SU1485383A1

SU1485383A1 - Устройство импульсного электропитания нагрузки (5 7)

Info

Publication number: SU1485383A1
Application number: SU874280435A
Authority: SU
Inventors: Yurij A Beryulyaev; Nelli A Zadorina; Aleksandr M Ivanov; Leonid I Polyashov; Nikolaj I Radionov; Vladimir F Kharitonov
Original assignee: Yurij A Beryulyaev; Nelli A Zadorina; Aleksandr M Ivanov; Polyashov Leonid; Radionov Nikolaj; Vladimir F Kharitonov
Priority date: 1987-07-07
Filing date: 1987-07-07
Publication date: 1989-06-07

Description

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, для иитащы ламп накалки. Цель изобретения - повышение КПД - достигается путем повышения

2

коэффициента передачи энергии. Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, первый 2 и второй 3 индуктивные элементы, конденсатор 4, тиристоры 5 и 6, третий' индуктивный элемент 7, тиристорный мост 8, выполненный на тиристорах 10, II, 12 и 13. На чертеже показан резистор 14, являющийся эквивалентом внутреннего сопротивления источника 1. Предложенная схема выполнения устройства позволяет замк!гуть энергию индуктивного элемента 7 внутри себя, что достигается при отпирании тиристора 6 или 5. Элемент 3 обеспечивает перезаряд конденсатора 4 до требуемого значения напряжения, зависящего от тока элемента 7, и стабилизирует напряжение в конце цикла каждого заряда. 2 ил.

(С

4^

00

сл

со

оо

>

1485383'

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, для питания лампы накалки. '

« 5

Целью изобретения является повышение КПД за счет повышения коэффициента передачи энергии.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие его работу.

Устройство импульсного электропитания нагрузки содержит источник 1 постоянного напряжения, первый вывод 15 которого соединен с первым выводом первого индуктивного элемента 2, второй индуктивный элемент 3, первый вывод которого соединен с первой обкладкой конденсатора 4,'первый и вто- 20 рой тиристоры 5 и 6, третий индуктивный элемент 7, тиристорный мост 8, в первую диагональ которого включены вторая обкладка конденсатора 4 и второй вывод второго индуктивного 25 элемента 3, во вторую диагональ второй вывод первого индуктивного : элемента 2 и второй вывод источника 1 постоянного напряжения, между второй обкладкой конденсатора 4 и вторым 30 выводом'источника 1 постоянного напряжения включены последовательно соединенные и встречно включенные первый 5 и второй 6 тиристоры, параллельно первому из них подключен 35 третий индуктивный элемент 7, параллельно второму тиристору 6 - нагрузка 9. Тиристорный мост 8 выполнен на тиристорах 10-13.

Для пояснения работы устройства 4θ изображен резистор 14, являющийся эквивалентом внутреннего сопротивления источника 1.

Процесс передачи энергии из источника 1 в индуктивный элемент 7 45

разбивается на отдельные интервалы, длительность которых определяется временем открытого состояния тиристоров 10-13 моста 8 (фиг. 2,а), Открытые тиристоры замыкают цепи для протекания токов по отдельным элементам схемы: ί, - ток источника 1 (и элемента 2), ΐ₄ - ток конденсатора 4 (и индуктивного элемента 3), ί₇ - ток индуктивного элемента 7, 55

ί_Η - ток нагрузки, В соответствии с алгоритмом переключения тиристоров эти токи могут иметь общие и раздельные цепи протекания, поэтому они

изображены .на одной координатной плоскости (фиг. 2,6), с целью наглядного представления перехода одного тока в другой. На фиг, 2,в показана диаграмма изменения напряжения на .конденсаторе 4. Диаграммы фиг, 2 имеют чисто иллюстративное значение и не отражают реальных масштабов токов, напряжения и времени из-за несоизмеримости длительностей отдельных интервалов и амплитуд токов и ϊ₇ в начале и в конце процесса передачи энергии.

Перед описанием работы устройства целесообразно указать следующее.

В известных системах электропитания для получения в нагрузке мощного короткого импульса между источником питания и нагрузкой включают промежуточный индуктивный накопитель, выполняющий совместно с коммутационной аппаратурой роль "обострителя мощности". При использовании в качестве источника питания, например, батареи конденсаторов· с малым внутренним сопротивлением потери энергии будут определяться лишь сопротивлением индуктивного накопителя и при большой постоянной времени последнего почти вся энергия конденсаторов может быть передана в индуктивный накопитель за один цикл разряда для последующей ее передачи в цепь нагрузки.

При наличии у емкостного накопителя внутреннего сопротивления за один цикл разряда в индуктивный накопитель может быть передана только часть энергии при значительных потерях во внутреннем сопротивлении. Долю переданной в индуктивньй накопитель энергии можно увеличить, а потери во внутреннем сопротивлении сократить, если передачу энергии осуществить не за один цикл, а за серию циклов сравнительно небольшими порциями,· используя в качестве порционного пе-¹ · редатчика батарею традиционных конденсаторов с малым внутренним сопротивлением. Этот принцип и использован в предлагаемом устройстве импульсного электропитания.

Процесс передачи энергии из источника 1 в индуктивный элемент 7 (накопитель) начинается с заряда конденсатора 4 до требуемого значения напряжения. Для этого достаточно открыть тиристоры II и 13 или 10 и 12.

