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

(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТСЖА Изобретение относится к устройствам преобразования энергии постоянного в энергию переменного тока и предназначен дпя импульсного возбуждения активноиндуктивных нагрузок, в частности инаук торов электротермических установок и магнитострикторов. Известны генераторы Импульсов тока, используемые в электротехнических устройствах для импульсного возбуждения активно-индуктивной нагрузки. Генератор импульсов тока содержит зарядное устройство, состоящее из источников питания и блока умножения напряжения, накопительный конденсатор, тиристоры и диоды, подключающие накопительный ковденсатор к активно-индуктивной нагрузке и обеспе- чивакщие рекуперацию избыточной энергии из нагрузки и контуры искусственного выключения тиристоров Недостатком такого генератора является низкий диапазон рабочих частот, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и характеру протека ния элек громагни гных процессов являе гея генератор, содержащий зарядное устройсг. во, состоящее из источника питания и сглаживающего дросселя, накопительный конденсатор, рабочие тиристоры, первый из которых подключён анодом к положительному электроду накопительного конденсатора, а катодом к первому зажиму нагрузки, а второй - катодом к отрицательному электроду накопительного конденсатора, а «анодом - ко второму аажиму нагрузки, отсекающие диоды, анод первого из которых подключён ко второму зажиму нагрузки, отсекающие диопы, анод первого из которых подключён ко второму зажиму нагрузки, а катод к положительному электроду накопительного конденсатора, аноц второго подключён к отрицательному электроду HaKoimTenbHcro конденсатора, а катод - к первому зажиму нагрузки, две цепи искусственной коммутации, каждая из которых состоит на последовательно соединенных коммутирующего тиристора и комгЛу тирующего конденсатчзра, подключенные параллель; но каждому из рабочих тиристюров, и дво цепи подготовитепьного переаарада, поакшочённые параллельно каждому из коммутирующих конденсаторов 2.1. Для генератора импульсов тока прису коНебательный х арактер переходных процес.сов напряжения на конденсаторах, а со ответственно и на других элементах схе M;I, Уровень этих переходных процессов в генераторе т в 1,5 - 2 раза превосходить установившиеся значения. Это заставляет выбирать полупроводниковые приборы с более высоким классом напряжения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генератора за счёт повышения коммутационной устойчивости генератора. Поставленная цель достигается тем, что в генераторе импульсов тока, содержащем источник питания, накопительный конденсатор, подключённь1й к источнику через входной дроссель и диод, рабочие тиристоры, первый из которых подключен анодом, а второй катодом к накопительно му конденсатору, нагрузку, подключённую первым зажимом к катоду первого и вторым зажимом к аноду второго рабочих тиристоров, отсекающие диоды, первый и которых подключён анодом к втч$)ому зажиму нагрузки,а второй - катодом к первому зажиму нагрузки, коммутирующи конденсаторы, подключённые параллельно каждому рабочему тиристору через комцутирукдцие тиристоры и перезарядные цепи, каждая из которых состоит из последовательно включенных вспомогательного тиристора и дросселя, подключенных параллельно коммутирующим ковденсатораМ вкодной дроссель снабжён дополнительно обмоткой, первый вывод которой через дополнительный диод, а второй вывод че- рео дополнительный конденсатор соединены с катодом второго рабочего тиристора, а точка соединения дополнительного конденсатора и второго вывода дополнительной обмотки подключена положительному зажиму источника питания. При этом первый вывод дополнительной обмотки соедине а с катодом допопнительного диода, причем дополнительная обмотка магнитно-встре связана, с вхолным дросселем. На фиг, 1 приведена принципийльная электрическая схема предлагаемого ге- нератора импульсов тока} на фиг, 2 временные диаграммы токов и напряж ,ния на элементах генератора в течение одного периода работы генератора; на фиг, 3 - огибающие значений напряжений на конденсаторах и входного тока в начале каждого периода и времени, предоставляемого рабочим тиристором на восстановление своих управляющих свойств в зависимости от количества периодов работы генератора. Генератор импульсов тока содержит зарядное устройство, состоящее из источника питания и дросселя 2 накопительный конденсатор 3, подключенный к источнику 1 питания через дроссель 2, К выходным зажимам источника 1 питания ния подключен конденсатор 4, К положительному зажиму источника 1 питания подключена цепь из соединенных последовательно дополнительной обмотки 5 и диода 6, анод которого подключен к отрицательному зажиму источника питания, а дополнительная обмотка 5 магнитно-перекрёстно связана с дросселем 2. Последовательно с дросселем 2 подключен диод 7, который подсоединяется катодом к накопительному конденсатору 