Устройство для заряда батареи конденсаторов Советский патент 1980 года по МПК H03K3/53 

1

Изобретение относится к импульсной электротехнике и может быть использовано в качестве импульсного источника питания для установок электроискровой обработки металлов, систем 5 радиолокации и др.

Известно устройство для заряда батареи конденсаторов, содержащее повышающий трансформатор с секционированной вторичной обмоткой, каждая из 10 которых подключена к неуправляемому . выпрямителю. Первичная обмотка трансформатора подключена к выходу индуктивно-емкостного преобразователя. Ток в первичнойи во вторичных обмот-|5 ках регулируется с помощью ключей, связанных с устройствами контроля напряжения батареи конденсаторов. Устройство обеспечивает постоянство действующих значений тока потребле- 20 ния на каждой ступени 1 и З

Однако наличие элементов индуктивно-емкостного преобразователя - конденсатора и дросселя,а также силового ключа на первичной стороне xpaiT- 25 сформатора ухудшает массо-габаритные показатели. Кроме того, недостатком известных устройств является неравномерность тока потребления на кгикдой ступени заряда. 30

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее повышающий трансформатор с секциониЕЮванной вторичной обмоткой, неуправляемые выпрямители, полупроводниковые коммутаторы, зарядный контур, состоящий из дросселя и батареи конденсаторов, блок контроля напряжения и систему управления полупроводниковыми коммутаторами, причем каждая секция вторичной обмотки трансформатора подключена к одному из неуправляемых выпрямителей, выходы которых соединены последовательно, а каждый выпрямитель подключен с помощью одного из полупроводниковых коммутаторов к зарядному контуру.

Постоянство действующих значений тока потребления на каждой ступени обеспечивается соответствующим выбором коэффициентов трансформации по-, вышающего трансформатора 3.

