RU2351064C1 - Способ рекуперации электрической энергии в импульсных установках и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ рекуперации электрической энергии в импульсных установках и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2351064C1 RU2351064C1 RU2007126455/09A RU2007126455A RU2351064C1 RU 2351064 C1 RU2351064 C1 RU 2351064C1 RU 2007126455/09 A RU2007126455/09 A RU 2007126455/09A RU 2007126455 A RU2007126455 A RU 2007126455A RU 2351064 C1 RU2351064 C1 RU 2351064C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- key
- capacitive storage
- capacitive
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для генерации импульсов в активно-индуктивных нагрузках. Технический результат состоит в снижении тепловых потерь при перезарядке, в получении однополярных импульсов тока, в отсутствии необходимости коммутации полярности тока дозарядки, в упрощении конструкции и схемы управления ключом. Способ рекуперации электрической энергии заключается в преобразовании магнитной энергии электрического тока, полученной в результате преобразования энергии заряженного емкостного накопителя в магнитную энергию электрического тока, в энергию емкостного накопителя. В течение одного цикла работы импульсной установки преобразование энергии емкостного накопителя в магнитную энергию электрического тока и наоборот производится дважды. На первом этапе энергия емкостного накопителя преобразуется в магнитную энергию тока в активно-индуктивной нагрузке с последующей рекуперацией энергии в емкостный накопитель. На втором этапе энергия емкостного накопителя преобразуется в магнитную энергию тока в катушке индуктивности с последующей рекуперацией энергии в емкостный накопитель. Устройство содержит подключаемый к зарядному устройству емкостный накопитель энергии, параллельно которому подключены последовательно соединенные активно-индуктивная нагрузка и первый ключ. В него введена цепь из последовательно соединенных катушки индуктивности и второго ключа, которая подключена параллельно емкостному накопителю энергии. Первый вывод емкостного накопителя, первый вывод активно-индуктивной нагрузки и первый вывод катушки индуктивности соединены между собой и подключаются к положительному выводу зарядного устройства. Второй вывод активно-индуктивной нагрузки подключен к аноду первого ключа, второй вывод катушки индуктивности подключен к катоду второго ключа. Второй вывод емкостного накопителя, катод первого ключа и анод второго ключа соединены между собой и подключаются к отрицательному выводу зарядного устройства. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники, к разделу импульсной техники, и может быть использовано для генерации импульсов тока в активно-индуктивных нагрузках в радиотехнических устройствах, в устройствах сильноточной электроники, в лабораторных и промышленных установках для создания импульсных магнитных полей.
Известен способ рекуперации электрической энергии [Асина С.С., Виноградов К.А., Дронин В.Н., Сурма А.Н. Импульсный магнит с тиристорным коммутатором в цепи питания для сканирования электронного пучка. - ПТЭ, 1989, №5, с.53-54], заключающийся в преобразовании магнитной энергии электрического тока, полученной в результате преобразования энергии заряженного емкостного накопителя в магнитную энергию электрического тока, в энергию емкостного накопителя и наоборот, причем в течение одного цикла работы импульсной установки преобразование производится многократно в режиме затухающих колебаний. Способ реализован в устройстве, содержащем зарядное устройство, емкостный накопитель энергии, тиристорный ключ и магнит в качестве нагрузки.
Недостатками данного способа являются его низкая эффективность вследствие полного разряда емкостного накопителя энергии при срабатывании тиристорного ключа, повышенное тепловыделение в обмотке магнита, высокие затраты энергии на повторную зарядку емкостного накопителя.
Известен способ рекуперации электрической энергии, выбранный за прототип [Макарьин В.К., Мартемьянов В.П. Установка для создания импульсного магнитного поля 100 кЭ в объеме 8 л. - ПТЭ, 1966, №2, с.147-151], заключающийся в однократном преобразовании магнитной энергии электрического тока, полученной в результате преобразования энергии заряженного емкостного накопителя в магнитную энергию электрического тока, в энергию емкостного накопителя, при этом емкостный накопитель перезаряжается на обратную полярность напряжения. Способ реализован в устройстве, содержащем зарядное устройство, емкостный накопитель энергии, ключ на основе попарно включенных параллельно-встречно управляемых вентилей и активно-индуктивную нагрузку в виде магнита. Способ позволяет применить режим дозарядки емкостного накопителя энергии, снизить мощность зарядного устройства.
