RU140868U1

RU140868U1 - PULSE GENERATOR

Info

Publication number: RU140868U1
Application number: RU2013152273/08U
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Опре; Алексей Валерьевич Федоров; Анатолий Олегович Темников; Де Лос Сантос Алексей Рафаэолевич Гайосо
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ФЕДАЛ"
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2014-05-20

Abstract

Импульсный генератор, содержащий трехфазный трансформатор, к выходам которого подключен трехфазный выпрямитель, один вывод которого соединен с первым зажимом индуктивного накопителя, а второй вывод подключен к общей шиной, второй зажим индуктивного накопителя присоединен к потенциальным зажимам полностью управляемого ключа и нагрузки, причем вторые выводы ключа и нагрузки присоединены к общей шине, отличающийся тем, что дополнительно введены трехфазный емкостный балласт, подключенный между трехфазной сетью и трансформатором, и цепь коррекции формы импульса, состоящая из разделительного диода, последовательно с которым подключена параллельная RC-цепочка, при этом анод разделительного диода подключен к выходному зажиму индуктивного накопителя, а катод разделительного диода присоединен к потенциальному зажиму RC-цепочки, второй зажим которой присоединен к общей шине, при этом нагрузка включена параллельно ключу.A pulse generator containing a three-phase transformer, the outputs of which are connected to a three-phase rectifier, one output of which is connected to the first terminal of the inductive storage, and the second output is connected to the common bus, the second terminal of the inductive storage is connected to potential terminals of the fully controlled key and load, and the second terminals of the key and loads are connected to a common bus, characterized in that a three-phase capacitive ballast connected between the three-phase network and the transformer is additionally introduced, and a circuit pulse shape correction, consisting of an isolation diode connected in parallel with a parallel RC circuit, the anode of the isolation diode connected to the output terminal of the inductive storage device, and the cathode of the isolation diode connected to the potential terminal of the RC circuit, the second terminal of which is connected to the common bus, while the load is connected in parallel with the key.

Description

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике, в частности к силовой импульсной технике и может найти применение в импульсных системах питания нагрузок, имеющих существенно нелинейную вольтамперную характеристику, например в электроэрозионных станках, системах накачки твердотельных лазеров, диодных лазеров и т.п.The inventive utility model relates to electrical engineering, in particular to pulsed power engineering, and can find application in pulsed power supply systems of loads having a substantially non-linear current-voltage characteristic, for example, in EDM machines, pump systems of solid-state lasers, diode lasers, etc.

Известны импульсные генераторы, работающие в режиме частичного разряда емкостного накопителя (А.Б. Иванов, Л.Н. Сосновкин. Импульсные передатчики СВЧ. М., «Сов. радио», 1956, с. 413.). Такие генераторы позволяют получать импульсы прямоугольной формы и регулируемой длительности, и состоят из зарядного устройства, емкостного накопителя и полностью управляемого ключа и имеют большие массогабаритные показатели накопителя при работе на низкоомную нагрузку. В случае нагрузки, имеющей вольтамперную характеристику, близкую к противо-э.д.с. (например, лазерные диоды), незначительные изменения величины напряжения заряда накопителя приводят к существенным изменениям величины тока нагрузки, что является недопустимым.Known pulse generators operating in the partial discharge mode of a capacitive storage (A.B. Ivanov, LN Sosnovkin. Pulse transmitters microwave. M., "Sov. Radio", 1956, S. 413.). Such generators make it possible to obtain pulses of a rectangular shape and adjustable duration, and consist of a charger, a capacitive storage device and a fully controllable key and have large mass and size characteristics of the storage device when operating at low impedance load. In the case of a load having a current-voltage characteristic close to the counter-emf. (for example, laser diodes), minor changes in the magnitude of the charge voltage of the drive lead to significant changes in the magnitude of the load current, which is unacceptable.

