Генератор импульсов тока Советский патент 1982 года по МПК H03K3/53 

(54) ГЕНЕРАТСР ИМПУЛЬСОВ ТОКА

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания различных потребителей импульсной электрической мощности.

Известен генератор импульсов тока, который содержит мостовую схему, в два противоположных плеча которой включены обмотки индуктивности, в два других плеча включены накопительные конденсаторы, в одну из диагоналей моста включен первый тиристор, а в другую диагональ включены последовательно первый диод и цепочка из последовательно соединенных второго тиристора и коммутирующего конденсатора, к которому через дроссель, зашунтнрованный третьим тиристором, присоединён выпрямитель 1 .

Однако данный генератор имеет ниэ кий -КПД за счет потерь в обмотке дросселя и невысокую рабочую частоту за счет того, что к первому тиристору во время коммутации прикладывается не полное напряжение коммутирующего конденсатора, а разность между напряжением

на коммутирующем конденсаторе в суммой напряжений на накопительных конденсаторах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор импульсов тока, который содержит мостовую схему, в два противоположных плеча которой включены катушки индуктивности, в два других плеча вклю1чены , накопительные конденсаторы, в одну из диагоналей моста включен тиристор, а в другую диагональ включены параллельно первый диод и цепочка из последовательно соединенных второго диода и коммутирующего конденсатора, к которому через зарядную цепь подключен источник постоянного тока 2 .

Данный генератор также имеет невысокие КПД и рабочую частоту.

Цель изобретения - повышение частоты и КПД генератора.

