Устройство для заряда накопительного конденсатора Советский патент 1982 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для зар;ада накопительного конденсатора генератора мощных импульсов (например, в импульсных плазменных двигателях, оптических квантовых генераторах, электрической сварке мэталлов и т.п.).

Известно устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее источник переменного напряжения, заряд которого осуществляется последовательным подключением к нему ключами через двухполупериодные выпрямители трех вторичных обмоток однофазного трансформатора 1.

Недостатком известного устройства является то, что в связи с применением, источника однофазного переменного тока понижается надежность устройства из-за динамических ударов. Кроме того устройство имеет завышенные габариты и массу, что ухудшает его удельные энергетические показатели.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для зарядки накопительного конденсатора, которое содержит источник переменного напряжения (трансформатор) с группой, преимущественно, из трех обмоток, двухполупериодные выпрямители, например диодно-конденсаторные удвоители напряжения, входные диагонали которых соединены с соответствующей обмоткой источника, а выходные - с накопительными конденсаторами, и электронный коммутатор с двухсторонней проводимостью в виде не менее чем двух яче10ек из двух включенных встречно-параллельно тиристоров, причем одинаковые выводы первой и второй ячеек соединены с концом первой и началом второй обмоток соответственно. Кроме того, в схеме устройства имеется ин15дуктивно-емкостный преобразователь (ИЕП), блок управления (БУ), а число обмоток трансформатора и двухполупериодных выпрямителей может быть равно и. При этом число ячеек элект20ронного коммутатора составляет n-lf21, Данное устройство является однофазным, потребляющим мощность, пульсирующую с двойной частотой, а также имеющим (по сравнению с трехфазным)

25 невысокие удельные энергетические показатели. Оно характеризуется .низкой надежностью, и каждый накопительный конденсатор может заряжаться лишь до одного уровня напряжения,

30 .пропорционального входному напряженшс) трансформатора. Регулирование уровней напряжения накопительного конден сатора в этом устройстве также затрудкеноf что усложняет регулирование скорости передачи энергии источника в накопитель. Цель изобретения -. повышение надежности устройства путем исключения в нем динамических ударов, а также улучшение удельных энергетических показателей устройства для заряда накопительного конденсатора и обеспе чение трех уровней напряжения заряда конденсатора, что позволяет регулиро вать скорость передачи энергии источника в накопительный конденсатор (НК). Поставленная цель достигается тем что в устройстве для заряда накопительного конденсатора, содержащем источник переменного напряжения с п обмотками, например тремя, двухполу периодные выйрямители, например диодно-конденсаторные удвоители напряжения, входные диагонали которых сое динены с соответствующей обмоткой источника, а выходные - с накопитель ным конденсатором, и электронный ком мутатор двухсторонней проводимости, состоящий из п 1 ячеек, причем одинаковые выводы первой и второй ячеек соединены с концом первой и началом второй обмоток соответственно, обмотки источникавыполнены в виде N-фазной cncTetJKif а другие выводы ячеек подсоединены к концу второй и началу третьей обмоток источника соответственно. На фиг, 1 приведена электрическая схема устройства для заряда накопительного конденсатора на фиг. 2 векторные диаграммы напряжений . Устройство содержит обмотки 1,2 и 3 источника переменного тока. К на чалу обмотки 1 подключены анод диода 4 и катод диода 5, а к концу - средняя точка последовательно соединенны конденсаторов 6 и 7. К обмотке 2, фаза которой повернута на iSO, подключены по той же схеме диоды 8 и 9 и конденсаторы 10 и 11, а к обмотке 3 - диоды 12 и 13 и конденсаторы 14 и 15, Обмотки 1-3 разобщены, а кон денсаторы 6,7 и 10, а также 11,14 и 15 .соединены параллельно. Параллельно к ним подключен накопительный конденсатор 16, емкость которого велика по сравнению с другими. За ряд конденсатора 1.6 происходит в течение большого числа периодов изменения переменного тока источника. Конденсатора б;7,10 ,11,14 ,15 и 16 через ключ 17 (или разрядник) подклю чены к генератору 18 мощных импульсо Блок 19 контроля напряжения включен параллельно конденсатору 16 и импуль сной нагрузке. Между концами обмоток 1 и 2 и началами обмоток 2 и 3 подключены соответственно встречно-параллельно тиристоры 20,21 и 22,23. Генератор 24 тактовых импульсов подает управляющие импульсы на ячейку 25 временного сдвига импульсов, выполненную, например, на кольцевом счетчике 26 и дешифраторе 27, Устройство для заряда накопительного конденсатора может иметь три режима работы. Устройство работает следующим образом. Первый режим работы устройства, при котором накопительный конденсатор 16 заряжается до двойного амплитудного значения напряжения фазы источника переменного тока. Например, напряжение в обмотке 1 равно нулю, и в следующий момент времени оно начинает возрастать в положительном направлении. Тогда через диод 4 начинает заряжаться конденсатор 6 и через 90 он заряжается до амплитудного значения напряжения обмотки 1. Вместе с конденсатором 6 (т.е. параллельно) начинает заряжаться накопительный конденсатор; 1б по цепи начало обмотки 1,-диод 4,-конденсатор 16,-конденсатор 7,-конец обмотки 1, Конденсатор 7 заряжается практически до амплитудного значения фазного напряжения, так как его емкость во много раз меньше емкости конденсатора 16. Нижняя (по схеме) обкладка конденсатора 7 имеет положительный, а верхняя - отрицательный потенциалы. Через 180° полярность напряжения в обмотке 1 изменяется на обратную. Конденсатор 7 через 90 перезаряжается (знаки показаны в скобках), а зарядный ток течет по цепи конец обмотки 1,-конденсатор 7,-диод 5,-начало обмотки 1. В это же время происходит перезаряд конденсатора 6, зарядный ток которого протекает по цепи конец обмотки 1,-конденсатор 6,-конденсатор 16,-диод 5,-начало обмотки 1. Таким образом, за период по конденсатору 16 течет ток перезаряда конденсаторов 6 и 7. Другими словами, за один период к конденсатору 16 дважды прикладываются посзледовательно соединенные заряженные до амплитудного фазного напряжения конденсаторы 6 и 7. По мере увеличения напряжения на конденсаторе 16 доля отдаваемой энергии от конденсаторов 6 и 7 снижается и становится равной нулю при полностью заряжённом конденсаторе 16, В результате накопительный конденсатор 16 заряжается до удвоенного фазного напряжения. Со сдвигом 60 начинают заряжаться по той же схеме конденсаторы 10 и 11, а через следующие бО - конденсаторы 14 и 15. Они передают свою