В качестве накопителей и формирователей прямоугольных импульсов тока могут быть использованы формирующие двухполюсники в виде однородных искусственных линий (Евтянов С.И., Редькин Г.Е. Импульсные модуляторы с искусственной линией. - М., «Сов. радио», 1973, с. 6, рис. 1.1.), состоящие из зарядного устройства, формирующего двухполюсника и полууправляемого ключа. Недостатком таких генераторов являются существенные осцилляции на плоской части импульсов, большие относительные длительности фронтов импульсов, невозможность регулирования длительности импульсов и сохранения согласованного режима работы в случае нелинейных нагрузок при регулировании уровня зарядного напряжения линий.As storage devices and shapers of rectangular current pulses, forming two-poles in the form of homogeneous artificial lines can be used (Evtyanov S.I., Redkin G.E. Pulse modulators with an artificial line. - M., Sov. Radio, 1973, p. 6, Fig. 1.1.), Consisting of a charging device forming a two-terminal device and a semi-controlled key. The disadvantage of such generators is significant oscillations on the flat part of the pulses, large relative durations of the pulse fronts, the impossibility of controlling the pulse duration and maintaining a consistent mode of operation in the case of non-linear loads when regulating the level of charging voltage of the lines.

Для получения импульсов тока прямоугольной формы в нелинейных нагрузках предпочтительно использовать импульсные генераторы на основе индуктивных накопителей, работающих в режиме частичного разряда (А.Б. Иванов, Л.Н. Сосновкин. Импульсные передатчики СВЧ. М., «Сов. радио», 1956, с. 405.). Такие генераторы состоят из зарядного устройства, индуктивного накопителя и полностью управляемого ключа. Они являются источниками тока, в силу чего изменение параметров нагрузки несущественно влияет на амплитуду импульсов. Недостатком этих генераторов является большая величина спада плоской части импульсов, для уменьшения которой следует увеличивать индуктивность накопителя, что приводит к увеличению массогабаритных показателей генераторов и снижению их к.п.д. Следует отметить, что процесс накопления и хранения энергии в индуктивных накопителях связан с постоянным протеканием тока, приводящим к существенному снижению к.п.д. по сравнению с емкостными накопителями. Однако в тех случаях, когда используется дорогостоящая нагрузка, особо чувствительная к превышениям амплитуды импульсов тока (например, лазерные диодные сборки), вопросы повышения к.п.д. не будут определяющими, и в этом случае основной задачей является обеспечение требований, предъявляемых к форме плоской части импульсов - отсутствие выбросов и несущественный спад плоской части.To obtain rectangular current pulses in non-linear loads, it is preferable to use pulsed generators based on inductive drives operating in the partial discharge mode (A.B. Ivanov, LN Sosnovkin. Microwave pulsed transmitters. M., Sov. Radio, 1956 , p. 405.). Such generators consist of a charger, an inductive storage and a fully controllable key. They are current sources, as a result of which a change in the load parameters does not significantly affect the amplitude of the pulses. The disadvantage of these generators is the large decrease in the flat part of the pulses, to reduce which the inductance of the drive should be increased, which leads to an increase in the overall dimensions of the generators and a decrease in their efficiency It should be noted that the process of energy storage and storage in inductive drives is associated with a constant current flow, leading to a significant reduction in efficiency. compared to capacitive storage. However, in cases where an expensive load is used, which is especially sensitive to excesses in the amplitude of current pulses (for example, laser diode assemblies), issues of increasing the efficiency will not be decisive, and in this case, the main task is to ensure the requirements for the shape of the flat part of the pulses - the absence of emissions and an insignificant decrease in the flat part.

