RU2153762C1 - Method of formation of high-power current pulses in low- resistance load and device for its implementation - Google Patents
Method of formation of high-power current pulses in low- resistance load and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2153762C1 RU2153762C1 RU99102518A RU99102518A RU2153762C1 RU 2153762 C1 RU2153762 C1 RU 2153762C1 RU 99102518 A RU99102518 A RU 99102518A RU 99102518 A RU99102518 A RU 99102518A RU 2153762 C1 RU2153762 C1 RU 2153762C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- transformer
- capacitor
- primary winding
- turns
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к силовой электронике и может использоваться в устройствах испытания автоматических выключателей. The invention relates to power electronics and can be used in circuit breaker testing devices.
Известен способ формирования мощных импульсов тока, предполагающий применение трансформатора с нагрузкой во вторичной обмотке. Способ состоит в том, что первичную обмотку трансформатора подключают к питающей сети переменного тока в произвольный момент времени, то есть без синхронизации с напряжением питающей сети [1]. A known method of generating powerful current pulses, involving the use of a transformer with a load in the secondary winding. The method consists in the fact that the primary winding of the transformer is connected to the AC mains at an arbitrary time, that is, without synchronization with the voltage of the mains [1].
Однако известный способ характеризуется потреблением от питающей сети большого тока. However, the known method is characterized by the consumption of high current from the mains.
Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является способ, предполагающий применение трансформатора с нагрузкой во вторичной обмотке, характерный тем, что первичную обмотку трансформатора подключают к питающей сети по истечении заданного промежутка времени после прохождения напряжения питающей сети через ноль, то есть с синхронизацией с напряжением сети [2, 3]. Closest to the proposed in its technical essence is a method involving the use of a transformer with a load in the secondary winding, characterized in that the primary winding of the transformer is connected to the mains after a specified period of time after the voltage of the mains passes through zero, that is, synchronized with voltage network [2, 3].
Однако известный способ характеризуется потреблением из сети больших по амплитуде импульсов тока. However, the known method is characterized by the consumption of large amplitude current pulses from the network.
Известно устройство формирования мощных импульсов тока, содержащее трансформатор с нагрузкой во вторичной обмотке, двунаправленный ключ и источник переменного напряжения [1]. Импульсы тока нагрузки формируются при замыкании двунаправленного ключа, причем ключ замыкается в произвольный момент времени, то есть без синхронизации с напряжением источника переменного напряжения. A device for generating powerful current pulses containing a transformer with a load in the secondary winding, a bi-directional switch and an AC voltage source [1]. The load current pulses are formed when the bidirectional switch is closed, and the switch closes at an arbitrary time, that is, without synchronization with the voltage of the AC voltage source.
Однако известное устройство характеризуется потреблением от источника переменного напряжения большого тока. However, the known device is characterized by consumption from an AC voltage source of large current.
Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является устройство, содержащее трансформатор с нагрузкой во вторичной обмотке, двунаправленный управляемый ключ, устройство управления и источник переменного напряжения. Импульсы тока нагрузки формируются при включении устройством управления двунаправленного ключа, причем ключ включается по истечении заданного промежутка времени после прохождения напряжения источника переменного напряжения через ноль, то есть с синхронизацией с напряжением источника переменного напряжения [2, 3]. Closest to the proposed in its technical essence is a device containing a transformer with a load in the secondary winding, a bi-directional controlled key, a control device and an AC voltage source. The load current pulses are generated when the bidirectional switch is turned on by the control device, and the switch is turned on after a specified period of time after the voltage of the AC voltage source passes through zero, that is, synchronized with the voltage of the AC voltage source [2, 3].
Однако известное устройство характеризуется потреблением от источника переменного напряжения большого тока. However, the known device is characterized by consumption from an AC voltage source of large current.