Для этого в генератор irMi.y.-ir-.coB тока, содержащий источник посто1жнпго тока, зарядную цепь, мостовую схему, в два противопопожных плеча которой включены конденсаторы, в два других плеча катушки тгадуктивности, в одну из диаго налей мостовой схемы включен диод, а в другую - тиристор, введен тиристорный мост, в одну диагональ которого включен дополнительный конденсатор, а во вторую диагональ включен тиристор мостовой cxeMbi, причем источник постоянного тока через зарядную цепь включен в одну из диагоналей мостовой схемы. Тиристорный мост является узлом искусственной коммутации тиристора в диагонали мостовой схемы генератора. Вмес то тиристорного моста могут быть исполь зоЬаны и другие известные узлы искусственной коммутации тиристоров. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема генератора импульсов тока, когда источник постоянного тока включен в диагональ мостовой схемы, которая содержит тиристор; на фиг. 2 кривые токов и напряжений на отдельных элементах генератора; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема генералтора, когда источник постоянного тока включен в диагональ мостовой схемы, которая содержит диод; на фиг. 4 - кривые токов и напряжений на отдельных элементах генератора, изображенного на фиг. 3.. Генераторы импульсов тока содержат источник 1 постоянного тока, зарядную цепь 2, мостовую схему, в два противоположных плеча которой включены конденсатор 3 и конденсатор 4, в два других плеча - катушка 5 индуктивности и катушка 6 индуктивности, в одну из диагоналей включен диод 7, а в другую диагональ включен тиристор 8, ттфисторный мост на тирииторах 9-12, дополнительны конденсатор 13. На фиг. 2 и 4 изображены сумма напряжений на конденсаторах 3 и 4 - кривая 14, напряжение на одном из конденсаторов 3 и 4 -кривая 15, ток в одной из катушек 5 или 6 - кривая 16, напряжение на конденсаторе 13 - кривая 17. Генератор импульсов тока (фиг. 1) работает следующим образом. В исходном состоянии от источника 1 течет ток 3 заряда конденсаторов 3 и 4 через катушки 5 и 6. Принимаем напра& ление его в катушках 5 и 6 отрицательным. Конденсаторы 3, 4 и 13 заряжены до требуемого уровня напряжения. Конденсатор 13 может быть заряжен или от постороннего источника или путем предварительного отпирания тиристоров 9 и 10 также от источника 1 через зарядную цепь 2. В момент времени t р (фиг. 2) открывается тиристор 8 и конденсаторы 3 и 4 подключаются к катушкам 5 и 6 соответственно. При этом ток в катушках 5 и 6 уменьшается по абсолютной величине, а напряжение на конденсаторах 3 и 4 уве-личивается. В момент t ток в катушках 5 и 6 падает до нуля, а напряжение на конденсаторах 3 и 4 максимально, а затем после момента 11 напряжение на конденсаторах 3 и 4 уменьшается, а ток в катушках 5 и 6 увеличивается. В момент времени t(, когда конденсаторы 3 и 4 еше раз разрядились, включаются тиристоры 9 и 10 и тиристор 8 задирается, так как к нему в обратном напра&лении прикладывается напряжение на конденсаторе 13. При этом ток катушки 5 замыкается по цепи катушка 5 - конденсатор 3 - тиристор 10 конденсатор 13 - тиристор 9 - катушка 5, а ток катушки 6 по цепи катушка 6 - тиристор 1О - конденсатор 13 - тиристор 9 конденсатор 4 - катушка 6. Конденсатор 13 разряжается суммарным током кату- . шек 5 и 6. В момент t т он полностью разряжается и к тиристору 8 начинает прикладываться положительн е напряжение перезаряжаюшегося конденсатора 13. При перезаряде конденсатора 13 напряжение на конденсаторах 3 и 4 продолжает уменьшаться. В момент -fc 4 конденсатор 13 перезаряжается до нагфяжения, равного сумме нахфяжений на конденсаторах 3 и 4. При этом открывается диод 7 и ток катушки 5замыкается по цепи катушка 5 - диод 7 - конденсатор 4 - катушка 5, а ток катушки 6 - по цепи катушка 6 - конденсатор 3 - диод 7 - катушка 6. Энергия, запасенная в магнитных полях катушек 5 и 6, рекуперирует в конденсаторы 3 и 4 соответственно. Ток через тиристоры 9 и Ю прекрашается и они запираются. Конденсатор 13 остается перезаряженным до следующего цикла формирования импульса тока в катушках 5 и 6индуктивностей. В течение процесса рекуперации через диод 7 протекает ток, равный сумме токов в катушках индуктивностей и входного тока источника 1. В момент времени tg ток в катушках 5 и 6 меняет направление. В момент времени t/, ток в каждой катушке 5 и 6 достигает половины входного тока и диод .7 запирается. До м-омента t 7 конденсаторы 3 и 4 заряжаются постоянным по величине током, равным половине ЕКОДНОГО тока от источника 1. В момент t-f схема,возвращается в исходное состояние и снова открывается тиристор 8, формируя следующий импульс тока в катушках 5 и 6. Зацирание тиристора 8 производится включением тиристоров 11 и 12. В остальном схема работает аналогично. От момента включения тиристоров 9, 1О или 11, 12 зависит степень разряда конпйнсатооов 3 и 4, т.е. величина вводимой в катушки 5 и 6 энергии в течение импульса тока, а следовательно, и ЕЫХОДная мощность генератора.1 Генератор импульсов тока (фиг. 3) работает следующим образом. В исходном состоянии конденсаторы 3, 4 и 13 заряжены до требуемого уровня напряжения с полярностью, показанной 2Ц на фиг. 3| а через катушки 5 и 6 протекает ток заряда конденсаторов 3 и 4 величиной 0/0.- сопла 2, зависящей от потребляемой генератором мощности. В момент времени to (фиг. 4) включается ти-25 ристор 8 и конденсаторы 3 и 4 начинают разряжаться на катушки 6 и 5 соответственно. При этом ток в катушках 5 и 6 увеличивается, а напряжение на конденсаторах 3 и 4 уменьшается. В момент t., когда конденсаторы 3 и 4 еще не разрядились, включаются тиристоры 9 и 10 и тиристор 8 запирается, так как к нему в обратном направлении прикладывается напряжение на конденсаторе 13, При этом ток катушки 5 замыкается по цепи катушка 5 - конденсатор 4 - тиристор 1О конденсатор 13 - Т1фистор 9 - катушка 5 а ток катушки 6 - по цепи катушка 6 .