В качестве прототипа выбран источник питания для электролитно-плазменной обработки (Д.М. Лазарев, А.Р. Фаткуллин, Е.В. Парфенов, А.И. Даутов. Математическое моделирование процессов в источнике питания для электролитно-плазменной обработки. Вестник УГАТУ. Управление, ВТ и И, Уфа, УГАТУ, 2008. Т. 10, №2 (27). С. 131-141), являющийся импульсным генератором и содержащий силовой трансформатор, трехфазный выпрямитель, индуктивность и ключ вольтоповышающего широтно-импульсного регулятора, накопительный конденсатор и силовой ключевой элемент. Недостатком данного устройства является то, что импульс тока в существенно нелинейной нагрузки формируется от емкостного накопителя. При этом в случае нагрузки с нелинейной вольтамперной характеристикой, представляющей собой противоэ.д.с. с последовательно включенным дифференциальным сопротивлением, небольшая нестабильность напряжения накопителя приводит к существенным изменениям тока нагрузки, что для целого ряда нагрузок неприемлемо.A power source for electrolyte-plasma treatment was selected as a prototype (D.M. Lazarev, A.R. Fatkullin, E.V. Parfenov, A.I. Dautov. Mathematical modeling of processes in a power source for electrolyte-plasma processing. Vestnik USATU Management, VT and I, Ufa, USATU, 2008. T. 10, No. 2 (27). P. 131-141), which is a pulse generator and contains a power transformer, a three-phase rectifier, inductance and a key of a voltage-boosting pulse-width regulator, storage capacitor and power key element. The disadvantage of this device is that a current pulse in a substantially non-linear load is generated from a capacitive storage. Moreover, in the case of a load with a nonlinear current-voltage characteristic, which is a counter-emf. with differential resistance connected in series, a small instability of the drive voltage leads to significant changes in the load current, which is unacceptable for a number of loads.

Технический результат, на получение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в улучшении формы импульса тока в нелинейной нагрузке при работе импульсного генератора в режиме частичного разряда индуктивного накопителя и в обеспечении питания таких нагрузок от источника тока, что практически исключает нестабильность амплитуды импульсов при изменениях сопротивления нагрузки.The technical result, which is claimed by the claimed utility model, is to improve the shape of the current pulse in a non-linear load when the pulse generator is in the partial discharge mode of the inductive storage and to provide power to such loads from the current source, which virtually eliminates the instability of the pulse amplitude when the load resistance changes .

Сущность технического решения заключается в том, что импульсный генератор, содержащий трехфазный трансформатор, к выходам которого подключен трехфазный выпрямитель, один вывод которого соединен с первым зажимом индуктивного накопителя, а второй вывод подключен к общей шиной, второй зажим индуктивного накопителя присоединен к потенциальным зажимам полностью управляемого ключа и нагрузки, а вторые выводы ключа и нагрузки присоединены к общей шине, причем дополнительно введены трехфазный емкостный балласт, подключенный между трехфазной сетью и трансформатором и цепь коррекции формы импульса, состоящая из разделительного диода, последовательно с которым подключена параллельная RC-цепочка, при этом анод разделительного диода подключен к выходному зажиму индуктивного накопителя, а катод разделительного диода присоединен к потенциальному зажиму RC-цепочки, второй зажим которой присоединен к общей шине, при этом нагрузка включена параллельно ключу.The essence of the technical solution lies in the fact that the pulse generator containing a three-phase transformer, the outputs of which are connected to a three-phase rectifier, one terminal of which is connected to the first terminal of the inductive storage device, and the second output is connected to the common bus, the second terminal of the inductive storage device is connected to potential terminals of a fully controllable key and load, and the second conclusions of the key and load are connected to a common bus, moreover, a three-phase capacitive ballast connected between a three-phase the mains and the transformer and the pulse shape correction circuit, consisting of an isolation diode connected in parallel with a parallel RC circuit, while the anode of the isolation diode is connected to the output terminal of the inductive storage, and the cathode of the isolation diode is connected to the potential terminal of the RC circuit, the second terminal which is connected to a common bus, while the load is connected in parallel with the key.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого импульсного генератора.In FIG. 1 presents a diagram of the inventive pulsed generator.

На фиг. 2 - временные зависимости токов импульсного генератора.In FIG. 2 - time dependences of the currents of a pulse generator.