К недостаткам этого способа относятся изменение направления электрического тока в нагрузке от цикла к циклу, необходимость коммутации полярности тока дозарядки и, как следствие, излишняя сложность зарядного устройства и схемы управления ключом.
Технический результат, реализуемый с помощью заявляемого способа, состоит в снижении тепловых потерь при перезарядке емкостного накопителя энергии, в получении однополярных импульсов тока в активно-индуктивной нагрузке, в уменьшении тепловыделения в активно-индуктивной нагрузке, в отсутствии необходимости коммутации полярности тока дозарядки емкостного накопителя энергии, в упрощении конструкции зарядного устройства и схемы управления ключом.
Технический результат достигается тем, что в способе рекуперации электрической энергии, заключающемся в преобразовании магнитной энергии электрического тока, полученной в результате преобразования энергии заряженного емкостного накопителя в магнитную энергию электрического тока, в энергию емкостного накопителя, новым является то, что в течение одного цикла работы импульсной установки преобразование энергии емкостного накопителя в магнитную энергию электрического тока и наоборот производится дважды, причем на первом этапе энергия емкостного накопителя преобразуется в магнитную энергию тока в активно-индуктивной нагрузке с последующей рекуперацией энергии в емкостный накопитель, на втором этапе энергия емкостного накопителя преобразуется в магнитную энергию тока в катушке индуктивности с последующей рекуперацией энергии в емкостный накопитель.
Технический результат достигается также и тем, что в устройстве, содержащем подключаемый к зарядному устройству емкостный накопитель энергии, параллельно которому подключены последовательно соединенные активно-индуктивная нагрузка и первый ключ, новым является то, что в него введена цепь из последовательно соединенных катушки индуктивности и второго ключа, которая подключена параллельно емкостному накопителю энергии, при этом первый вывод емкостного накопителя энергии, первый вывод активно-индуктивной нагрузки и первый вывод катушки индуктивности соединены между собой и подключаются к положительному выводу зарядного устройства, второй вывод активно-индуктивной нагрузки подключен к аноду первого ключа, второй вывод катушки индуктивности подключен к катоду второго ключа, второй вывод емкостного накопителя энергии, катод первого ключа и анод второго ключа соединены между собой и подключаются к отрицательному выводу зарядного устройства.
На чертежах представлены: схема устройства (фиг.1), реализующего заявляемый способ; график (фиг.2), поясняющий работу устройства; один из примеров (фиг.3) выполнения устройства.
Устройство содержит зарядное устройство 1, емкостный накопитель 2 энергии, активно-индуктивную нагрузку 3, первый ключ 4, катушку 5 индуктивности, второй ключ 6. Зарядное устройство 1, содержащее, к примеру, последовательно соединенные источник 7 питания постоянного тока, зарядный резистор 8 и замыкатель 9, подключено своими выводами к емкостному накопителю 2 энергии. Параллельно емкостному накопителю 2 энергии подключены две цепи: 1) последовательно соединенные активно-индуктивная нагрузка 3 и ключ 4; 2) последовательно соединенные катушка 5 индуктивности и ключ 6. При этом первый вывод емкостного накопителя 2 энергии, первый вывод активно-индуктивной нагрузки 3 и первый вывод катушки 5 индуктивности соединены между собой и подключаются к положительному выводу зарядного устройства 1, второй вывод активно-индуктивной нагрузки 3 подключен к аноду ключа 4, второй вывод катушки 5 индуктивности подключен к катоду ключа 6, второй вывод емкостного накопителя 2 энергии, катод ключа 4 и анод ключа 6 соединены между собой и подключаются к отрицательному выводу зарядного устройства 1.
Устройство работает следующим образом. На фиг.2 приведены зависимости от времени напряжения U2 емкостного накопителя 2 и тока I3 нагрузки 3.
Зарядка емкостного накопителя 2 энергии производится от зарядного устройства 1 при замыкании замыкателя 9 до требуемого положительного напряжения U2max, после чего замыкатель 9 размыкается.