Недостатком описанного устройства является наравномерность тока потребления за цикл заряда при постоянстве его действующих значений на каждой ступени. При питании от сети переменного напряжения с частотой, превышающей частоту собственных колебаний зарядного контура, в силу колеба±ельного характера последнего максимальные значения амплитуд тока потребления в начале и конце рабочеГх ступени будут снижаться До нуля. Неравномерность тока потребления зарядного устройства вызывает нежелательные модуляции напряжения первичного источника п-итания, отрицательно сказывающиеся на работе аппаратуры, питание которой осуществ ляется от этого же источника. Это требует установки специальных фильтров, что повышает массу устройства. Цель изобретения - снижение массы устройства. Указанная цель достигается тем, что в известное устройство для заряда батареи конденсаторов, содержащее повышающий трансформатор с секционированной вторичной обмоткой, неуправляемые выпр-ямители, полупроводниковые коммутаторы, зарядный ко -тур, состоящий из дросселя и батаре конденсаторов, блок контроля напряжения и систему управления полупроводниковыми коммутаторами, причем каждая секция вторичной обмотки тра форматора подключена к одному из не управляемых выпрямителей, выходы ко торых соединены последовательно, а каждый выпрямитель подключен с помощью одного из полупроводниковых коммутаторов к зарядному контуру, введены источник эталонного напря жения и блок сравнения, а батарея конденсаторой сблокирована в секции причем каждая секция подключена к зарядной цепи с помощью одного из вновь введенных полупроводниковых коммутаторов и соединена с информационным входом блока контроля напря жения, выход которого соединен с бл ком сравнения, к которому подключен также источник эталонного напряжени а блок сравнения связан с системой управления, выходы которой соединен с управляющими электродами полупроводниковых коммутаторов , а один из выходов соединен с управляющим вход блока контроля напряжения. Кроме того, с целью снижения коэффициента нелинейных искажений ток потребления устройства, расчетная в личина индуктивности зарядного дрос селя L выбирается такой, чтобы мелод длительностью полупериода собствен.ньгх колебаний зарядного контура и дл|й1:ельностью, ступени заряда t су ществовало следующее соотношение ti , где С - емкость батаре конденсаторов, Подключение каждой параллельной секции батареи конденсаторов к.зарядному контуру с помощью собственного коммутатора позволяет снизиГь длительность полупериода частоты собственных колебаний зарядного кон тура, что приводит к улучшению масСО-габаритных показателей зарядного дросселя. Снижение коэффициента нелинейных искажений тока потребления устройства позволяетотказаться от установки- фильтров, что в свою очередь приводит к улучшению массо-габаритных показателей устройства. Следует отметить, что как предлагаемое, так и известное устройства могут работать от сети постоянного тока, однако в этом случае необходимо наличие преобразователя постоянного напряжения в п-еременное. На фиг. 1 представлена эпюра тока потребления известного устройства; на фиг. 2 - эпюра тока потребления предлагаемого устройства; на фиг.З - схема устройства для заряда батареи конденсаторов. Устройство для заряда батарей конденсаторов содержит повьшающий трансформатор 1 с секционированной вторичной обмоткой, каждая секция которой подключена к одному из неуправляемых выпрямителей 2-4, выходы которых соединены последовательно, а каждый выпрямитель подключен с помощью одного из полупроводниковых коммутаторов 5-7 к зарядному.контуру, состоящему из дросселя 8. и сблокированной в секции 9-11 батареи конденсаторов, причем каждая секция подключена к зарядной цепи с помощью одного из полупроводниковых коммутаторов 12-14 и соединена с информационным входом блока 15 контроля напряжения, выход которого соединен с блоком 16 сравнения, к которому подключен также источник 17 эталонного напряжения. Влок сравнения связан с системой 18 управления полупроводниковыми коммутаторами, один из выходов которой связан также с управляющим входом блока контроля напряжения. Устройство работает следующим образом. гГо сигналу от системы 18 управления отпираются полупроводниковые коммутаторы 12 и 5, с помощью которых зарядный контур, состоящий из конденсатора 9 и дросселя 8, подключается на заряд к выпрямителю 2. По мере заряда секции 9 батареи конденсаторов сигнал с этой секции поступает на информационный вход блока 15 контроля напряжения, с которого, в свою очередь, поступает сигнал в блок 16 сравнения. Туда же поступает сигнал от источника 17 эталонного напряжения. По достижении напряжением на секций 9 батареи конденсаторов величины, соответствующей заранее выбранному значению тока потребления, рав.ному OfiQ {см. фиг. 2), блок 16 срав.нения формирует ситная, поступающий в систему 18 управления, которая в свою очередь формирует сигнал на отпирание коммутатора 6, а также подает сигнал на управляющий вход блока 15 контроля напряжения где происхо дит перестройка делителя, напряжения так как уровень напряжениясекции батареи конденсаторов на каждой сту пвни возрастает. После отпирания коммутатора 6, коь 1утатор 5 запирается напряжением выпрямителя 3, На второй ступени заряд секции 9 осуществляется суммарным напряжением выпрямителей 2 и 3 аналогичным образом, после окончания последней (на фиг. 3 - третьей) ступени заряд секции 9 от системы 18 управления поступает сигнал на отпирание полупроводниковых коммутаторов 12 и 5. Начинается первая ступень заряда секции 10 батареи конденсаторов. По ле полного заряда последней (на фиг. 3 - третьей) секции батареи конденсаторов вся батарея оказывается заряженной до номинального напряжения. Коэффициенты трансформации отдел ных секций вторичной обмотки-повышающего трансформатора выбираются таким образом, чтобы максимальные значения амплитуд тока потребления на каждой ступени были равны, чем обеспечивается равенство на каждой ступени действующих значений тока потребления. Описанное устройство обеспечивает- улучшение массо-габаритных показ телей за счет снижения массы зарядного дросселя. Оно обеспечивает так же снижение модуляции напряжения первичного источника питания путем снижения коэффициента нелинейных искажений тока потребления, что позволяет снизить массу устройства за счет уменьшения размеров фильтра, либо полного отказа от его установк Кроме того, снижение модуляции на: пряжения первичного источника питания дает возможность отказаться от использования автономного источника питания, обслуживающего лишь зарядное устройство, и таким образом доп нительно улучшить массо-габаритные показатели всего комплекса оборудования. Указанные преимущества описанног устройства по сравнению с известным свидетельствуют о целесообразности использования его в случаях, когда требования к массо-габаритным показателям устройства, а также к сниже нию величины модуляции напряжения п вичной сети, является определяющими Формула изобретения 1.Устройство для заряда батареи конде.нсаторов, содержащее повышающий трансформатор с секционированной вторичной обмоткой, неуправляемые выпрямители, полупроводниковые коммутаторы, зарядный контур, состоящий из дросселя и батареи конденсаторов, блок контроля напряжения,и систему управления полупроводниковыми коммутаторами, причем каждая секция вторичной обмотки трансформатора подключена к одному из неуправляемых выпрямителей, выходы которых соединены последовательно, а каждый выпрямитель подключен с помощью одного из полупроводниковых коммутаторов к зарядному контуру, отличающееся тем, что, с целью снижения массы устройства, в него введены источник эталонного напряжения и блок сравнения, а батарея конденсаторов сблокирована ,в секции, причем каждая секция подключена к зарядной цепи с помощью одного из вновь введенных полупроводниковых коммутаторов и соединена о информационным входом блока контроля напряжения, выход которого соединен с блоком сравнения, к которому подключен также источник эталонного напряжения, а блок сравнения связан с системой управления, выходы которой соединены с управляющими электродами полупроводниковых коммутаторов , а один из выходов соединен . с управляющим входом блока контроля напряжения. 2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что, с целью снижения коэффициента нелин-ейных искажений тока потребления устройства, расчетная величина индуктивности зарядного дросселя L выбирается такой, .чтобы между длительностью полупериода собственных колебаний зарядного контура и длительностью ступени заряда t существовало следующее соотношеT 7 tCTr где С - емкость батареи конденсаторов . Источники информации, принятые во .внимание при экспертизе 1. Патент СЗИА 3821635, кл. 323-102, 1974. .2. Патент США I Зб54537,кл. 320.1, 1972. 3.Волков И. В. и Вакуленко В. М. Источники электропитания лазеров. Киев, Техника, 1976, с..52-53 (прототип) ..

-ЯН

-jd

К ипровяя ощимf

электродам полипровоунинооык Кбммутап Ь-роВ

tttttt

JLJT

(игЬ