Генератор импульсов тока Советский патент 1982 года по МПК H03K3/335 

(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА

Изобретение относится к импульсной и преобразовательной технике. Оно предназначается для питания обмоток возбу5Кдения электромеханических преобразователей энергии, например, импульсных электрических двигателей однополярными импульса ми тока с использованием в качестве источнйка энергии накопительной емкости Генератор обеспечиЕ1ает р|ёкуперацию энергии магнитного поля из электро магнита преобразователя в ё.пект1ри ческую энергию накопительной емк6с ти и форсирозку возбуждения и гаше ния поля электромагнита .j

Известны устройства для питания импульсных электромеханических преобразователей (электромагнитов), содержащие зарядное устройство, основную и дополнительную накопительные емкости (конденсаторные батареи), диоды и тиристоры как полупроводниковые приборы, подключающие (и отключающие) нагрузку (обмотку возбуждения преобразователя) к накопительной емкости генератора импульсов тока, обеспечивающие режимы рекуперации энергии магнитного поля электромагнита в электрическую энергию накопительной конденсаторной ба-;

тареи и форсировки возбуждения и гашения пОля электромагниту. Известно, что такие режиму работы генератора тока позволяют увеличить КПД, удельную мощность и частоту рабоэгы элёк ромагнита 1.

НёдостгатКамй этого устройства являк тся игшичие дополнительной емкости для Формирования импульса тока (поди) элейтромагнита заданной формы, налйаде двух источников питания низковольтного и высоковольтного; в устройстве не решен вопрос с пере- зарядом емкости, формирующей передний и задний фронт импульса тока. Все это снижает эффективность и усложняет конструкцию генератора импульсов тока.

Известен также генератор импуль20сов тока, содержащий первый конденсатор, подключейный к источнику постоянного тока и через тиристоры н диоды к индуктивной нагрузке, второй конденсатор, соединенный через тиристоры и диоды с нагрузкой 2.

Недостатком такого генератора является наличие двух групп диодов и тиристоров в цепи разряда основного первого конденсатора, что усложняет