Задачей изобретения является уменьшение амплитуды импульсов тока, потребляемого от питающей сети (источника переменного напряжения). The objective of the invention is to reduce the amplitude of the current pulses consumed from the supply network (AC voltage source).
Способ реализуется устройством формирования мощных импульсов тока в низкоомной нагрузке, содержащим трансформатор с нагрузкой во вторичной обмотке, двунаправленный управляемый ключ, источник переменного напряжения, устройство управления, устройство заряда, конденсатор и второй двунаправленный управляемый ключ, причем конденсатор подключен через второй двунаправленный управляемый ключ к части или ко всем виткам первичной обмотки трансформатора, а через устройство заряда - к источнику переменного напряжения. The method is implemented by a device for generating powerful current pulses in a low-resistance load, comprising a transformer with a load in the secondary winding, a bi-directional controlled key, an alternating voltage source, a control device, a charging device, a capacitor and a second bi-directional controlled key, the capacitor being connected through a second bi-directional controlled key to a part or to all turns of the primary winding of the transformer, and through the charging device to the source of alternating voltage.
На фиг. 1 дана структурная схема устройства, которая содержит трансформатор 1, к вторичной обмотке которого подключена нагрузка 2, первый двунаправленный управляемый ключ 3, первый вывод которого подключен к первому полюсу источника переменного напряжения 4, а второй вывод подключен к первому или второму выводу первичной обмотки трансформатора 1, конденсатор 5, первый вывод которого подключен ко второму полюсу источника переменного напряжения 4 и к третьему выводу первичной обмотки трансформатора 1, второй двунаправленный управляемый ключ 6, первый вывод которого подключен ко второму выводу конденсатора 5, а второй вывод подключен к первому или второму выводу первичной обмотки трансформатора 1, устройство заряда 7, вход которого подключен к первому полюсу источника переменного напряжения 4, а выход подключен ко второму выводу конденсатора 5, устройство управления 8, входы которого подключены к полюсам источника переменного напряжения 4, первый выход подключен к первому управляемому ключу 3, а второй выход подключен ко второму управляемому ключу 6. In FIG. 1 is a structural diagram of a device that contains a
Устройство формирования мощных импульсов тока в низкоомной нагрузке работает следующим образом. Устройство заряда 7 предварительно заряжает конденсатор 5 до напряжения Uс, определяемого по формуле
где Uп.сети m - амплитудное значение напряжения источника переменного напряжения (питающей сети);
W1с - количество витков первичной обмотки трансформатора, к которым подключается конденсатор;
W1п. сети - количество витков первичной обмотки трансформатора, к которым подключается источник переменного напряжения (питающая сеть).A device for generating powerful current pulses in a low-impedance load operates as follows. The charge device 7 pre-charges the capacitor 5 to a voltage U s , determined by the formula
where U p. network m - the amplitude value of the voltage of the source of alternating voltage (mains);
W 1s - the number of turns of the primary winding of the transformer to which the capacitor is connected;
W 1p. network - the number of turns of the primary winding of the transformer to which an AC voltage source (mains) is connected.