3. Кроме того, генератор импульсов тока содержит рабочие тиристоры 8 и 9, первый из которых подключается анодом, а второй катодом к накопительному конденсатору 3, нагрузку 10, подключенную . первым зажимом к катоду первого и вторым зажимом к аноду второго рабочих тиристоров 8 и 9, отсекающие диоды 11 и 12, первый из которых подключен анодом ко второму зажиму нагрузки 10, а катодом - к положительному зажиму источника 1 питания, Втфой отсекающий диод 12 соединен катодом с первым зажимом нагрузки 10, а анодом с отрицательным зажимом источника 1 питания, Коммутирукяцие конденсаторы 13 и 14 подключены параллельно каждому рабочему тиривтору 8 и 9 через коммутирукицие тиристоры 15 и 16. П аллельно каждому из коммутирующих конденсаторов 13 и 14 подключена перезарядная цепь. Каждая перезарядная цепЬ-;С(жтоит из последовательно включенных соответственно вспомогатепь9ьрс тиристоров 17 и 18 и дросселей 19 и 20. Емкость каждого из коммутирующих конденсаторов 13и14вЗ-10 р меньше емкости накопительного конденсатора 3. Индуктивность дросселя 2 в 2О - 30 раз больше индуктивности нагрузки 10, Количество витков дсаюлнительной обмотки 5 в 1,5 - 5 раз больше количества витков дросселя 2, Кривая 21 (фиг.2) изображает изменение тока в нагрузке 10, кривая 22 напряжение на накопительном конденсаторе 3, а кривая 23 - на одном из коммутирующих конденсаторов 13 и 14 во время одного периода работы генератора Кривая 24 (фиг. 3) изображает зависиjMocTb начальных значений напряжений на на I копительном конденсаторе 3 от количества периодов работы генератора, кривая 25 - зависимость начальных значений напряжений на коммутирующем конденсаторе 13 и 14 от количества периодов работы генератора, кривая 26 аависимость то ка в дросселе 2 от количества периодов .работы генератора, кривая 27 зависимость значений времени, предоставляемого схемой для восстановления управляющих свойств рабочих тиристоров 8 и 9 от количества периодов работы генератор Генератор импульсов тока каждый период работает следующим образом. При подаче управляющих импульсов на рабочие тиристоры 8 и 9, накопительный конденсатор 3 разряжается на нагрузку 10.В момент времени t (фиг.2), когда напряжение на накопительном конденсаторе 3 уменьщается, но еще сменяет по- лярность, подаются импульсы управления на коммутирующие тиристоры 15 и 16 цепей искусственной KONfMyTauHH. Рабо. чие трфисторы 8 и 9 выключаются и коммутирующие тиристоры 15 и 16 и пе рехватывают ток нагрузки 1О. К рабочим тиристорам 8 и 9 прикладывается отрица тельное напряжение коммутирующих конденсаторов 13 и 14, Под действием тока нагрузки 1О коммутирующие конден- саторы 13 и 14, имеющие емкость мень шую, чем емкость накопительного конденсатора 3, быстро перезаряжаются. Отрицательное напряжение прикладывается к рабочим тиристорам 8 и 9 в течение времени Ьр, разряда коммутирующих конденсаторов 13, 14 до нуля. После изменения полярности напряжения на коммутирующих конденсаторах 13 и 14 меняется полярность напр жения на нагрузке 1О. В момент i4{Фиг.2) когда напряжение на нагрузке 1О становится равным по абсолютной величине напряжению на выходе источника 1 питания, открываются отсекающие диоды 11,12 и пврехватыва1бт док нагрузки 10. Коммутирующие тиристоры 15 и 16 запираются и напряжение на каждом из коммутирукяцих конденсаторов 13, 14 отсекается на уровне, равном напряжениюс,.), О) где UcHmin напряжения на накопительном конденсаторе В в момент отсечки| F - напряже1те источника 1 питания. Эпектромагнитная.энергия нагрузки 10 рекомендуется в конденсатор 4 на выходе источника 1 питания, а из источника питания 1 через дроссель 2 поступает энергия в накопительный конденсатор 3. После уменьшения тока нагрузки 1О до нуля отсекающие диоды 11,12 запираются. От схемы управления включаются тиристоры 17 и 18 цепей подготовительного перезарада, коммутирук щие конденсаторы 13 и 14 перезаряжаются и полярность напряжения на них становится первоначальной . В следующем периоде работа генератора повторяется. Перед пуском генератора конденсаторы 3 и 4 заряжены до напряжения источника 1 питания и ток в дросселе 2 отсутствует. Каждый из конденсаторов 13 и 14, как правило, также заряжен до на- пр5гжения источника 1 питания. При пуске генератора ток в дросселе 2, индуктивность которого значительно превышает индуктивность нагрузки 1О, нарастает не мгновенно, а за несколько п&риодов работы генератора. При токе в дросселе. 