Устройство для заряда накопительного конденсатора Советский патент 1981 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к иьшульсно технике, в частности к устройствам для заряда накопительных конденсаторов (НК), используемых в качестве: импульсного источника питания ламп накачки оптических квантовых генераторов, и локационной технике, в уста новках электроискровой обработки материалов и т.п. импульсных потребите лей энергии. Известно устройство заряда (УЗ) содержащее включенные последователы но дроссель и диод, объединенные выводы которых через ключ соединены с шиной питания l. Недостаток известного устройстванизкий КПД. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретенио является устройство, содержащее дроссель, конденсатор, первый управляе1 о 1Й вентиль, первый диод, анод которого подключен к первой выходной пшне, второй диод С2. ЕГО недостатком являются низкие массово-энергетические показатели. Цель изобретения - повышение массово-энергетических показателей. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее дроссель, конденсатор, первый управляемый вентиль, первый диод, анод которого подключен к первой выходное шине, введены второй управляемый вентиль, третий и четвертый диоды, при- .чем первая шина питания подключена к первому выводу дросселя, второй и третий выводы которого соответственно через первый и второй управляемые вентили подключены к второй шине питания, которая соединена с первой выходной, шиной, а через первый диод с четвертым выводом дросселя, пятый вывод которого через второй диод подключен к второму выводу, KOTOiMidt через последовательно включенные третий диод и конденсатор подключен к второму выводу дросселя, анод третьего диода через четвертый диод под ключен к пятому выводу дросселя. На чертеже представлена схема устройства. Устройство для заряда накопительного конденсатора содержит дроссель конденсатор 2, первый управляемый вентиль 3, первый диод 4, второй диод 5, первую выходную шину 6, вторую выходную шину 7, второй управляемый вентиль 8, третий 9 и четвертый 10 диоды, первую входную шину 11 , вторую входную шину 12;, первый 13, вто рой 14, третий 15, четвертый 16, пятый 1 7 выводы дросселя. Устройство работает следующим образом. В первый и последующие (третий, пятый и г.д.) полупериоды изменения тока источника питания его положительное напряжение приложено к входной imiHe 11, а отрицательное - к шине 12. Тогда в четном (втором, четвертом и т.д.) полупериоде поляр- кость напряжения на шинах П и 12 изменяет свой знак на противоположный. Если заряд накопительного конденсатора начинается при нулевых начальных условиях в нечетном полупериоде, ток источника питания, проходя по цепям: первая входная шина 1I второй вывод дросселя. 12, конденстор 2, третий диод 9, вторая выходная шина 7, первая выходная шина 6, вторая входная шина.2 и первая вхо ная шина 11, дроссель 1, второй диод 5 , вторая выходная шина 7, перва выходная шина 6, вторая входная шина 12, заряжен НК. Этот ток ограниче индуктивным сопротивлением дросселя 1 и емкостным конденсатором 2. Примерно в середине полупериода (т.е. в конце первой четверти периода) конденсатор 2 оказывается заряженным до напряжения, равного разности амплитудного напряжения ис точника питания и НК, а ток в цепи диода 5, увеличиваясь по абсолютной величине, стремясь к своему максимальному значению, достигает его. На шине 11 при этом было положитель ное (относительно вывода дросселя 1 соединенного с анодом диода 5) напр жение. В момент достижения тока в дросселе 1 своего максимального значени за счет ЭДЧ самоиндукции, стремящей я поддержать направление тока и потока неизменным, полярность напряжения на выводах дросселя 1 скачком зменяется, и последний из режима граничителя тока источника питания (приемника избыточной энергии) переходит в режим источника. Энергия, запасенная в поле дросселя 1 (пропорциональная его индуктивности и квадрату мгновенного значения тока в его обмотке), частично передается в НК по цепи: первая входная шина 1I, второй диод 5, вторая выходная шина 7, первая выходная шина 6, вторая входная шина 12, т.е. через источник, частично по цепи: четвертый вывод 16 дросселя I, диод 5, вторая выходная шина 7, первая выходная шина 6, первый диод 4, т.