После этого, при достижении напряжением источника переменного напряжения амплитудного значения, соответствующего минимальному напряжению на устройстве заряда 7, устройство управления 8 одновременно включает двунаправленные управляемые ключи 3 и 6. Ток конденсатора 5 компенсирует реактивную составляющую тока первичной обмотки трансформатора 1, и поэтому ток, потребляемый от источника переменного напряжения 4 и протекающий через двунаправленный управляемый ключ 3, оказывается значительно меньше того тока, который потреблялся бы от источника переменного напряжения в случае отсутствия конденсатора 5, второго двунаправленного управляемого ключа 6 и устройства заряда 7. After that, when the voltage of the alternating voltage source reaches the amplitude value corresponding to the minimum voltage on the charge device 7, the control device 8 simultaneously turns on the bi-directional controlled keys 3 and 6. The current of the capacitor 5 compensates the reactive component of the current of the primary winding of the
На фиг. 2 даны временные диаграммы, соответствующие формированию импульсов в нагрузке для случая, когда W1с = W1п. сети (и поэтому Uс = Uп.сети m). При этом второй вывод первого двунаправленного управляемого ключа 3 и второй вывод второго двунаправленного управляемого ключа 6 подключены к первому выводу первичной обмотки трансформатора. Использованы следующие обозначения:
Uп. сети - напряжение источника переменного напряжения (питающей сети):
Uп. сети m - амплитудное значение напряжения питающей сети;
Uс - напряжение на конденсаторе;
iп. сети - ток, потребляемый от питающей сети;
iс - ток конденсатора;
iw1 - ток первичной обмотки трансформатора (2-й вывод первичной обмотки трансформатора отключен);
iw2 - ток вторичной обмотки трансформатора;
t1 - момент времени подключения предварительно заряженного конденсатора и питающей сети к первичной обмотке трансформатора; до момента времени t1 конденсатор заряжен до амплитудного значения напряжения питающей сети, после этого момента напряжение на конденсаторе равно напряжению питающей сети.In FIG. Figure 2 shows the timing diagrams corresponding to the formation of pulses in the load for the case when W 1s = W 1p. network (and therefore U c = U p . network m ). In this case, the second terminal of the first bidirectional managed key 3 and the second terminal of the second bidirectional managed key 6 are connected to the first terminal of the primary winding of the transformer. The following notation is used:
U p. Network - voltage source of alternating voltage (mains):
U p. Network m - the amplitude value of the voltage of the supply network;
U with - voltage across the capacitor;
i p. network - the current consumed from the supply network;
i s is the capacitor current;
i w1 - current of the primary winding of the transformer (2nd output of the primary winding of the transformer is turned off);
i w2 - current of the secondary winding of the transformer;
t 1 - time point of connection of a pre-charged capacitor and mains to the primary winding of the transformer; until time t 1, the capacitor is charged to the amplitude value of the voltage of the supply network, after this moment the voltage on the capacitor is equal to the voltage of the supply network.
Сущность предлагаемого решения заключается в том, что реактивная составляющая тока первичной обмотки компенсируется током конденсатора, причем подключение предварительно заряженного конденсатора и питающей сети к первичной обмотке трансформатора именно по предлагаемому способу исключает броски тока и обеспечивает уже на начальном этапе формирования импульсов протекание токов, амплитуды которых не превышают их амплитудных значений в установившемся режиме работы. The essence of the proposed solution lies in the fact that the reactive component of the primary winding current is compensated by the current of the capacitor, and the connection of the pre-charged capacitor and the supply network to the primary winding of the transformer precisely by the proposed method eliminates current surges and ensures the flow of currents at the initial stage of pulse formation, whose amplitudes are not exceed their amplitude values in steady state operation.
Использование предлагаемого способа формирования мощных импульсов тока для нагрузки, имеющей значительную индуктивную составляющую полного сопротивления нагрузки, а также для трансформатора, имеющего значительную индуктивность рассеяния, позволяет значительно уменьшить амплитуды импульсов тока, потребляемого от питающей сети. Using the proposed method for generating powerful current pulses for a load having a significant inductive component of the load impedance, as well as for a transformer having a significant dissipation inductance, can significantly reduce the amplitudes of the current pulses consumed from the mains.