2 меньще установившегося, начальное напряжение на накопительном конденсаторе 3 в каждый следукяций период работы уменьшается (кривая 24). Уменьшается начальное напряжение , и на каждом из коммутирующих конденсаторов 13 и 14 (кривая 25), но в гораздо меньшей степени, так как согласно вьфажению (1) на уровень напряжения отсекаемого на коммутирующем конденсаторе 13 и 14 оказывает влияние не только меняющееся в зависимости от периода нагфяжениеи у,, но и постоянное напряжение источника 1 питания. Напряжение UcHwiviHa накопительном конденсаторе 3 в момент запирания коммутирующих конденсаторов 13 и 14 всегда меньше напряжения источника 1 питания, поэтому уровень начального напряжения на коммутирующих конденсаторах 13 и 14 в предлагаемом генераторе выше, чем у известного. Увеличе ние напряжения на коммутирующих конденсаторах 13 в 14 увеличивает время 794 tp,, предоставляемое схемой, рабочим тиристором 8 и 9 на восстановление своих управпякяцгос свойств. Время -Ьр, в переходном режиме при пуске предлагаемого генератора больше, чем в установившемся режиме. По мере нарастания входного тока (фиг.З, кривая 26) напр5гжение на накопительном конденсаторе 3 в начале каждого последующего периода работы генератора возрас- тает по колебательному закону (фиг.З, кривая 24). При напряжении на накопительном конденсаторе 3 большем, чем напряжение источника 1 питания, к концу входного дросселя 2 со стороны накопительного ковденсатора 3 прикладывается положительное напряжение. Соотношение витков дросселя 2 и дополнительной обмотки 5 выбраны таким образом, что при опре- деленном уровне напряжения на накопительном конденсаторе 3 открывается диод 6 и входной ток перехватывается в цепь диод 6 - конденсатор 4. Диод 7 пр этом препятствует возникновению сквоз- ного разряда накопительного конденсатор 3 на конденсатор 4. , Уровень напряжения накопительного конденсатора 3, при котором отпирается диод 6, выбран несколько выше максимал ного напряжения, которое бывает на накопительном конденсаторе 3 в установившемся режиме. При рекуперации энергии из дросселя 2 в ко1щенсатор 4 источник 1 питания отключается. Генератор в это время продолжает работать (фиг.З, период 8), напряжение на накопительном конденсаторе 3 понижается и, когда оно становится меньше напряжения на конденсаторе 4, открывается диод 7 и конден- сатор 4 через дроссель 2 начинает отдавать свою энергию в накопительный конденсатор 3. При отпирании диода 7 диод 6 запира ется. Источшш I питашгя (обьтно это не- управляемый выпрямитель) продолжает оставаться в запертом состоянии до тех пор, пока его выходное напряжение не сравняется с напряжением на конденсаторе 4. Отключение источника 1 питания от генератора стабилизирует ток в дросселе 2 и напряжение на накопительном конденсаторе 3 на уровне, который они имеют в установившемся режиме. Обычно до выхода на установившийся режим происходит неск(1пько перехватоЬ тока дросселя 2 в цепь конденсатор 4 - диод 6, Длительность работы диода 6 и обмотки 5 значительно меньше длительности рабо О ты остальных элементов генератора, по этому обмотка 5 наматывается из сравнительно тонкого провода, а диод 6 выбирается на небольшой средний ток. Преимущество предлагаемого генератора состоит в том, что время, предоставляемое схемой для восстановления управляющих свойств рабочих тиристоров, в предлагаемом генераторе выше, чем в известном, следовательно, и коммутационная надежность генератора будет большей. Это позволяет использовать генератор импульсов тока при более высокой частоте возбуждения с нагрузкой, параметры которой могут меняться в широких пределах, что значительно расширяет функциональные возможности генератора. Кроме того, в рассматриваемом генераторе значительно уменьшается максимальное напряжение на элементах схемы, уменьшение максимального напряжения приводит к снижению стоимости, веса и габаритов генератора, которые компенсируют появление добавочных элементов. изобретения i. Генератор импульсов тока, содержащий источник питания, накопительный конденсатор, подключенный к источнику питания через входной дроссель и диод, рабочие тиристоры, первый из которых подключен анодом, а второй катодом к накопительному конденсатору, нагрузку, подключенную первым зажимом к катоду первого и вторым зажимом к аноду второго рабочих тиристоров, отсекающие диоды, первый из которых подключен анодом к второму зажиму нагрузки, а второй - катодом к первому зажиму нагрузки, коммутируюш;ие конденсаторы, подключенные параллельно каждому рабочему тиристору через коммутирующие тиристоры и перезарядные цепи, каждая из которых состоит из последовательно включенных вспомогательного тиристора и дросселя, подключенных параллельно коммутирующим конденсаторам, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, входной дроссель снабжен дополнительной обмоткой, первый вывод которой через дополнительный диод, а второй вывод через дополнительный конденсатор соединены с катодом второго рабочего тиристора, а точка соединения дополнительного конденсатора и второго вывода дополнительной обмотки подключена к положительному зажиму источника питания. 99402 2. Генератор по п. 1, отличающ и и с я тем, что, первый вывод дополнительной обмотки соединен с катодом дополнительного диода, причем дополнительная обмотка магнитно-встречно связана с входным дросселем. 0,10 Источники информации, принятые до внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР М 447816,кл.НОЗКЗ/53,опублик.1974. 2.Авторское свидетельство СССР №171943,кл.Н05Н13/04,опублик.1965.