SU1478305A2 - Устройство дл зар да емкостного накопител электрической энергии - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в импульсных источниках энергии. Цель изобретени  - улучшение удельных массогабаритных и энергетических показателей-достигаетс  за счет уменьшени  мощности несимметрии трехфазного источника переменного тока. Устройство содержит трехфазный источник переменного тока с выходными фазными клеммами 1, 2 и 3, токоограничивающие зар дные элементы, два из которых выполнены в виде токоограничивающих конденсаторов 4 и 5 и один-из индуктивного зар дного элемента на дросселе 6, две диодные цепочки, кажда  из которых состоит из двух соединенных последовательно-согласовано диодов 7, 8 и 9, 10, емкостный накопитель 11 электрической энергии, дополнительный конденсатор 12. Емкостный накопитель 11 выполнен на конденсаторах 13 и 14. Зар дка емкостного накопител  продолжаетс  до тех пор, пока напр жение на нем не достигнет за много циклов изменени  напр жени  источника питани  значени , равного 3 U_лт. 17 ил.

Description

8

. X-X.I

Јъ

00 СО

о

Сл

,.#Ј

шиг.1

74

N

Изобретение относитс  к импульсной технике, может быть использовано в качестве импульсных источников энергии и  вл етс  усовершенствованием устройства по авт.св. № 790143.

Целью изобретени   вл етс  улучшение удельных массогабаритных и энергетических показателей за счет уменьшени  мощности несимметрии трехфазного источника переменного тока.

На фиг.1 приведена принципиальна  электрическа  схема устройства; на фиг.2-10 - эпюра и эквивалентные схемы, по сн ющие работу устройства; на фиг.11 - электрическа  схема уст- ройства без токоограничивающего дроссел ; на фиг.12-17 - эквивалентные схемы, по сн ющие работу схемы устройства на фиг.11.

Устройство дл  зар да емкостного накопител  электрической энергии содержит трехфазный источник переменного тока с трем  выходными фазными клеммами 1-3, три токоограничи- Бающих зар дных элемента, два из которых выполнены в виде токоограничи- вающих конденсаторов 4 и 5, один индуктивный зар дный э шмент, выполненный в виде линейного дроссел  6, две диодные цепочки, кажда  из которых состоит из двух соединенных последовательно-согласно диодов 7-10, причем точки соединени  диодов в этих цепочках подключены через токоограни- чивающие конденсаторы 4 и 5 соответственно к двум выходным фазным клеммам 1 и 2 трехфазного источника переменного тока, при этом катод диода 8 первой цепочки подключен к одной, анод диода 10 второй цепочки к другой обкладкам емкостного накопител  11 электрической энергии, а анод другого диода первой цепочки - к первому выводу обмотки линейного дрос- сел  6, дополнительный конденсатор 12, включенный между третьей выходной фазной клеммой 3 и первым выводом обмотки линейного дроссел  6.

Емкостной накопитель 11 выполнен на

конденсаторах 13 и 14.

При рассмотрении работы системы будем считать, что фазные (линейные) напр жени  образуют трехфазную звезду и сдвинуты друг относительно дру- га на 120 эл.град. и все конденсаторы в исходном состо нии (до подачи напр жени ) разр жены. Система зар да емкостного накопител  11

5

О

Claims (3)

1$

20

25 30 , о 5

0

5

электрической энергии из-ча наличи  в ней нелинейных элементов (диодов 9, 10, 7, 8) и нелинейного во времени изменени  противо-ЭДС выпр мител , образованного этими диодами, характеризуетс  существенной нелинейностью . Анализ процессов, протекающих в системе, показывает, что ток источника , ограниченный конденсаторами и токоограничивающим линейным дросселем ,частично идет в дозирующие, а частично в накопительный конденсаторы .

Передача энергии в системе осуществл етс  по шести каналам, из них три канала внутренние, через которые производитс  зар д двух последовательно соединенных конденсаторов линейным напр жением источника, а три канала внешние, через них производитс  зар д накопительного конденсатора суммарным напр жением двух последовательно включенных конденсаторов и линейным напр жением источника .

Внутренний и внешний каналы, питаемые от одной линии, работают во времени последовательно (один за другим ) .