Сначала, в момент времени tвкл.4 (начало цикла работы импульсной установки), ключ 4 отпирается и емкостный накопитель 2 разряжается через нагрузку 3 и ключ 4. Процесс разряда носит колебательный характер. За время τ1 перезаряда емкостного накопителя 2 на обратную полярность в активно-индуктивной нагрузке 3 формируется полуволна тока I3 положительной полярности. Энергия емкостного накопителя 2 преобразуется в магнитную энергию тока в активно-индуктивной нагрузке 3, затем происходит рекуперация энергии в емкостный накопитель 2. Часть энергии выделяется в виде джоулева тепла в нагрузке 3. Время τ1 определяется номиналами емкости накопителя 2, индуктивности и активного сопротивления нагрузки 3. При уменьшении тока до нуля в момент времени tвыкл.4 ключ 4 запирается.
На втором этапе цикла в момент времени tвкл.6 отпирается ключ 6 и емкостный накопитель 2 энергии вновь разряжается, но теперь уже через катушку 5 индуктивности и ключ 6. Процесс разряда также носит колебательный характер. Время τ2 перезаряда емкостного накопителя 2 энергии в данном случае определяется, главным образом, номиналами индуктивности катушки 5 и емкости накопителя 2. Энергия емкостного накопителя 2 преобразуется в магнитную энергию тока в катушке 5 индуктивности, затем происходит рекуперация энергии в емкостный накопитель 2. Некоторая часть энергии выделяется в виде джоулева тепла в катушке 5. При уменьшении тока до нуля в момент времени tвыкл.6 ключ 6 запирается. В результате, емкостный накопитель 2 энергии оказывается заряженным до положительного напряжения несколько ниже напряжения U2max. Дозарядка емкостного накопителя 2 энергии производится от зарядного устройства 1 до достижения требуемого значения напряжения (конец цикла). При следующем отпирании ключа 4 начинается новый цикл работы.
Применение катушки 5 индуктивности с такими параметрами, чтобы добротность колебательного контура, составленного из катушки 5 и накопителя 2, превосходила добротность контура, составленного из нагрузки 3 и накопителя 2, позволяет уменьшить тепловые потери по сравнению с известными устройствами, в которых перезаряд емкостного накопителя производится исключительно через нагрузку.
Устройство работает вышеописанным образом, если в качестве ключей 4, 6 используются управляемые вентили, в частности, тиристоры. Отпирание управляемого вентиля происходит при подаче импульса тока управления на управляющий электрод вентиля. Так можно в нагрузке 3 формировать одиночные импульсы тока.
Схожий результат получается, если в качестве ключа 6 используется неуправляемый вентиль, в частности, диод, правда это приводит к некоторому увеличению длительности импульса тока в нагрузке 3, зато упрощает схему управления.
Далее, в качестве ключа 4 также можно использовать неуправляемый вентиль, в частности, динистор, который переключается в открытое состояние по достижении напряжения на нем заданной величины. В этом случае, замкнув постоянно замыкатель 9, можно в нагрузке 3 сформировать последовательность импульсов тока.
Кроме всего, в зависимости от конструктивного исполнения ключей 4, 6, может быть более рациональным исполнение устройства, в котором изменена последовательность включения в цепь активно-индуктивной нагрузки 3 и ключа 4, либо катушки 5 индуктивности и ключа 6, либо и то и другое одновременно.
Пример 1. Физическая установка для создания импульсного магнитного поля
В устройстве применены следующие комплектующие. В качестве емкостного накопителя 2 энергии используется батарея из соединенных параллельно конденсаторов типа МБГВ-1000 В-200 мкФ-В общей емкостью 20 мФ, нагрузкой 3 служит погруженный в жидкий азот соленоид, имеющий индуктивность 1 мГн и сопротивление 0,1 Ом, в качестве ключа 4 используется тиристор типа ТБ253-1000-14, 6 качестве катушки 5 индуктивности используется дроссель, имеющий индуктивность 1,2 Гн и сопротивление 0,6 Ом, в качестве ключа 6 используется диод типа В200-11. При разряде батареи конденсаторов, заряженной до напряжения 800 В, через тиристор на соленоид создается импульс магнитного поля в форме полуволны длительностью 14 мс и амплитудой 100 кЭ.