Возможность осуществления изобретения подтверждается результатами математического моделирования средствами системы схемотехнического моделирования Micro-Cap5 фирмы Spectrum Software. Моделирование выполнялось для трех вариантов соотношения количества витков W1с и W 1п. сети. Во всех вариантах частота питающей сети 50 Гц; действующее значение напряжения питающей сети 220 В (амплитудное значение 310 В); сечение железа сердечника трансформатора 50 см2; коэффициент магнитной связи трансформатора 1; индуктивность нагрузки 2 мкГн; активное сопротивление нагрузки 100 мкОм.The possibility of carrying out the invention is confirmed by the results of mathematical modeling using the Spectrum Software Micro-Cap5 circuit simulation system. Modeling was performed for three variants of the ratio of the number of turns W 1s and W 1n. network . In all cases, the mains frequency is 50 Hz; the effective value of the voltage of the mains 220 V (amplitude value 310 V); the cross section of the iron core of the transformer 50 cm 2 ; magnetic coupling coefficient of
Эквивалентная схема нагрузки состоит из соединенных последовательно указанных индуктивности и активного сопротивления. Указанные параметры соответствуют реальным значениям параметров устройств испытания автоматических выключателей. An equivalent load circuit consists of series-connected inductances and active resistances. The indicated parameters correspond to the actual values of the parameters of the circuit breaker testing devices.
Первый вариант соответствует соотношению W1с = W1п. сети (при этом Uс = Uп.сети m). Для математического моделирования использовалась схема, представленная на фиг. 3. Количество витков первичной обмотки W1с = W1п. сети = 440, количество витков вторичной обмотки W2 = 8, емкость конденсатора C = 1700 мкФ. Для конденсатора задавалось начальное напряжение, равное амплитудному значению напряжения питающей сети (310 В). Для всех вариантов схем, отличающихся соотношением количества витков первичной обмотки, ключи К1 и К2 замыкались в момент времени, соответствующий амплитудному значению напряжения питающей сети. На фиг. 4 даны временные диаграммы, соответствующие первому варианту, при прежних обозначениях. Буква "m" на диаграммах обозначает 10-3.The first option corresponds to the relation W 1s = W 1n. network (with U c = U p . network m ). For mathematical modeling, the circuit shown in FIG. 3. The number of turns of the primary winding W 1s = W 1p. network = 440, the number of turns of the secondary winding W 2 = 8, the capacitance of the capacitor C = 1700 μF. For the capacitor, the initial voltage was set equal to the amplitude value of the supply voltage (310 V). For all variants of circuits that differ in the ratio of the number of turns of the primary winding, the keys K1 and K2 were closed at a time corresponding to the amplitude value of the voltage of the supply network. In FIG. 4 shows the timing diagrams corresponding to the first option, with the previous notation. The letter "m" in the diagrams indicates 10 -3 .
Второй вариант соответствует соотношению W1с = 2W1п. сети (при этом Uс = 2Uп.сети m). Для математического моделирования использовалась схема, представленная на фиг. 5. Количества витков таковы: W1с = 880, W1п.сети m = 440, W2 = 8, емкость конденсатора C = 425 мкФ. Для конденсатора задавалось начальное напряжение, равное 2Uп.сети m (620 В). На фиг. 6 даны временные диаграммы, соответствующие второму варианту, при прежних обозначениях (ток iw1 указан на фиг. 5).The second option corresponds to the relation W 1s = 2W 1p. network (with U c = 2U p . network m ). For mathematical modeling, the circuit shown in FIG. 5. The number of turns is as follows: W 1s = 880, W 1p. Networks m = 440, W 2 = 8, capacitor capacitance C = 425 μF. For the capacitor, the initial voltage was set equal to 2U p.network m (620 V). In FIG. 6 shows timing diagrams corresponding to the second embodiment, with the previous notation (current i w1 is indicated in FIG. 5).
Третий вариант соответствует соотношению W1с = 0,5W1п.сети (при этом Uс= 0,5Uп.сети m). Для математического моделирования использовалась схема, представленная на фиг. 7. Количества витков таковы: W1с = 220, W1п. сети = 440, W2 = 8, емкость конденсатора = 6800 мкФ. Для конденсатора задавалось начальное напряжение, равное 0,5Uп.сети m (155 В). На фиг. 8 даны временные диаграммы, соответствующие третьему варианту, при прежних обозначениях (ток iw1 указан на фиг. 7).The third option corresponds to the ratio of W 1s = 0.5W 1p. Network (with U c = 0.5U p . Network m ). For mathematical modeling, the circuit shown in FIG. 7. The number of turns is as follows: W 1s = 220, W 1p. mains = 440, W 2 = 8, capacitor capacitance = 6800 uF. For the capacitor, the initial voltage was set equal to 0.5 U p.network m (155 V). In FIG. 8 shows timing diagrams corresponding to the third embodiment, with the previous notation (current i w1 is indicated in FIG. 7).