е. помимо источника, а частично идет на перезаряд конденсатора 2 по цепи: второй вывод 14 дросселя 1, четвертый диод 10, конденсатор 2. Этот процесс, в основном, заканчивается в начале четного полупериода, когда напряжение источника питания изменяет свою полярность . Накопительный конденсатор при этом, запасая энергию источника, повьш1ает напряжение на своих обкладках. В четном полупериоде, когда ток проходит по цепи: вторая входная шина 12, первый диод 4, четвертый вывод 16 дросселя I, первая входная шина 11, на четвертом выводе I6 дросселя I наводится положительное (отНосительно вывода П) напряжение. Так как на выводе дросселя, соединенного с диодом 5, также положительное напряжение, по цепи: четвертый вывод 16 дросселя 1, второй диод 5, вторая выходная шина 7, первая выходная шина 6, первый диод 4, происходит подзаряд НК, а по цепи: второй вывод 14 дросселя 1, четвертый длод 10, конденсатор 2 - подзаряд конденсатора 2. Эти процессы практически завершаются во второй половине четного полупериода, после чего конденсатор 2 оказывается заряженным напряже1тем с полярностью, обратной полярности НК, поэтому при уменьшении напряжения источника питания конденсатор 2 разряжается по цепи: конденсатор 2, третий диод 9, вторая выходная шина 6, вторая входная шина 12, первая входная шина П,второй вывод 14 дросселя 1. При следующем изменении по JKpHOCTH напряжения источника питания конденсатор 2 и дроссель 1 продолжают проводить ток подобно рассмотренному ранее. Если открыть управляемый вентиль либо 8, в четном полупериоде, ток источника питания потечет по контуру: вторая входная шина 12, второй управляемый вентиль В, третий вывод 15 дросселя I, первая входная шина И, либо: вторая входная шина 1 первый управляемый вентиль 3, второ вывод 4 дросселя 1, первая входная шина 1I. В результате этого напряжение на правой части обмотки дросселя (отно сительно вентиля, проводящего ток источника питания) возрастет. Энергия источника питания в нагрузку пр этом будет передаваться одновременн электрическим и электромагнитным пу тями. Это позволяет регулировать ск рость передачи энергии в НК. Управляемые вентили 8 и 3 могут открыват ся и в одном и том же полупериоде, что обеспечивает практически плавно регулирование выходного напряжения в четном полупериоде. В связи с тем, что по мере заряда НК его напряжение повьшается, то заряда накопителя соответственно уменьшается, однако путем открытия управляемого вентиля 8, а затем управляемого вентиля 3 изменяется коеффициент трансформации обмоток дросселя I, в результате чего выходное напряжение устройства в четном полупериоде возрастает, а также увеличивается напряжение конденсатора 2. Поэтому в нечетном полупериоде, когда напряжение конденсатора 2 суммируется с напряжением источника питания, выходное напряжение устройства также увеличивается. Это позволяет увеличить скорость передачи энергии источника питания в НК практически без изменения массы сист мы, что улучшает массо-габаритные по казатели устройства в целом. Когда напряжение НК достигнет заданного значения, его разряжают во внешнюю цепь, после чего процессы повторяются циклически. При необходимости число отводов от обмотки дросселя и число тиристоров может быть увеличено, что позволяет изменять коэффициент трансформации напряжения в четном полупериоде практически плавно. Формула изобретения Устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее дррссель, конденсатор, первый управляемый вентиль, первый диод, анод которого подключен к первой выходной шине, второй диод, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения массово: нергетических показателей, в него введены второй управляемый вентиль, третий и четвертый диоды, причем первая шина питания подключена к первому выводу дросселя, второй и третий выводы которого соответственно через первый и второй управляемый вентили подключены к второй шине питания, которая соединена с первой выходной шиной, а через первый диод с четвертым выводом дросселя, пятый вывод которогоччерез второй диод подк;иочен к второму выходному выводу, который через последовательно включе ные третий диод и конденсатор подключен к второму выводу дросселя, анод третьего диода через четвертый диод подключен к пятому выводу дросселя . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Электротехника.-1976, № II, с. 17, рис. 1а. 2.Булатов О. Г. и др. Тиристорные схемы вк;дочения высокоинтенсивных сточников света, М., Энергия, 1975, с. 156, рис. 5-34.