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

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам для заряда накопительньах конденсаторов, используемых в качестве вто ричного импульсного источника питания ламп накачки оптических квантовых генераторов,, в локационной технике, в установках электроискровой обработки материалов и т.п. импульсных потребителей энергии. Известно устройство для заряда накопительного конденсатора, состоя щее из источника переменного тока, включенного в диагональ мостового выпрямителя, и последовательно соединенных дросселя и накопительного конденсатора fl. Однако сравнительно большой вес дросселя этого устройства, включенного в цепь пульсирующего-выпрямлен ного тока, снижает его удельные эне гетические показатели. Кроме того, это устройство характеризуется низ кой скоростью передачи энергии исто ника в накопительный конденсатор. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее источник п ременного напряжения, дроссель, нак пительный конденсатор, мостовой выпрямитель , клеммы входной диагонали которого подключены к источнику, а одна из клемм выходной - к выводам накопительного конденсатора 2. Недостатками известного устройства для заряда накопительного конденсатора являются низкое выходное напряжение накопительного конденсатора (не превышающее амплитудного значения напряжения источника) , зaвы шенные массо-габаритнУе показатели и весьма ограниченная скорость передачи энергии источника в накопительный конденсатор. Цель изобретения - улучшение массо-габаритных показателей устройства, путем повышения скорости передачи энергии источника в накопительный конденсатор. Поставленная цель достигается,.тем, что в устройстве для заряда накопительного конденсатора, содержащем источник переменного напряжения, дроссель, накопительный конденсатор и мостовой выпрямитель, клеммы входной диагонали которого подключены к источнику, а, одна из клемм выходной к выводам накопительного конденсатора, дроссель снабжен выводом от среднея точки обмотки, подключенным к источнику переменного напряжения, а два смежных плеча мостового выпрямителя образованы полуобмотками дросселя, прилегающими к его выходной диагонали, другая клемма которой подключена к выводу накопительного конденсатора через вентиль, включенный последовательно-согласно с вентилями мостового выпрямителя.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 переменного (прямоугольной или синусоидальной формы) напряжения, дроссель 2 и мостовой выпрямитель, два плеча которого образованы вентилями. 3 и 4, а два другие - полуобмотками 5 и 6 дросселя 2, клеммы входной диагонали моста подключены непосредственно к источнику 1, а клеммы выдодной - через вентиль 7 - к выводам

накопительного конденсатора 8. I ,

Если в качестве вентиля 7 использовать управляемый вентиль (например тиристор), устройство обеспечит регулирование среднего значения зарядного тока, а также и прекращение заряда накопительного конденсатора по достижении напряжения на его обкладках заданного значения.

Устройсво работает следующим образом.

Энергия источника 1 переменного напряжения передается в накопительный конденсатор 8 по трем зарядным каналам: 1) источник 1 переменного напряжения - вентили 3 и 7 - накопительный конденсатор 8 - полуобмотка 6 дросселя 2 - источник 1 переменного напряжения; 2) источник 1 переменного напряжения - полуобмотка 5 дросселя 2 - вентиль 7 - накопительный конденсатор 8 - вентиль 4 - источник 1 переменного напряжения; 3) полуобмотка 6 и полуобмотка 5 дроселя 2 - вентиль 1- - накопительный конденсатор 8.

Вентиль 7, проводящий ток в накопительный конденсатор 8, предохраняет последйий от разряда на обмотки дросселя 2. Кроме того, одновременно с зарядом накопительного конденсатора, ток источника переменного напряжения в каждом полупериоде его изменения прокетает через вентиль 3 или 4 и одну из полуобмоток (5 или 6, соответственно) дросселя 2, т.е. в устройстве кроме трех зарядных конч туров протекания тока имеется два (параллельных, работающих поочередно) контура с полуобмотками дросселя