Из диаграмм фиг. 4, 6, 8 следует, что использование предлагаемого способа для всех трех вариантов соотношения количества витков уменьшает амплитуды импульсов тока, потребляемого от питающей сети, в одно и то же число раз (примерно в 7 раз). Для всех вариантов при исключении конденсатора из схемы ток, потребляемый от питающей сети, будет равен току iw1. Но при этом необходимо учитывать следующие обстоятельства. При исключении конденсатора из схемы фиг. 5 ток iw1 возрастет примерно в 2 раза при сохранении прежнего тока в нагрузке. При исключении конденсатора из схемы фиг. 7 ток iw1 уменьшится примерно в 2 раза при сохранении прежнего тока в нагрузке.From the diagrams of FIG. 4, 6, 8 it follows that the use of the proposed method for all three variants of the ratio of the number of turns reduces the amplitude of the current pulses consumed from the mains by one and the same number of times (about 7 times). For all options, when the capacitor is excluded from the circuit, the current consumed from the supply network will be equal to the current i w1 . But it is necessary to consider the following circumstances. With the exception of the capacitor from the circuit of FIG. 5, the current i w1 will increase by about 2 times while maintaining the same current in the load. With the exception of the capacitor from the circuit of FIG. 7, the current i w1 will decrease by about 2 times while maintaining the same current in the load.
Литература
1. Мусаэлян Э.С. Наладка и испытание электрооборудования электростанций и подстанций. - M.: Энергоатомиздат, 1986, с. 102-104.Literature
1. Musaelyan E.S. Adjustment and testing of electrical equipment of power plants and substations. - M .: Energoatomizdat, 1986, p. 102-104.
2. Сообщение о применении методов экспериментального определения токов К3 в электрических сетях выпрямленного переменного оперативного тока. АО "Фирма ОРГРЭС". 2. Report on the application of methods for the experimental determination of K3 currents in electric networks of a rectified alternating operational current. JSC "Firm ORGRES".
3. Комплектное испытательное устройство "САТУРН-М", "САТУРН-М1". Техническое описание, инструкция по эксплуатации, паспорт. - М.: 1993. 3. Complete test device "SATURN-M", "SATURN-M1". Technical description, instruction manual, passport. - M .: 1993.
