Высоковольтный импульсный модулятор Советский патент 1981 года по МПК H03K7/02 

(54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для питания высокочастотных генераторов.

Известен высоковольтный импульсный модулятор, содержащий формирующую линию, сетевой повышающий трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр, зарядный и разрядный ключи и повышающий импульсный трансформатор 1.

Однако вследствие конечного коэффициента сглаживания пульсаций сглаживающего фильтра у таких модуляторов наблюдается пульсация амплитуды выходного импульса. Использование фильтра с повыщенным коэффициентом сглаживания пульсаций приводит к увеличению габаритов и веса устройства.

Известен высоковольтный импульсный модулятор, содержащий 3-х фазовый сетевой повышающий трансформатор, выпрямитель, зарядный дроссель, формирующий линию, зарядные и разрядные тиристоры и повыщающий импульсный трансформатор |2.

Однако в модуляторе отсутствует пульсация амплитуды выходного ийгкульса, так как частота повторения выходных импульсов равна 5 Гц, т. е. частоте питающей сети. в этом модуляторе на выходе выпрямителя получается напряжение порядка 5-6 кВ, что приводит к необходимости применять во всех узлах схемы большое количество последовательно соединенных полупроводниковых элементов (диодов или тиристоров), поскольку эти элементы на такие напряжения и большие токи (в цепи заряда до 30 А, в цепи разряда до 1 кА) не выпускаются серийно. Это не позволяет выполнять устройство в малых габаритах и снижает надежность его работы. Габариты и вес сетевого повышающего трансформатора, рассчитанного на полную среднюю мои ность модулятора, составляют значительную чисть от габаритов и веса всего устройства, особенно при большой (более 1 кВт) мощности модулятора. Это обстоятельство не позволяет выполнить модулятор в №/це переносной конструкции. Наличие потерь в сетевом трансформаторе ограничивает максимально достижимую, величину коэффициента полезного действия модулятора, что ухудшает его эксплуатационные характеристики.

Цель изобретения - повышение коэффии,ивйта полезного действия и снижении веса .и габаритов.

1 lotTaB.ieHiiuH це;1ь достигается тем. что высоковольтный импульсный модулятор, содержащий секцию, состоящую из последовательно соединенных зарядного дросселя, первого зарядного тиристора и первой формирующей линии, и разрядного тиристора, а также импульсный трансформатор и блок коммутации тиристоров, соединенный с их управляющими электродами, вьпюлнен в виде трех секций, в каждую из которых дополнительно введены вторая формирующая линия и второй зарядный тиристор, причем общие выводы формирующих линий каждой секции объединены и подключены ко входам зарядных дросселей, соединенных с соответствующей И1иной исто1;ника питания, второго зарядного тиристора каждой секции соединен со входом второй формирующей линии, катод - с выходом зарядного дрос.селя, а разрядный тиристор Е ключен между выходом первой формирующег линии и первым выводом первичной обмотки импульсного трансформатора, второй выход которой подключен к выходу второй формирующей линии.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого высоковольтного импульсного модулятора.

Модулятор содержит три первичные обмотки 1, 2 и 3, вторичная обмотка 4 импульсного трансформатора, разрядный тиристор 5 и 6, формирующие линии 7 и 8, зарядные тиристоры 9 и 10, зарядный дроссель 11, фазы А, В, С питающей сети, секций 1, II и III модулятора.

одулятор имеет при секции I, И и III, подключенные соответственно к фазам А, В, С трехфазной питающей сети (380 В 50 Гц). Каждая из секций содержит зарядный дроссель 11, зарядные тиристоры 9 и 10, формирующие линии 7, 8 и разрядный тиристор 6. К выходам секций подключены соответствующие первичные обмотки импульсного трансформатора 1, 2 и 3, а вторичная обмотка 4 подключена к нагрузке. Кроме того, модулятор имеет блок 12 запуска коммутации тиристоров, назначение которого состоит в том, чтобы генерировать импульсы запуска, поступающие на управляющие электроды тиристоров и предназначенные для их включения.

Модулятор работает следующим образом.