Импульсный генератор (фиг. 1) содержит трехфазный емкостный балласт 1, подключенный к первичным обмоткам трехфазного трансформатора 2, вторичные обмотки которого подключены к трехфазному выпрямителю 3, выход которого соединен с индуктивным накопителем L, ко второму зажиму которого присоединен один вывод полностью управляемого ключа S, вывод нагрузки R_H и анод разделительного диода D корректирующей цепи 4, к катоду которого присоединена параллельная цепочка, состоящая из корректирующей емкости C_K и резистора R_K, а вторые выводы ключа S, нагрузки R_H и корректирующей цепи 4 присоединены к общей шине.The pulse generator (Fig. 1) contains a three-phase capacitive ballast 1 connected to the primary windings of a three-phase transformer 2, the secondary windings of which are connected to a three-phase rectifier 3, the output of which is connected to an inductive storage device L, to the second terminal of which is connected one terminal of a fully controlled switch S, output load R _H and separating the anode of the diode D correcting circuit 4, whose cathode is connected parallel to the chain consisting of the correcting capacitance C _K and resistor R _K, and the second terminals S, HEAT key ki R _H and correction circuit 4 are connected to a common bus.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Величина тока индуктивного накопителя L определяется параметрами емкостного балласта 1 и коэффициентом трансформации трансформатора 2. Ток накопителя L через замкнутый ключ S, время включенного состояния которого определяется величиной паузы импульсного режима, а время выключенного состояния - длительностью импульса тока нагрузки, возрастает за несколько первых импульсов переходного режима до номинального значения. В момент формирования импульса тока нагрузки ключ S размыкается и ток индуктивного накопителя L спадает через нагрузку и корректирующую цепь. Ток разделительного диода D определяется параметрами C_KR_K элементов корректирующей цепи 4. Как видно из фиг. 2, за время импульса ток нагрузки R_H определяется разностью токов индуктивного накопителя L и тока разделительного диода D корректирующей цепи 4, что при должном подборе параметров корректирующей цепи обеспечивает постоянство плоской вершины импульса. Следовательно, спад плоской части вершины импульса практически отсутствует, что позволяет обеспечить выполнение требований, предъявляемых к генераторам прямоугольных импульсов.The magnitude of the inductive drive current L is determined by the capacitive ballast 1 parameters and the transformer transformation coefficient 2. The drive current L through the closed key S, the on time of which is determined by the pause value of the pulse mode, and the off time by the duration of the load current pulse, increases during the first few pulses of the transition mode to the nominal value. At the time of the formation of the load current pulse, the switch S opens and the current of the inductive storage L drops through the load and the correction circuit. The current of the isolation diode D is determined by the parameters C _K R _{K of the} elements of the correction circuit 4. As can be seen from FIG. 2, during the pulse, the load current R _H is determined by the difference between the currents of the inductive storage L and the current of the isolation diode D of the correction circuit 4, which, with proper selection of the parameters of the correction circuit, ensures the constancy of the flat peak of the pulse. Consequently, the decay of the flat part of the peak of the pulse is practically absent, which allows us to ensure compliance with the requirements for generators of rectangular pulses.

Claims

A pulse generator containing a three-phase transformer, the outputs of which are connected to a three-phase rectifier, one output of which is connected to the first terminal of the inductive storage, and the second output is connected to the common bus, the second terminal of the inductive storage is connected to potential terminals of the fully controlled key and load, and the second terminals of the key and loads are connected to a common bus, characterized in that a three-phase capacitive ballast connected between the three-phase network and the transformer is additionally introduced, and a circuit pulse shape correction, consisting of an isolation diode connected in parallel with a parallel RC circuit, the anode of the isolation diode connected to the output terminal of the inductive storage device, and the cathode of the isolation diode connected to the potential terminal of the RC circuit, the second terminal of which is connected to the common bus, while the load is connected in parallel with the key.