Claims (1)
2. Устройство формирования мощных импульсов тока в низкоомной нагрузке, содержащее трансформатор с нагрузкой во вторичной обмотке, двунаправленный управляемый ключ, источник переменного напряжения и устройство управления, отличающееся тем, что в него дополнительно введены устройство заряда, конденсатор и второй двунаправленный управляемый ключ, причем конденсатор подключен через второй двунаправленный управляемый ключ к части или ко всем виткам первичной обмотки трансформатора, а через устройство заряда - к источнику переменного напряжения.1. A method of generating powerful current pulses in a low-impedance load, which consists in the fact that after a predetermined period of time after the supply voltage passes through zero, the primary winding of the transformer is connected to the mains, characterized in that at the same time as connecting the mains to the turns of the primary winding of the transformer 1n.seti W in an amount and at a time corresponding to the peak value U n.seti m mains voltage, is connected a capacitor charged to voltage U, to wrap the same obmo ki in an amount W 1c, the voltage U is selected with the relation
2. A device for generating powerful current pulses in a low-impedance load, comprising a transformer with a load in the secondary winding, a bi-directional controlled switch, an alternating voltage source and a control device, characterized in that a charge device, a capacitor and a second bi-directional controlled key are introduced into it, the capacitor connected through a second bidirectional controlled key to a part or to all turns of the primary winding of the transformer, and through a charging device to a source of alternating voltage shreds.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99102518A RU2153762C1 (en) | 1999-02-08 | 1999-02-08 | Method of formation of high-power current pulses in low- resistance load and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99102518A RU2153762C1 (en) | 1999-02-08 | 1999-02-08 | Method of formation of high-power current pulses in low- resistance load and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2153762C1 true RU2153762C1 (en) | 2000-07-27 |
Family
ID=20215667
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99102518A RU2153762C1 (en) | 1999-02-08 | 1999-02-08 | Method of formation of high-power current pulses in low- resistance load and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2153762C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115480610A (en) * | 2022-11-04 | 2022-12-16 | 国仪量子(合肥)技术有限公司 | Pulse signal conditioning circuit and electronic equipment |
-
1999
- 1999-02-08 RU RU99102518A patent/RU2153762C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115480610A (en) * | 2022-11-04 | 2022-12-16 | 国仪量子(合肥)技术有限公司 | Pulse signal conditioning circuit and electronic equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2235776C (en) | An ac-dc power supply | |
CN108463935A (en) | Two-way DC/DC converters and the method to charge from low-voltage battery to the intermediate circuit capacitor of DC/DC converters | |
EP2988404A1 (en) | Modular multilevel converter precharge | |
KR101899031B1 (en) | Testing apparatus | |
Zabihi et al. | A new family of Marx generators based on commutation circuits | |
Xia et al. | Analysis of the soft-start circuit of the high voltage power supply based on PSM technology | |
US9343996B2 (en) | Method and system for transmitting voltage and current between a source and a load | |
RU2153762C1 (en) | Method of formation of high-power current pulses in low- resistance load and device for its implementation | |
Sun et al. | Optimum design of magnetic inductive energy harvester and its AC-DC converter | |
CN116599324A (en) | Auxiliary power supply and control method | |
RU2307441C1 (en) | Method for reducing dynamic losses in electric energy transformers | |
RU2558693C2 (en) | Power generation method and inductance oscillator for its implementation | |
RU2707699C1 (en) | Method for recuperation of electric power and device for its implementation | |
RU149004U1 (en) | HIGH VOLTAGE ELECTRICAL EQUIPMENT TEST DEVICE | |
CN106163070A (en) | A kind of high current ion source arc power | |
Panchal et al. | Short Distance Wireless Power Transfer for Small Devices | |
RU88163U1 (en) | DEVICE FOR TESTING SUPERFAST OPERATING CURRENT LIMITING INSTRUMENTS AND SUPERFAST OPERATING EMERGENCY PROTECTIONS WITH SHORT CIRCUITS | |
CN101860225A (en) | Alternating current inversion type pre-charging circuit for high-voltage frequency converter and control method thereof | |
Luo et al. | Transient responses of switching mode power supplies under a lightning surge | |
SU1728948A1 (en) | Controlled ac voltage-to-ac voltage converter | |
RU2007828C1 (en) | Rectifier | |
RU2421903C1 (en) | GENERATOR BY MR KI GUTIN AND MR SA TSAGAREYSHVILI OF INPUT OF SIGNAL CURRENTS TO 0,4 kV THREE-PHASE POWER TRANSMISSION LINE AS PER "PHASE-PHASE" DIAGRAM WITH "PHASE-PHASE" POWER SOURCE | |
Xia et al. | Research of the soft start circuit for the high voltage power supply based on PSM technology | |
SU1608595A1 (en) | Method and apparatus for testing induction apparatus for electrodynamic resistance in case of short-circuit | |
EP3772810A1 (en) | Dc link capacitor pre-charge method utilizing series boost converter |