Пример 2. Радиотехническое устройство для формирования последовательности высоковольтных импульсов (фиг.3).
В устройстве применены следующие комплектующие. В качестве емкостного накопителя 2 энергии используется конденсатор типа К73-17-400В-0,22мкФ±20%, в качестве нагрузки 3 подключена первичная обмотка трансформатора типа ТВС-110ПЦ15, в качестве ключа 4 используется цепь из последовательно соединенных диода 10 типа КД411БМ и динистора 11 типа К2400Е70 производства Littelfuse, в качестве катушки 5 индуктивности используется дроссель типа Д 16-0,08-0,8, в качестве ключа 6 используется диод типа КД411БМ. В зарядном устройстве 1 в качестве источника 7 используется источник питания постоянного тока напряжением 260 В, в качестве резистора 8 используется резистор типа ПЭВ-10-3кОм±10%, в качестве замыкателя 9 используется перекидной переключатель типа Т1. При переводе переключателя в замкнутое положение во вторичной обмотке трансформатора начинают индуцироваться высоковольтные импульсы амплитудой 6 кВ и длительностью 20 мкс, частота следования импульсов составляет 700 Гц. Диод 10 введен в схему для того, чтобы исключить протекание обратного тока через динистор, у которого время обратного восстановления слишком велико (~ 40 мкс).
Таким образом, по сравнению с известными способами и устройствами, реализующими их, заявляемый способ рекуперации электрической энергии в импульсных установках и устройство для его осуществления обладают рядом достоинств:
- снижены тепловые потери при перезарядке емкостного накопителя энергии;
- импульсы тока в активно-индуктивной нагрузке - однополярные;
- уменьшено тепловыделение в активно-индуктивной нагрузке;
- отсутствует необходимость коммутации полярности тока дозарядки емкостного накопителя энергии;
- упрощены конструкция зарядного устройства и схема управления ключом;
- более высокий коэффициент полезного действия импульсной установки.
Claims (7)
1. Способ рекуперации электрической энергии в импульсных установках, заключающийся в преобразовании магнитной энергии электрического тока, полученной в результате преобразования энергии заряженного емкостного накопителя в магнитную энергию электрического тока, в энергию емкостного накопителя, отличающийся тем, что в течение одного цикла работы импульсной установки преобразование энергии емкостного накопителя в магнитную энергию электрического тока и наоборот производится дважды, причем на первом этапе энергия емкостного накопителя преобразуется в магнитную энергию тока в активно-индуктивной нагрузке с последующей рекуперацией энергии в емкостный накопитель, на втором этапе энергия емкостного накопителя преобразуется в магнитную энергию тока в катушке индуктивности с последующей рекуперацией энергии в емкостный накопитель.
2. Устройство, содержащее подключаемый к зарядному устройству емкостный накопитель энергии, параллельно которому подключены последовательно соединенные активно-индуктивная нагрузка и первый ключ, отличающееся тем, что в него введена цепь из последовательно соединенных катушки индуктивности и второго ключа, которая подключена параллельно емкостному накопителю энергии, при этом первый вывод емкостного накопителя энергии, первый вывод активно-индуктивной нагрузки и первый вывод катушки индуктивности соединены между собой и подключаются к положительному выводу зарядного устройства, второй вывод активно-индуктивной нагрузки подключен к аноду первого ключа, второй вывод катушки индуктивности подключен к катоду второго ключа, второй вывод емкостного накопителя энергии, катод первого ключа и анод второго ключа соединены между собой и подключаются к отрицательному выводу зарядного устройства.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве первого ключа используется управляемый вентиль.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве первого ключа используется неуправляемый вентиль.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что неуправляемый вентиль выполнен из последовательно соединенных диода и динистора.
6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве второго ключа используется управляемый вентиль.