30 конструкцию, снижает надежность и увеличивает габариты и стоимость ус ройства. Цель изобретения - упрощение кон струкции, снижение стоимости и повы шение надежности генератора импульсов тока. Поставленная задача достигается тем, что в генераторе, содержащем первый конденсатор, подключенный к источнику постоянного тока и через тиристоры и диоды к индуктивной .нагрузке, второй конденсатор, соединенный через тиристоры и диодал к нагрузке, первый конденсатор подключен к нагрузке через одйн а второй через другой тиристоры, причем второй конденсатор зашунтирован последо вательно включенными диодом и катушкой индуктивности. На фиг.1 изображена электрическа схема генератора,.питающегр обмотку возбуждения электромагнита (обмотку импульсного индукционно- динамического двигателя ;на - врек|енныё диаграммы. , Устройство содержит первый конденсатор 1, тиристор 2 с обмрткой 3 возбуждения импулгьснргр эйёктродвигателя, параллёльнр которой присоединена цепочка из последобательно . включенных тиристора 4 И вторргр ко денсатора 5, в свою очередь заыунти рованных цепочкой из последовательн соединенных, дцода 6 и катушки -7 индуктивности. Конденсатор 1 подклю чен к источнику постоянного тока/ полярность kOTopoFp указана иа фиг. Второй конденса.тор 5 значительно (в 10-20 раз) меньше конденсатора 1 Его параметры выбираются такими, чтобы с одной стороны после окончания рекуперации энергии напряжение на нем бьшр больше напряжения на первом конденсаторе и дрстаточным для обеспечения форсировки нарастания тока, ас другой - при рекуперации обеспечивсшась бы форсиррвка гашения.Второй конденсатор служит для запирания тиристора 2, а также для форсировки возбуждения и форсировки гашения тока обмоток 3 преобразователя. Конденсатор Г служит для формирования тока оптимальной формы и является основным источником энерги преобразователя. Катушка 7 индуктив ности, индуктивность которой больше или равна индуктивности обмотки 3 возбуждения преобразователя, и диод 6 после окончания рекуперации перезаряжают конденсатор 5 в исходную полярность, В исходном состоянии напряжение на конденсаторе 5 выше, а энергия ниже, чем напряжение и энергия конденсатора I. При подаче в момент времени t, фиг.-2) управляющего импульса на ти ристор 4 кондезн.-Чтор 5 рааряжаечтся на обмот.ку 3 возбуждения преобразователя. Поскольку напряжение {J|- на конденсаторе 5 выше напряжения и на конденсаторе 1, а конденсатор 5 меньше ко денсатора 1, то конденсатор 5 сравнительно быстро разряжается, обеспечивая форсировку нарастания тока обмоток 3 и фор1«1рование его переднего фронта. В момент времени ty, когда разность напряжений , где ди.. - наряжение, необходимое для запирания тиристора 4, на тиристор 2 подается управляющий иютульс, и конденсатор 1 запирает тиристор 4. Конденсатор 1, разряжаясь на обмотку 3, формирует поле электромагнита оптимальной фррмы. Конденсатор 1 можно прдрбрать такой, что ток через обмотку 3 идет практически постоянный, возрастая или уменьшаясь (обозйачено пунктиром на фиг,2), что и обеспечивает формирование поля преобразователя оптимальной формы. В момент времени t, когда раз г НРсть йапряжеиий Uj-HJ- /AU, где &.О2 - напряжение, необходимое для запирания тиристора 2, на тиристор 4 подается управляющий импульс, напряжением конденсатора 5 запирается тиристор 2 г и конденсатор 5 разряжается на обмотку 3i Конденсатор 1 от источника постоянного тока заряжается до исходир о напряжения, а поскольку индуктивность катушки 7 у больше или равна эшяуктивнрсти обмотки 3 преобразо&ат(влЯ Lj/ то электромагнитная эйергия обмотки 3, оставшаяся после совершения преобразователем необходимой работы, рекуперирует в конденсатор 5, перезаряжая его до напряжения обратной полярности. Поскольку емкость конденсатора 5 меньше конг денсатора 1, то. рекуперация протекает ускоренно, чем и достигается форсиррвка гашенИя тока обмоток преобразователя. На отрезки времени конденсатор 5 через катушку 7 индуктивности и диод 6 перезаряжается до исходных напряжений и полярности, не обходимых при повторном срабатывании генератора импульсов тока. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показывают, что индуктивность катушки 7должна быть не меньше индуктивности обмотки 3, T.e. Лишь в этом случае предлагаемый генератор импульсов тока остается работоспособным без.дополнительной подзарялки конденсатора 5. В случае Lj, L схема становится неработоспособной, поскольку ток 7з через обмотку 3 к моменту времени -t- не проходит через О, и тиристор 4 не закрывает ся. Можно показать это теоретически после отключения тиристора 2 обмо ка 3 возбуждения с начальным током . подключается к цепям из конден сатора 5 и тиристора 4, катушки 7 индуктивности, диода 6, тиристора а этом случае при начальном напряжении DO на конденсаторе 5, равном нулю, имеем: напряжение Ос конденсаторе 5 (С) равно U(t) где ц;о частота; - величина конденса тора 5; Ток i конденсатора 5 равен i(t)(ijf,t . .(2 Напряжение на катушке 7 индукти ности и обмотке 3 равно напряжению и (t). Ток катушки 7 индуктивност i-j равен b(t)3o (l-COSUit), (3 Ц-«-1|7 Ток нагрузки обмотки 3 ij(t) pa V boi:;;t; -fe ° b Далее, .чтобы генератор импульсо тока (фиг.1) был работоспособным, необходимо при равенстве уока ij н лю (окончание гашения поля), чтобы токи i и ig, а также напряжение конденсатора 5 (Uy), были отличны от нуля.В этом случае тиристор 4 за крывается, а в конденсаторе 5 на ин тервале времени накапливается энергия, соответствующая напряжению Ug-tO. Находим время t, при котором ток . Из (4) имеем ) COSUtt,-. 6ivi%tj сэткуда следует, что Ь-у7сЬз. Время t, при котором 1., равно t. ,.«, vsHii . При этом , )#0, t-tj где Рз - з/-с волновое сопротивление откуда следует, чтоЬ5, кон денсаторе 5 остается энергия Wy ()/2, которая при повторном срабатывании используется для форсировки возбуждения поля обмотки 3. Таким образом, при U 7 в предлагаемом изобретении нет необходимости в элементах, обеспечивающих подзарядку конденсатора 5 при последующих срабатываниях генератора. Присоединением к нагрузке двух параллельных цепей из последовательно включенных конденсатора и тиристора и шунтированием второго конденсатора цепью из последовательно включенных катушки индуктивности с индуктивностью, болыйей или равной индуктивности нагрузки, и диода, .простым путем и от одного источника ,пи-ания обеспечиваются pekynepauHH энергии, формировка возбуждения и гашеиия тока обмоток преобразователя, что упро{4ает конструкцию, снижает стоимость, повышает надежность источника питания, а также повьииает КПД/ быстродействие и частоту работы преобразователя анергии, -В предлагаемом импульсном источнике питания значительно меньше диодов и тиристоров, чем в известном. Наприл р-, при прочих равных условиях, в предлагаемом устройстве диодов в четыре раза, -а тиристоров - на один прибор меньше, чем в известном. Причем, все диоды и тиристоры, которые удается исключить применением предлагаемого устройства, силовые. Это упрощает генератор, повьаиает надежность и сиижает его стоимость. Другой эффект, получаемый от применения предлагаемого устройства, - это исключение цепи для коммутации силовых тиристоров. Формула изобретения Генератор импульсов тока, содержащий перилй конденсатор, подключенный к источнику постоянного тока и через тиристоры и диоды к индуктивной нагрузке-, второй конденсатор, соединённый через тиристоры и диоды с нагрузкой, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, снижения стоимости и увеличения надежности генератора,- первый конденсатор подключен к иагрузке через один, а второй - через другой тиристоры, причем второй конденсаор зашунтирован последовательно включенными диодом и катушкой инуктивности. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1. Авторское ойидетельство СССР 403005, кл. И 02 Р 7/62, 14.01.72. 2. Авторское свидетельство СССР 608247, кл. Н 02 М 3/18, 03 К 3/53, 02.07.п.

Фаг.{

ч,