Каналы, питаемые от KJ емм 2-3: первый (внутренний) - клемма 3 - конденсатор 12 - диод 7 - конденсатор 4 - клеммы 2 и 3; второй (внешний ) - клемма 2 - конденсатор 4 - диод 8 - конденсатор 13 - дроссель 6 - конденсатор 12 - клеммы 3 и 2.

Каналы, питаемые от клемм 3-1: третий (внутренний) - клемма 1 - конденсатор 5 - диод 9 - конденсатор 12 - клеммы 3 и 1; четвертый (внешний ) - клемма 3 - конденсатор 12 - дроссель 6 - конденсатор 14 - диод 10 - конденсатор 5 - клеммы 1 и 3.

Каналы, питаемые от клемм 1-2: п тый (внутренний) - клемма 1 - конденсатор 5 - диоды 8 и 7 - конденсатор 4 - клеммы 2 и 1; шестой (внешний ) - клемма 2 - конденсатор 4 - диод 8 - конденсаторы 13 и 14 - диод 10 - конденсатор 5- клеммы 1 и 2.

Пусть в исходный момент времени линейное напр жение клемм 2 и 3 будет равным нулю и в последующие моменты времени потенциал клеммы 3 будет превышать потенциал клеммы 2, а линейные напр жени  клемм 3-1 и 2-1 одинаковы по своей величине (фиг.5) .

J 14

Рассмотрим процессы, протекающие в первом и втором каналах, питаемых линейным напр жением клемм 2 и 3. Так как потенциал клеммы 3 выше потенциала клеммы 2, то начнетс  зар д конденсаторов 4 и 12,(фиг.З). Поскольку напр жение источника, возраста  по величине, измен етс  по за1 кону синуса, то ток зар да в указанной цепи будет измен тьс  по закону косинуса. Через 90 эл.град. от выбранного начала отсчета процесс зар да конденсаторов 4 и 12 закончитс . Напр жение на каждом конденсаторе имеет значение U,,m/2, где U лт - амплитуда линейного напр жени  источника . Начина  с этого момента времени (фиг.5) линейное напр жение клемм 3 и 2 убывает по закону косинуса , а суммарное напр жение конденсаторов 4 и 12 и клемм 3 и 2 возрастает .

При этом открываетс  диод 8 и начинаетс  зар д конденсатора 13 по второму каналу (фиг.4). Ток зар да конденсатора 13 возрастает по нелинейному закону в интервале 90 - 270 эл.град. от выбранного начала отсчета. В это врем  происходит разр д конденсаторов 4 и 12, а затем их зар д обратной пол рностью, т.е. перезар д, за счет действи  линейного напр жени  клемм 2 и 3. Одновременно запасаетс  энерги  в дросселе 6. Когда ток зар да во втором канале начнет убывать, в дросселе возникает ЭДС самоиндукции, котора  будет поддерживать ток в цепи зар да конденсатора 13 (фиг.5). При этом ток зар да протекает даже тогда,когда суммарное напр жение клемм 2 и 3 и конденсаторов 4 и 12 станет меньше напр жени  на конденсаторе 13.

Максимальна  длительность тока зар да конденсатора 13 по этому каналу равна 180 эл. град. -Она посте- пенно (по мере зар да конденсатора 13) сокращаетс . Остальные 180 эл. град, энерги  источника питани  запасаетс  в конденсаторе 4, зар жаемом через конденсатор 12. Зар д накопительного конденсатора в течение каждого периода изменени  питающего напр жени  продолжаетс  до тех пор,пока суммарное напр жение конденсаторов 4 и 12 и клемм 2 и 3, а также напр жение на дросселе 6 не станет равным напр жению

83054

на накопительном конденсаторе. этот момент времени закрываетс  диод 8 (фиг.4 и 5).

Далее все процессы, протекающие в первом и втором каналах,повтор ютс  циклически.

Со сдвигом на 120 эл. град, аналогично протекают процессы в третьем

10 (фиг.6) и четвертом (фиг.7,8) каналах , питаемых от клемм 3 и 1.

Передача энергии по п тому (фиг.9) и шестому (фиг.10) каналам производитс  от клемм 2 и 1 со сдвигом

15 на 240 эл.град.

