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

(Sl) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для импульсного возбуждения активно-индуктивных нагрузок, в частности индукторов установок индукционного нагрева.

Изврстен генератор импульсов тока для питания индуктивной нагрузки в виде двух гальванически несвязанных обмоток, которые представляют собой мостовую схему, в два противоположных плеча которой включены эти обмотки, в два других плеча включены накопительные конденсаторы, а в диагонали моста включены коммутирующие приборы 1.

Однако в данном генераторе регулировать выходную мощность можно только за счет изменения скважности импульсов или групп импульсов, а также изменением частоты следования импульсов или групп импульсов.

Известен генератор импульсов тока, который содержит источник постоянно-

ГО тока, к выходу которого через зарядную цепь подключен первый конденсатор, цепь из последовательно соединенных первого диода и дросселя насыщения, второй диод, мост, в два противоположных плеча которого вкгночены нагрузочные катушки индуктивности, второй и третий конденсаторы, включенные в два других плеча моста, тиристор, включенный в первую диагональ моста, причем второй диод включен во вторую диагональ моста, цепь из последовательно соединенных первого диода и дросселя насыщения включена во вторую диагональ моста через первый конденсатор 2.

Недостатком известного генератора является малое время, предоставляемое схемой для восстановления запирающих свойств тиристора, что снижает его коммутационную устойчивость. Кроме этого, известный генератор формирует в нагрузке только однополярные 39 импульсы тока, что уменьшает эффективность использования генератора в качестве источника питания установок индукционного нагрева, особенно при нагреве ферромагнитных изделий. При постоянной частоте импульсов тока в нагрузке выходная мощность не регулируется. Обмотка дросселя насыщения об текается суммарным током обеих обмоток нагрузки в течение времени разряда первого конденсатора, что вызывает его нагрев и снижает КПД генератора в целом. Цель изобретения - повышение коммутационной устойчивости и одновремен ное обеспечение возможности регулирования выходной мощности при постоянной частоте следования импульсов тока в нагрузке, а также повышение КПД и эффективности использования генератора в качестве источника питания установок индукционного нагрева. Поставленная цель достигается тем что в генератор импульсов тока, содер жащий последовательно соединенные источник постоянного тока и зарядный элемент, первый конденсатор, первый тиристор, мостовую схему, в два противоположных плеча которой включены второй-и третий конденсаторы, в два других плеча включены первая и вторая нагрузочные катушки индуктивнос.тей, в первую диагональ мостовой схе мы включен диод, введены четвертый конденсатор и второй, третий, четвер тый и пятый тиристоры, причем во вто рую диагональ мостовой схемы включены, последовательно соединенные источ ник постоянного тока и зарядный элемент, катод диода через встречно-параллельно соединенные второй и третий тиристоры подключен к первой обкладке первого конденсатора и аноду первого тиристора, катод которого че рез встречно-параллельно соединенные четвертый и пятый тиристоры подсо динен к аноду диода, а через четвертый конденсатор к первому выводу вто рой диагонали мостовой схемы, к второ му выводу которой подключена вторая обкладка первого конденсатора. На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого ге нератора; на фиг. 2 - диаграммы значений напряжений на конденсаторах, тока нагрузки и напряжения на втором тиристоре. Генератор содержит блок 1 из источника постоянного тока и зарядного 7 элемента, мостовую схему, в два противоположных плеча которой включены конденсаторы 2 и 3, в два других плеча включены нагрузочные катушки и 5 индуктивностей, которые могут быть взаимоиндуктивно связанными. В первую диагональ включен диод 6. Во вторую диагональ мостовой схемы включена цепочка из последовательно соединенных конденсатора 7j тиристора 8, конденсатора 9- Катод диода 6 соединен с анодом тиристора 8 конденсатора 9- Катод диода 6 соединен с анодом тириЪтора 8 через параллельновстречно соединенные тиристор 10 и тиристор 11. Анод диода 6 соединен с катодом тиристора 8 через параллельно - встречйо соединенные тиристор 12 и тиристор 13. Обычно конденсаторы выбираются таким образом, чтобы емкость конденсаторов 7 и 9 была меньше емкости конденсаторов 2 и 3. Кривая k (фиг. 2) изображает изменение тока в катушке 4, кривая 15 - напряжение на конденсаторе 2, кривая 16 - напряжение на конденсаторе 2, кривая 1б напряжение на конденсаторе 7, кривая - напряжение на тиристоре 10. Генератор работает следующим образом, В исходном