энергию точно так же, как и обмотка

Iв конденсатор 16.

При работе в этом режиме заряда конденсатора 16 на тиристоры 20-23 сигналы управления не подаются.

В связи с тем, что напряжения на фазных обмотках 1-3 сдвинуты на 120 энергия источника передается в конденсатор 16 без динамических ударов, неизбежных в прототипе. Это обеспечивает повышение надежности устройства за счет исключения динамических ударов.

Так как типовая мощность трехфазного источника переменного тока примерно в 1,5 раза меньше, чем у однофазного источника, используемого в прототипе, типовая мощность, габариты и масса устройства в целом уменьшаются, что улучшает его удельные энергетические показатели в комплексе.

Второй режим работы зарядного устройства, при котором накопительный конденсатор заряжается до напряжения, равного 2 Y3 Оф 2 и, где , фазное амплитудное значение напряжения.

При работе в этом режиме подается управляющий импульс на тиристор 20, которлй отпирается-и соединяет последовательно две фазные обмотки 1 и 2, с концов которых снимается линейное напряжение, используемое для заряда конденсаторов 10 и 11. При переходе линейного напряжения через нулевое значение подается импульс управления на открытие тиристора :21, поэтому заряд конденсаторов 10 и 11 происходит по двухполупериодной схеме выпрямления в течение одного периода линейного напряжения обмоток 1 и 2. Конденсаторы 10 и 11 передают свою энергию (дважды за период) конденсатору 16.

В дальнейшем процесс заряда конденсаторов 10 и 11, а также 14 и 15 повторяется до тех пор, пока конден|Сатор 16 не зар здится до заданного значения напряжения.

Следует отметить, что процесс заряда конденсатора 16 в первом и втором режимах одинаков. Как в первом, так и во втором режиме энергия в конденсаторе 16 передается от источника за счет перезарядки конденсаторов 10

IIи 14,15.

Заряд конденсатора 16 до двойного линейного напряжения требует в три раза больше энергии, чем его заряд до двойного фазного напряжения, поэтому и время для заряда кондейсатора 16 необходимо увеличить.

Третий режим работы зарядного устройства, при котором накопитель-, ный конденсатор 16 заряжается до учетверенного амплитудного фазного напряжения.

в этом режиме сигналы управления подаются на тиристоры 20-23, которые соединяют последовательно фазные обмотки 1-3, одна из которых включена встречно по отношению к двум другим. Как известно,напряжение этих обмоток равно удвоенному фазному напряжению. Заряд конденсатора 16 происходит точно таким же образом, как и в первом режиме, если представить, что три последовательно соединенных обмотки

G 1-3 фаз являются одной фазной обмоткой , которая через диоды 4 и 5 заряжает конденсаторы 14 и 15 и параллельно подсоединенный к ним накопительный конденсатор 16.

5

При прохождении положительной волны напряжения фазные обмотки 1-3 соединяются тиристорами 20 и 22, а при прохождении отрицательной волны тиристорами 21 и 23.

При работе в любом из трех режи0мов устройство характеризуется линейно падающими внешними (вольтамперными) характеристиками, проходящими параллельно друг другу. В случае необходимости изменения уровня заряд5ного напряжения конденсатора 16, а также скорости передачи энергии источника в него, в любой момент времени заряда последнего может быть осуществлен ступенчатый или плавный

0 переход с одного режима заряда на другой. При этом не только устраняются динамические удары по вгшу генератора и уменьшаются помехи другим потр.е, бителям энергии, но и обеспечивается-,

5 возможность стабилизации напряжения накопительного конденсатора.при. изменении частоты и напряжение источника. , .

Возможность регулирования скорости

0 лереда 1и энергии источника в накопительный конденсатор позволяет осуществлять его заряд как до различногр напряжения, так и до одного и того, же напряжения при различных частотах разряда, например, в сварочной, элек5троимпульсной технике обработки материалов и т.п.

Предложенная конструкция устройства обеспечивает повышение его надежности путем исключения динамических

0 ударов при передаче энергии источника в НК. Кроме того, оно имеет улучшенные удельные энергетические показатели и обеспечивает заряд накопительного конденсатора до трех различ5ных уровней напряжения, т.е. позволяет регулировать скорость передачи энергии в накопитель.

Формула изобретения

60

Устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее источник переменного напряжения с п/ мотками,- например тремя, двуХполупе