Передача энергии источника в первом - четвертом каналах системы осуществл етс  через конденсатор 12, который ограничива  ток зар да на0 копительного конденсатора 14 по четвертому каналу, свою энергию в по-j следующем передает в конденсатор 4 при работе первого канала и, наоборот , при разр де конденсатора 4 по

25 второму каналу передает энергию в конденсатор 5 по третьему каналу. В начале каждого зар дного цикла конденсатор 12 перезар жаетс  в диапазоне до U Лса (от +U лт/2 до )

30 и тем самым ускор ет зар д конденсаторов 5 и 4 и соответственно накопительных конденсаторов 13 и 14. По мере роста напр жени  на накопительных конденсаторах изменение напр 2g жени  на конденсаторе 12 уменьшаетс  и он переходит в режим частичного подзар да (т.е. работает без перезар да ) .

4д Так как подзар д конденсаторов 5 и 4 осуществл етс  в течение всех соответствующих полупериодов через конденсаторы 12, то количество электричества , передаваемого в эти кон . денсаторы, соответственно равно. Очевидно , что оба конденсатора 5 и 4 при их одновременном разр де передают в накопительные конденсаторы только то количество электричества (зар д) с клемм 2-3 и 3-1, которое они получают с первого по четвертый каналы во врем  их поочередного зар да . Это в свою очередь, симметриру  нагрузку всех трех линий источника питани , сводит практически к нулю поперечную несимметрию линейных токов источника, уменьша  мощность несимметрии, и, тем самым, снижает значение типовой (габарит50

55

ной) мощности источника, его массу , габариты и стоимость.

Процесс зар да емкостного накопител  продолжаетс  до , пока напр жение на нем не достигнет за много циклов изменени  напр жени  источника питани  - значени , равного 4U/,т. После этого зар женный накопитель разр жаетс  во внеш- нюю цепь, после чего начинаетс  следующий цикл его зар да.

Устройство дл  зар да емкостного накопител  без токоограничивающе- го дроссел  (фиг.11) работает еле- дующим образом.

Внутренний и внешний каналы, питаемые от клемм 1-Заработают во времени последовательно (один за другим ) .

Каналы, питаемые от клемм 2-3: первый (внутренний) - клемма 2 - конденсатор 12 - диод 7 - конденсатор 4 - клеммы 3 и 2; второй (внешний ) - клемма 3 - конденсатор 4 - диод 8 - конденсатор 13 - диод 9 - конденсатор 12 - клеммы 2 и 3.

Каналы, питаемые от клемм 2-1: третий (внутренний) - клемма 1 - конденсатор 5 - диод 9 - конденсатор 12 - клеммы 2 и 1; четвертый (внешний ) - клемма 2 - конденсатор 12 - диоды 7 и 8 - конденсатор 13 - конденсатор 5 - клеммы 1 и

2. , Каналы, питаемые от клемм 3-1: п тый (внутренний - клемма 1 - конденсатор 5 - диод 9 и 7 - конденсатор 4 - клеммы 3 и 1; шестой (внешний ) - клемма 3 - конденсатор 4 - диод 8 - конденсатор 13 - конден- сатор 5 - клеммы 1 и 3.

Пусть в исходный момент времени линейное напр жение клемм 3 и 2 равно нулю и в последующий момент времени потенциал клеммы 2 превышает по тенциал клеммы 3, а линейные напр жени  клемм 2,1 и 3,1 одинаковы по своей величине.

Рассмотрим процессы, протекающие в первом и втором каналах, питаемых линейным напр жением клемм 2 и

3. Та как потенциал клеммы 2 выше потенциала клеммы 3, то начинаетс  зар д конденсатора 12 и конденсатора 4 (фиг.12); поскольку напр жение источника измен етс  по закону синуса, то ток зар да в указанной цепи измен етс  по закону косинуса. Через 90 эл.град. от выбранного начала отсчета процесс зар да конденсатора 4 и конденсатора 12 заканчиваетс . Напр жение на каждом конденсаторе имеет значение и„т/2,где U лт - амплитуда линейного напр жени  источника . Начина  с этого момента времени линейное напр жение клемм 2 и 3 убывает по закону косинуса, а суммарное напр жение конденсаторов 4, 12 и клемм 2, 3 - возрастать по косинусоиде .