состоянии конденсаторы заряжены до требуемого уровня напряжения. Кроме того, конденсаторы 2 и 3 подзаряжаются от источника постоянного тока через катушки и 5. При включении в момент tg (фиг, схемы управления тиристоров 10 и 12 конденсаторы 7 и 9 разряжаются соответственно на катушки и 5 После того, как напряжение на конденсаторах 7 и 9 уменьшится, но еще не достигнет нулевого значения, от схемы управления открывается тиристор 8. При этом происходит запирание тиристоров 10 и 12, и ток катушки k замыкается по контуру; катушка k - конденсатор 7 тиристор 8 - конденсатор 9 конденсатор 3 катушка А, а ток катушки 5 замыкается по контуру катушка 5 конденсатор 2 - конденсатор 7 тиристор 8 - конденсатор 9 катушка 5. При этом конденсаторы 7 и 9. успевают перезарядиться, так как их емкость меньше емкости конденсаторов 2 и 3, которые разряжаются частично (фиг. 2, кривая 15, кривая 16 время t.j,,,tij). После того, как 59 напряжение на катушках 4 и 5 станет равным напряжению на конденсаторах 2 и 3, откроется диод 6, а тиристор 8 обестомится и закроется. Ток катушек k и S перехватывается в цепь диода 6, и энергия, запасенная в них, будет рекуперироваться соответственно в конденсаторы 2 и 3. Когда ток в нагрузке уменьшится до нуля, напряже ния на конденсаторах 2 и 3 несколько увеличатся. За время перезаряда конденсаторов 7 и 9 напряжения на конденсаторах 2 и 3 уменьшатся. До своего первоначального напряжения они з ряжаются от источника постоянного то ка. через катушки ) и 5- Поэтому посл уменьшения тока до нуля, ток в каждо катушке i и 5 увеличивается в обратном направлении до величины, равной половине входного тока. Затем в рабо те генератора импульсов тока наступа ет пауза. В момент времени 14 (фиг. 2 от схемы управления включаются тирис торы 11 и 13. Конденсаторы 7 и 9 пер заряжаются через катушки и 5- При этом в них формируется полусинусоида ный импульс тока обратного знака. Ко |да ток через тиристоры 11 и 13 стане равным нулю, они запираются. После этого в работе генератора опять наступает пауза. Затем от схемы управления включаются тиристоры 10 и 12 и процесс повторяется. Предлагаемый генератор импульсов тока обладает большей, чем у прототи па коммутационной устойчивостью, так как отрицательное напряжение, запирающее тиристоры 10 и 12, прикладывается в течение всего времени перезаряда конденсаторов 7 и 9 после включения тиристора 8...,У прототипа это время составляет только часть периода разряда до нуля. Импульсы тока в нагрузке у предлагаемого генерарора разнополярны. Это повышает эффективность использования генератора в качестве источника питания установок индукционного нагрева, особенно при нагреве ферромагнитных изделий за счет повышения потерь на гистерезис. В отличие от прототипа возможно регулирование выходной мощности гене ратора при постоянной частоте импуль сов тока в нагрузке. Для этого необходимо изменение момента включения тиристора 8. Это делает удобным эксплуатацию генератора при использова7НИИ его в качестве источника питания импульсных электромеханических, например индукционно-динамических, преобразователей. Отсутствие дросселя насыщения, обмотка которого обтекается суммарным током обеих обмоток индуктивной нагрузки, уменьшает потери в генераторе, что повышает его КПД. Формула изобретения Генератор импульсов тока, содержащий последовательно соединенные источник постоянного тока и зарядный элемент, первый конденсатор, первый тиристор, мостовую схему, в два противоположных плеча которой включены второй и третий конденсато15ы, в два других плеча включены первая и вторая нагрузочные катушки индуктивности, а первую диагональ мостовой схемы включен диод, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности работы и КПД при одновременном обеспечении возможности регулирования выходной мощности при постоянной частоте импульсов тока в нагрузке, в него введены четвертый конденсатор и второй, третий, четвертый, пятый тиристоры, причем во вторую диагональ мостовой схемы включены последовательно соединенные источник постоянного тока и зарядный элемент, катод диода через встречно-параллельно соединенные второй и третий тиристоры подключен к первой обкладке первого конденсатора и аноду первого конденсатора и аноду первого тиристора, катод которого через встречно-параллельно соединенные четвертый и пятый тиристоры подсоединены к аноду диода, а через четвертый конденсатор к первому выводу второй диагонали мостовой схемы, к ВТОРОМУ выводу которой подключена вторая обкладка первого конденсатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Луконин Е.И. и др. Импульсная схема возбуждения электромагнита ус- . корителя. Приборы и техника эксперимента. 197t, W 6. с. 17-19. 2.Авторское свидетельство СССР 693535, кл. Н 03 К 3/53, 1978 (прототип).