тиристор 10 - конденсатор 13 - тиристор 9 - конденсатор 3 - катушка 6. Конденсатор 13 разряжается суммарным током катушек 5 и 6. В момент t напряжение на конденсаторе 13 становится равным нулю и к тиристору 8 начинает прикладываться положительное напряжение перезаряжающегося конденсатора 13. При перезаряде конденсатора 13 напряжение на конденсаторах 3 и 4 продолжает уменьшаться. В момент 17 конденсатор 13 перезаряжается до напряжения, равного сумме напряжений на конденсатоpax 3 и 4. При этом открьгеается диод 7 и TQK катушки 5 замыкается по цепи катушка 5 - диод 7 - конденсатор 3 катушка 5, а ток катушки 6 - по цепи катушка 6 -конденсатор 4 - диод 7 - ка тушка 6, Энергия, запасенная в магнитных полях KaTjTueK 5 и 6, рекуперирует 924 5 10 366 в конденсаторы 3 и 4 соответственно. Ток через тиристоры 9 и 10 прекращается и они запираются. Конденсатор 13 остается перезаряженным до момента коммуташга в следующем цикле формирования импульса тока в катушках 5 и 6. В течение процесса рекуперации через диод 7 протекает ток, равный разности токов в нагрузке и входного тока JQ источника 1. В момент fc эти токи сравниваются по величине и конденсаторы 3 и 4 заряжаются постоянным током 1)0/2 через катушки 5 и 6 соответственно. Напряжение на конденсаторах 3 и 4 линейно возрастает, а в цепи катушек 5 и 6 течет постоянный по величине ток Зд /2. В момент Ьд напряжение на конденсаторах 3 и 4 возрастает до первоначального значения и схема возвращается в исходное состояние. Для формирования следующего импульса тока в нагрузке открывается снова тиристор 8, а для его запирания открываются тиристоры 11 и 12, В остальном схема работает аналогично. По сравнению с прототипом КПД предлагаемого генератора вьпле, так как в нем нет потерь энергии на обмотке дросселя насыщения, обтекаемой суммарным током нагрузочных катушек индуктивности. Наличие узла искусственной коммутации Т1фистора 8 позволяет регулировать степень разряда конденсаторов 3 и 4. При этом регулируется величина вводимой в нагрузочные катушки 5 и 6 энергии, следовательно, регулируется выходная мощность генератора, что выгодно отличает предлагаемый генератор от прототипа. Кроме этого, в момент запирания тиристора 8 к нему прикладывается полное напряжение конденсатора 13, уменьшающееся значительно медленнее по сравнению с нахфяжением на тиристоре у прототипа. При этом время для восстановления управляемости тиристора 8 существенно увеличивается, что позволяет повысить верхний предел рабочей частоты предлагаемого генератора импульсов тока по сравнению с прототипом, В генераторе импульсов тока (фиг. 1) входной ток источника 1, заряжакшшй конденсаторы 3 и 4, для компенсации потерь в-теч«1ие импульса тока протекает по катушкам 5 и 6 в направлеюш, обратном току разряда конденсаторов 3 и 4 во время формирования нарастающей части импульса тока. Это приводит к тому, что постоянная составлякицая тока в каушках 5 и 6 уменьшается на величину тока заряда конденсаторов 3 и 4, равного половине входного тока источника 1. Поэтому предлагаемый генератор наиболее целесообразно использовать для питания потребителей индукционного деистВИЯ, у которых выходной эффект опреде, ляется только величиной перемешюй составляющей. Примнем таких потребителей могут быть .индукционно-динамические преобразователи, индукторы установок нндукциоцного нагрева и т.п. У них выходной эффект не зависит от величины постоянной составляющей в пределах линейности этих систем. , В генераторе импульсов тока (фиг. 3) ток заряда конденсаторов 3 и 4, протекая по катушкам 5 и 6 в том же направлении, что и ток их разряда при включении тиристора 8, увеличивает амплитуду тока в нагрузочных катушках 5 и 6. Входной ток источника 1 питания при этом не изменяется. Это повышает эффективность использования предлагаемого /генератора гфи питании потребителей импульсной МОЩНОСТИ, у которых выходной эффект зависит от амплитуды тока, например Tsno- .вые электромагниты. При питании от данного генератора обмоток магнитострикционньхх Излучателей также йовЬ1Шается эф фективность использования. В этом случае отпадают надобность в дополнительном источнике постоянного тока, создмощим дополнительную постоянную составляющую тока. В генераторе импульсов тока мощностью 1 кВт на частоту следования импульсов тока 5ОО.,.2000 имп/с ислользовались катушки 5 и 6 индуктивностью 0,50710 Г; конденсаторы 3, 4, 13 МБГП 1 - 5О - 300 В и МБГП 1 - 30 . 300 В} тиристоры 8, 9, 10, 11,12 ТЧ40, 4 кл; диод 7 ВЛ25, 4 клГ источник питания 1 - неуправляемый однофазный двухполупериодный выпрямитель на диодах Д2ОЗ. Формула изобрет е н и я Генератор импульсов тока, содержащий источник постоянного тока, зарядную цепь, мостовую схему, в два противоположных плеча которой включены конденсаторы, в два других плеча - катушки индуктивности, в одну из диагоналей мостовой схемы включен диод, а в другую - тиристор, отлич ающи. йся тем, что, с целью повышения частоты и КПД, введен тиристорныЙ мост, в одну диагональ которого включен дополнительный конденсатор, а во вторую диагональ - тиристор мостовой схемы, источник постоянного тока через зарядную цепь включен в од- ну из диагоналей мостовой схемы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Луконин Е. И., Семенов В. Д., Фурман Э. Г. Импульсная схема возбуждения электромагнита ускорителя. - Приборы и техника эксперимента, 1974, № 6, с. 17-19. 2. Авторское свидетельство СССТ № 693535, кл. Н 03 К 3/53, 1978 (прототип).