Дроссель 11 совместен с суммарной емкостью формирующей линии 7 или 8 (в зависимости от того, какая из них заряжается) образует резонансную цепь заряда. Зарядный тиристор 9 включается в момент, когда напряжение между фазами А и В положительно и достигает максимума; при этом протекает процесс резонансного заряда и формирующая линия 7 заряжается до положительного напряжения, примерно равного удвоенной величине амплитудного значения напряжения сети. После окончания заряда

зарядн1)1Й тиристор 9 автоматически выключается. Длительность процесса заряда выбирается много меньщей, чем период питающей сети (т. е. порядка 2 мсек). Процесс заряда линии формирующей 8 происходит аналогично, с т.ой лищь разницей, что зарядный тиристор 10 включается в момент, когда напряжение сети отрицательно и достигает максимума (по модулю), и линия формирующая 8 заряжается до отрицательного напряжения, равного по величине напряжению заряда формирующей .пинии 7.

После того, как проходит процесс заряда формирующих линий 7, 8, включается разрядный тиристор б, и обе формирующие линии разряжаются на первичную обмотку

импульсного трансформатора. При этом на вторичной обмотке и.мпульеного -трансформатора получается импульс высокого напряжения с параметра.ми, которые полностью определяются параметрами формирующих линий и импульсного трансформатора. При

разряде формирующие линии оказываются включенными последовательно, что позволяет удвоить амплитуду импульса, поступающего на трансформатор, и тем самым упростить его конструкцию, так как вдвое снижается требуемый коэффициент трансформации. Частота повторения импульсов на выходе одной секции равна частоте питающей сек ции, т. е. 50 Гц.

Процессы, происходящие в трех секциях модулятора, сдвинуты во времени на 1/3

0 периода питающей сети, так как точно также сдвинуты по времени фазные напряжения питающей сети. Поэтому частота повторения импульсов на выходе модулятора равна утроенной частоте сети, т. е. 150 Гц. Работа блока 12 соответствующим образом синхронизируется с сетью.

Таким образом, на первичной обмотке трансформатора формируется импульс с максимальной амплитудой, примерно равной удвоенной амплитуде напряжения .питающей

0 сети, т. е. около 1 кВ. Регулировка амплитуды импульса достигается смещением момента начала заряда относительно максимума переменного напряжения в сети. Глубина регулировки разна 100%. Остальные параметры импульса полностью определяются

параметрами формирующих линий и импульсного трансформатора. Так, например, если выбрать волновое сопротивление линии равным 0,5 Ом, длительность импульса 30 мксек и коэффициент трансформации импульсного трансформатора равным 20, то на выходе модулятора получают импульс со следующими параметрами: длительность импульса 30 мксек, амплитуда импульса около 20 кВ, мощность (в импульсе) около 1 МВт.

5 Равномерное распределение потребляемой мощности по всем трем фазам питающей сети, достигаемое в предлагаемой схейе модулятора, позволяет отказаться от применения сетевого трансформатора и тем самым резко снижает габариты и вес всего устройства. Кроме того, повышается коэффициент полезного действия модулятора, так как исключаются потери энергии в сетевом трансформаторе ввиду его отсутствия (КПД лучших образцов сетевых трансформаторов не превышает величину порядка 95%). Так как максимальная разность потенциалов, возникающая во время работы схемы внутри Секции, не превышает учетверенного амплитудного значения напряжения питаюшей сети (около 2-х кВ), то исключается необходимость последовательного соединения большого количества .элементов (в данном случае тиристоров), что повышает надежность работы устройства и также снижает его габариты и вес.

Суммарный выигрыш в габаритах и весе оценивается в величину порядка 1,5-2, поскольку, например, масса сетевого трансформатора на среднюю мош,ность 5 кВт составляет величину более 50 кг, а известный модулятор на такую среднюю мощность составляет не более 30 кг.

Формула изобретения

Высоковольтный импульсный модулятор, содержащий секцию, состоящую из последовательно соединенных зарядного дросселя, первого зарядного тиристора и первой формирующей линии, и разрядного тиристора, а также импульсный трансформатор и блок коммутации тиристоров, соединенный с их управляющими электродами, отлича1ощ: йс.ч тем, что, с целью повышения коэффищ-хнта

полезного действия и уменьшения веса и габаритов, он выполнен в виде трех секций, в каждую из которых дополнительно введены вторая формирующая линия и второй зарядный тиристор, причем общие выводы формирующих линий каждой секции объели

нены и подключены ко входам зарядных дросселей, соединенных с соответствующей шиной источника питания, анод второго зарядного тиристора каждой секции соединен со входом второй формирующей линии, катодс выходом зарядного дросселя, разрядный тиристор включен между выходом первой формирующей линии и первым выводом первичной обмотки импульсного трансформатора, второй выход которой подключен к выходу второй формирующей линии.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

упрадляюи им электродам тиристороб