7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве второго ключа используется неуправляемый вентиль.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007126455/09A RU2351064C1 (ru) | 2007-07-11 | 2007-07-11 | Способ рекуперации электрической энергии в импульсных установках и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007126455/09A RU2351064C1 (ru) | 2007-07-11 | 2007-07-11 | Способ рекуперации электрической энергии в импульсных установках и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007126455A RU2007126455A (ru) | 2009-01-20 |
| RU2351064C1 true RU2351064C1 (ru) | 2009-03-27 |
Family
ID=40375627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007126455/09A RU2351064C1 (ru) | 2007-07-11 | 2007-07-11 | Способ рекуперации электрической энергии в импульсных установках и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2351064C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015022133A1 (de) * | 2013-08-13 | 2015-02-19 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines induktiven elements |
| RU2601439C2 (ru) * | 2015-03-30 | 2016-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ЗАОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Преобразователь для заряда и разряда аккумуляторных батарей |
| RU2759521C1 (ru) * | 2021-03-22 | 2021-11-15 | Сергей Владимирович Кидаков | Лазерная мельница |
-
2007
- 2007-07-11 RU RU2007126455/09A patent/RU2351064C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПТЭ, 1989, №5, с.53-54. ПТЭ, 1966, №2, с.147-151. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015022133A1 (de) * | 2013-08-13 | 2015-02-19 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines induktiven elements |
| CN105431705B (zh) * | 2013-08-13 | 2018-11-13 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于运行感应元件的方法和装置 |
| RU2601439C2 (ru) * | 2015-03-30 | 2016-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ЗАОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Преобразователь для заряда и разряда аккумуляторных батарей |
| RU2759521C1 (ru) * | 2021-03-22 | 2021-11-15 | Сергей Владимирович Кидаков | Лазерная мельница |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007126455A (ru) | 2009-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8441812B2 (en) | Series resonant converter having a circuit configuration that prevents leading current | |
| CN103036146B (zh) | 一种准分子激光器脉冲电源 | |
| CN109510504B (zh) | 一种基于单相桥式电容转换的混合储能脉冲电源 | |
| CN109995265B (zh) | 程控高压重频纳秒脉冲电源、系统及控制方法 | |
| JP2007527683A (ja) | 電池充電システム及び方法 | |
| CN103546057A (zh) | 一种高压大功率重复脉冲电源 | |
| CN105897033A (zh) | 一种用于电磁发射的电容复用式电感储能型脉冲电源 | |
| CN105932898B (zh) | 一种用于电磁发射的电容混合式电感储能型脉冲电源 | |
| RU2351064C1 (ru) | Способ рекуперации электрической энергии в импульсных установках и устройство для его осуществления | |
| JP2005253295A (ja) | 準共振ソフトスイッチングタイプのインバータを備えた溶接セット | |
| CN102412753A (zh) | 一种高压大功率重复脉冲功率电源 | |
| CN113630107A (zh) | 一种双极性高重复频率高压纳秒脉冲产生电路和方法 | |
| CN112865042A (zh) | 一种可控电压源振荡型直流断路器及其应用方法 | |
| Brommer et al. | A high-power capacitor charger using IGCTs in a boost converter topology | |
| Zhou et al. | A high power charging power supply for capacitor in pulsed power system | |
| CN113965189A (zh) | 一种使线路电流流通和开断装置及其控制方法 | |
| CN112366976A (zh) | 一种多级磁脉冲压缩电源 | |
| RU55233U1 (ru) | Система питания импульсных ламп (варианты) | |
| CN110798180A (zh) | 能量可回收的脉冲强磁场产生装置和方法 | |
| RU2232408C1 (ru) | Устройство для заряда емкостного накопителя схемы питания электромагнитного привода сейсмоисточника | |
| CN215818079U (zh) | 一种双极性高重复频率高压纳秒脉冲产生电路 | |
| CN105431705B (zh) | 用于运行感应元件的方法和装置 | |
| Tabrizi et al. | A solid-state pulse power generator employed magnet switch for dielectric barrier discharge applications based on resonance charging concept | |
| Grekhov et al. | A high-frequency reverse switch-on dynistor generator for high-power induction heating systems | |
| RU2113324C1 (ru) | Генератор импульсов для электроэрозионной обработки |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090712 |