например тиристорный , в цепь нагрузки которого включены соединенные последовательно балластный индуктивный реактор, силовой управляемый ключ и датчик тока, выход которого подключен к одному из входов управления силового выпрямителя, другие входы которого и управляющие электроды силового ключа соединены с блоками управления, подключенными к блокам програ 1мирования во времени 2 .

Недостатком такого устройства является то, что требуемое быстродействие может быть и не достигнуто, так как величина суммарного напряжения источников высокого и низкого напряжений ограничена классом изоляции цепи нагрузки. Последнее обстоятельство снижает эксплуатационную ценность известного устройства.

Целью изобретения является увеличение быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для формирования сильноточных стабилизированных импульсов прямоугольной формы, содержащем силовой регулируемый выпрямитель, например тиристорный, в цепь

.нагрузки которого включены соединен tifcue последовательно балластный индуктивный реактор, силовой управляемый ключ и Датчик тока, выход которого подключен к одному из входов управления силового выпрямителя, другие входы управления которого и управляющие электроды силового ключа соединены с блоками управления, подключенными к блокам программирования во времени, балластный индуктивный реактор и отрезок цепи, содержащий нагрузку и силовой управляемый ключ, шунтированы дополнительными силовыми управляемыми ключами, например тиристорами, первый из которых включен встречно, второй-согласно, а их управляющие электроды подключены к блокам управления силового выпрямителя.

На фиг, 1 показана принципиальная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2 - временные графики напряжений и токов в отдельных.его цепях.

Устройство содержит силовой регулируемый выпрямитель 1, в цепь нагрузки которого включены соединенные последовательно балластный индуктивный реактор 2, силовой управляемый ключ 3, малоиндуктивная нагрузка 4 и датчик 5 тока. Выход датчика 5 соединен с одним из входов управления выпрямителя 1, который содержит блок б уставки заданного значения тока импульса. Два других входа управления выпрямителя 1 подключены соответственно к блоку 7 управления, осуществляющему его открытие, и к блоку 8 управления, действующему на его закрытие. Балластный индуктивный реактор 2 и отрезок цепи, содержащий нагрузку 4 и силовой управляемый ключ 3, шунтированы соответственно дополнительными силовыми управляемыми ключами (тиристорами) 9 и 10. При этом ключ 9 подключен встречно по отношению к полярности напряжения выхода выпрямителя 1, а ключ 1согласно. Включение ключей 10, 9 и 3 осуществляется соответственно блоками 11, 12 и 13 управления. Входные зажимы блоков 7 и 8 управления пбдклчены к блокам 14 и 15 программирования во время работы силового выпрямителя 1. Кроме того, к выходам блоков 14 и 15 подключены входные зажимы блока 12 управления дополнительного силового ключа 9. При этом вход блока 11 управления дополнительного силового ключа 10 подключен к входу блока 14, а вход блока 13 управления силового ключа 3 - к выходу блка 15. Блоки 14 и 15 содержат электронные реле времени, элементы предварительной настройки и формирователи импульсов управления. Вход блока 15 соединен с одним из выходов блока 14, который включается в рабО ту внешним.запускающим импульсом.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени t внешним запускающим импульсом Uo включается в работу блок 13, который в момент времени t j формирует импульс управления и. Импульсом Uj включаются блоки 7 и 11 управления. Первый из них отпирает выпрямитель 1, а второй дополнительный силовой ключ 10.

На отрезке времени tj выпрямитель 1 формирует в цепи балластного индуктивного реактора 2 предварительный импульс тока i ср„ - так называемый фор-импульс. Величина тока площадки фор-импульса задается блоко б уставки и соответствует величине тока площадки основного импульса.

Выпрямитель 1, будучи охвачен с помощью датчика 5 жесткой отрицательной (стабилизирующей) обратной связь по току нагрузки, форсирует подъем в цепи балластного индуктивного реактора 2 (см. фиг. 2).

В момент времени tg, когда величина тока фор-импульса достигнет устанавйвшегося значения, блок 14 формирует импульс управления J, который приводит в действие блоки 8, 12, 15. При этом блок 8 запирает силовой выпрямитель 1, а блок 12 включает дополнительный силовой ключ 9, шунтирующий обмотку балластного индуктивного реактора 2.

В короткозамкнутой обмотке реактора 2 возникает так называемый свободный ток , первоначальное значение которого равно величине тока площадки фор-импульса. В связи с тем, что постоянная времени короткозамкнутой обмотки реактора 2 достаточно велика, ток icg затухает медленно. .

Через короткий (порядка 0,01 - 0, постоянной времени контура затухания .ij.g ) промежуток времени t 2 15 формирует импульс управления U, который поступает в блоки 7 и .13 упрления. Блок 7 вновь отпирает выпрямитель 1, а блок 13 включает силовой ключ 3 в цепи малоиндуктивной нагрузки 4. При этом ключ 9 запирается.

Так как к моменту времени tg значение тока ioB в обмотке реактора 2 успевает снизиться лишь незначительно относительно первоначальной величины, равной заданной величине тока площадки основного импульса, передний фронт основного импульса 1„ характеризуется очень малой продолжительностью (см. график 1ц f(t) фиг. 2).

Предлагаемое устройство обеспечивает не только большую крутизну переднего фронта основного импульса, но и плавный (без перерегулирования) выход тока на заданный уровень. Оба эти условия являются определяющими для ряда применений (например, при питании резонансных обмоток ускорителей заряженных частиц). В момент времени t блок 15 формирует импульс управления 11, который поступает в блоки 8 и 12. Блок 8 запирает выпрямитель 1, а блок 12 снова включает ключ 9, шунтируя балластный индуктивный реактор 2. При этом силовой ключ 3 отключается, а задний фронт импульса i имеет малую длительность. Устройство закончило цикл формирования сильноточного стабилизированного импульса прямоугольной формы. Формула изобретения Устройство для формирования сильноточных стабилизированных импульсов прямоугольной формы, содержащее силовой регулируемый выпрямитель, на пример тиристорный, в цепь нагрузки которого включены соединенные последовательно балластный индуктивный реактор, силовой управляемый ключ и датчик тока, выход которого подключен к одному из входов управления силового выпрямителя, другие входы управления которого и управляющие электроды силового ключа соединены с блоками управления, подключенными к блокам программирования во времени, отлича.ющееся тем, что, с целью увеличения быстродейст;вия, балластный индуктивный реактор и отрезок цепи, содержащий нагрузку и силовой управляемый ключ, шунтированы силовыми управляемыми ключами, первый из которых включен встречно, второй-согласно, а их управляющие электроды соединены с блоками управления силового выпрямителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР ,№ 278744, кл. Н 03 К 3/08, 1967. 2. Сообщение А pulsed power suppTy for septum magnets (100 У, 23000A) CERN 70-20, Geneva 1970.