В случае замыкания выхода устройства накоротко (например, при подключении разряженного накопйтельп ного конденсатора к этому многоконтурному устройству с дросселем, об-, мотки которого роединены по авто.трансфО1 маторной схеме) , источник

переменного напряжения оказывается нагружен на два параллельные канала с полуобмотками дросселя в каждом канале. При синусоидальной форме напряжения ток источ ника переменного напряжения также имеет синусоидальную форму, а при прямоугольной форме напряжения ток имеет пилообразную форму, в этом случае ток, протекающий по параллельным каналам, т.е. полуоб- моткам дросселя, -имеет максимальное значение на выходе устройства, а энергия источника переменного напряжения в течение одной четверти периода изменения этого тока запасается в поле дросселя, а в течение другой четверти возвращается в него. Так как напряжения на полуобмотках равны друг другу, суммарное напряжение по всей обмотке дросселя 2 в режиме короткого замыкания равно нулю.

Размещение полуобмоток дросселя на одном магнитопроводе, т.е. их электромагнитная связь, обеспечивая передачу энергии в нагрузку не.только электрическим, но и электромагнитным путем позволяет, наряду с ограничением тока, повышать напряжение на выходе устройства до удвоенного амплитудного значения источника переменного напряжения при работе в режимах, близких к холостому ходу.

Дроссель, включенный по автотрансформаторной схеме, выполняет функцию фазовариатора, повышающего напряжение на своей обмотке по мере увеличения сопротивления нагрузки. Так как противоэдс конденсатора в процессе его заряда изменяется от нуля до бесконечности, автотрансформатор-фазовариатор повышает свое выходное напряжение автоматически.

В полупериоде изменения напряжения источника переменного напряжения, когда к вентилям 3 и 4 приложено положительное, а к выводу средней точки дросселя 2 - отрицательное напряжение, ток в устройстве протекает по первому и третьему зарядным каналам, а также по цепи: источник -1 переменного напряжения - вентиль 3 - полуобмотка 5 дросселя 2 - источник переменного напряжения.

Составляющая .тока, протекающего через накопительный конденсатор и полуобмотку б дросселя,, ограниченная индуктивным сопротивлением этого дросселя, приводит к накоплению энергии в магнитной цепи последнего. При уменьшении тока э.та энергия, поддерживая ток в третьем зарядном контуре, т.е. через полуобмотку 5 и вентиль 7 передается непосредственно в накопительный конденсатор, разгружая источник от циркуляции через него энергии, запасенной в магнитной цепи дросселя, что приводит к повышению эффективности передачи энергии в накопитель . в следующем полупериоде, когда по лярность напряже,ния изменяется на пр тивоположную, ток проходит по второму и третьему разрядным каналам, а также по цепи: источник 1 переменного напряжения - полуобмотка 6 - диод 4 - источник 1 переменного напряжени Далее процессы повторяются циклически. Формула изобретения Устройство для заряда накопитель ного конденсатора, содержащее источник переменного напряжения, дроссель накопительный конденсатор, мостовой выпрямитель, клеммы входной диагонали которого подключены к источнику, а одна из клемм выходной - к выводам накопительного конденсатора, отличающееся тем, что, с целью улучшения его массо-габаритных показателей, дроссель снабжен выводом от средней точки обмотки, подключенным к источнику переменного напр51жения, а два смежных плеча мостового выпрямителя образованы полуобмотками дросселя, прилегающими к его выходной диагонали, другая клемма которой подключена к выходу накопительного конденсатора через вентиль, включенный последовательно, согласно с вентилями мостового выпрямителя. Источники информации, приняггые во внимание при эксп рхизе 1.Песоцкий B.C. Работа выпрямителя на цепь зарядки импульсного конденсатора. Сб. статей Импульсная электроэнергетика ; Казань, 1970, с. 153, рис. 1. 2.Кныш В.А. Основы теории и ме тоды расчета вентильных систем за-ряда накопительных конденсат6;ров.Л., 1970, рис. 2-15, с. 17 (прототип).