При этом начинаетс  зар д конденсатора 13 по второму каналу (фиг.13). Ток зар да накопительного конденсатора измен етс  по закону синуса (возрастать) в интервале от 90 до 270 эл. град, от выбранного начала отсчета. В это врем  происходит разр д конденсаторов 4 и 6, а затем и их перезар д за счет действи  линейного напр жени  клемм 2 и 3. Максимальна  длительность тока зар да накопительного конденсатора по этому каналу равна 180 эл. град. Она постепенно (по мере зар да накопительного конденсатора) сокращаетс . Остальные 180 эл. град, энергии источника питани  запасаетс  в конденсаторе 4, зар жаемом через конденсатор 12. Зар д накопительного конденсатора в течение каждого периода изменени  питающего напр жени  продолжаетс  до тех пор, пока суммарное напр жение конденсаторов клемм 2 и 3 не станет равным напр жению на накопительном конденсаторе , В этот момент времени закрываетс  диод 8. Далее все процессы, протекающие в первом и втором кана- лах, повтор ютс  периодически.

Со сдвигом на 120 эл.град аналогично осуществл етс  зар д накопительного конденсатора 13 при канализации энергии источника от клемм

2и 1 по третьему (фиг.4) и четвертому каналам (фиг.15). Передача энергии по п тому (фиг.16 и 17) и шестому каналам происходит от клемм

3и 1 со сдвигом на 240 эл.град. от начального отсчета времени.

Передача энергии источника в перг- вом - четвертом каналах системы осуществл етс  через конденсатор 12, который ограничива  ток зар да накопительного конденсатора 13 по четвертому каналу, свою энергию в последующем передает в конденсатор 4 при работе первого канала и, наоборот,

714

при разр де конденсатора 4 по второму каналу, передает энергию в конденсатор 5 по третьему каналу. В начале каждого зар дного цикла конденсатор 12 перезар жаетс  в диапазоне до илп (от +илт до -ил|„) и, тем самым, ускор ет зар д конденсаторов 4 и 5 и соответственно накопительного конденсатора 13. По мере роста напр жени  на накопительном конденсаторе 13 изменение напр жени  на конденсаторе 12 уменьшаетс  и он переходит в режим частичного подзар - да и подразр да (т.е. работает без перезар да).

Так как подзар д конденсаторов 4 и 5 осуществл етс  в течение всех соответствующих полупериодов через конденсатор 12, то количество электричества , передаваемого в эти конденсаторы 4 и 5, соответственно равны .

Очевидно, что оба эти конденсатора 4 и 5 при их одновременном разр - де передают в накопительный конденсатор только то количество электричества (зар д) с клемм 3,2 и 2,1, которое они получают с первого по четвертый каналы во времени их поочередного зар да. Это, в свою очередь, симметриру  нагрузку всех трех ли

8

0

5

5

0

0

ним, сводит практически к нулю поперечную несимметрию линейных источников тока, уменьша  до нул  мощность несимметрии, ч, тем самым, снижает значение типовой (габаритной ) мощности источника, его массу , габариты и стоимость.

Процесс зар да емкостного накопител  продолжаетс  до тех пор, пока напр жение на нем не достигнет (за много циклов изменени  напр жени  источника питани ) значени , равного Зилт. После этого зар женный накопи- тельный конденсатор разр жаетс  во внешнюю цепь, после чего начинаетс  следующий цикл его зар да.

Формула изобретени 

Устройство дл  зар да емкостного накопител  электрической энергии по авт.св. № 790143, отличающеес  тем, что, с целью улучшени  удельных габаритных и энергетических показателей путем уменьшени  мощности несимметрии трехфазного источника переменного тока, в него введен дополнительный конденсатор, включенный между третьей выходной фазной клеммой и первым выводом обмотки линейного дроссел .

cat

Физ.2

Ј1 гпф

8

/ гпф

21 2Лф

ы с.

Ц 2Пф

еоевш

Фиг.16

Фиг. Л