⁵ 1485383

Так как энергоемкость источника 1 несоизмеримо велика по сравнению с энергоемкостью конденсатора 4, то источник ΐ можно рассматривать по отно- _ тению к конденсатору 4, как источник постоянного напряжения. С момента открытия тиристоров 11 и 13 конденсатор 4 начинает заряжаться по цепи; емкостный накопитель энергии (источник ю 1) внутреннее сопротивление его (резистор 14) - токоограничивающий индуктивный элемент 2 - тиристор 13 конденсатор 4 - индуктивный элемент

3 - тиристор 11 - источник 1. Если бы 15 него велика по сравнению с индуктивотсутствовало сопротивление резистора 14, то конденсатор 4 зарядился бы током 1,=14 Д° двойного напряжения источника 1. На самом деле конденсатор 4 зарядится до напряжения и*, несколько меньшего удвоенного значения напряжения источника 1. Чем больше индуктивность элемента 2, тем меньше ток в контуре и меньше потери' в сопротивлении резистора 14, тем до большего напряжения зарядится конденсатор 4. Индуктивность элемента 3 несоизмеримо мала по сравнению с индуктивностью элемента 2, поэтому она не

оказывает заметного влияния на величи—30 ется аналогично предыдущему путем

ну тока ι,=ι₄. Процесс заряда конденсатора 4 будет колебательным и в конце заряда тиристоры 11 и 13 окажутся под обратным напряжением и закроются. Далее открываются тиристоры 10 и 12 и конденсатор 4 перезаряжается до напряжения, несколько меньшего четырехкратного значения напряжения источника 1 и, (фиг. 2). Поочередным переключением моста 8 можно получить практически любое напряжение на конденсаторе 4. Важно, чтобы последним был цикл перезаряда конденсатора до напряжения с полярностью + слева (фиг. 2, открыты тиристоры 10.и 12). На фиг. 2 показаны два цикла заряда перезаряда конденсатора 4: сначала открываются тиристоры 13 и 11, а затем' тиристоры 10 и 12. Расчет схемы, однако доказывает, что многократный перезаряд конденсатора 4 экономически нецелесообразен и в большинстве случаев достаточно обеспечить однократный его заряд путем открытия тиристоров 10 и 12 при соответствующих параметрах элементов схемы.

Будем считать, 410 конденсатор 4 заряжен до требуемого напряжения с

полярностью, показанной на фиг. I (+ слева).

Далее открываются тиристоры 11 и 6 к собирается контур разряд;! конденсатора 4 током 14=17 (фиг. 2) по цепи: конденсатор 4 - индуктивный элемент 3 - тиристор N - тиристор 6 - индуктивный элемент 7 - конденсатор 4. В момент достижения током в контуре максимального значения открывается тиристор 5, образуя новый контур для замыкания тока индуктивного элемента 7. Индуктивность последность’ю элемента 3, поэтому при открытых тиристорах II, 6 и 5 ток 14 спадает до пуля, а ток ΐ_γ медленно уменьшается в ^соответствии с пос20 тоянной времени индуктивного элемента 7. Благодаря наличию индуктивного элемента 3 конденсатор 4 перезаряжается до напряжения другой полярности и тиристоры 1Ϊ и 6 закрываются. Ве25 личина напряжения на конденсаторе 4 в конце перезаряда определяется отношением величин индуктивности индуктивных элементов 3 и 7.

Следующий цикл заряда осуществляоткрытия тиристоров 13 и 11, а затем 10 и 12 (или только 10 и 12). Пока идет процесс заряда-перезаряда конденсатора 4 током ΐ₄=ΐ₄, ток элемен35 та 7 замыкается через тиристор 5. После окончания процесса заряда снова включаются тиристоры 11 и 6. Ток разряда конденсатора 4 сначала вытесняет ток из тиристора 5, а затем начинает40 ся процесс передачи второй порции

энергии из конденсатора 4 в индуктивный элемент 7 (и в очень маленькую индуктивность элемента 3). В момент достижения током максимального зна45 чения снова открывается тиристор 5 и снова образуются два независимых контура для замыкания токов ц и Ц. Первый спадает до нуля, а второй медленно уменьшается в соответствии с

50 постоянной времени контура: индуктивный элемент 7 - тиристор 5. Конденсатор. 4 снова перезаряжается, но уже до несколько большего напряжения, так как амплитуда тока ί₇, а

55 следовательно, и тока в индуктивном элементе 3 была уже при втором разряде большей, чем при первом. Далее все процессы повторяются. С каждым циклом заряда-разряда конденсатора

7

1485383

8

4 на индуктивный элемент 7 увеличивается ток в последнем, а следовательно, и запасаемая энергия. Одновременно возрастает и напряжение на конденсаторе 4 в конце его перезаряда. Начиная с определенного цикла, оно может превысить напряжение источника 1 и тиристоры 13 и 11 перестанут открываться. С этого момента следует снять управление с тиристоров 13 и 11 и заряд конденсатора 4 осуществлять только путем открытия тиристоров 10 и 12. Остановимся подробнее на роли элемента 3, так как в этом заключается одна из особенностей рассматриваемой схемы.

В процессе отбора энергии от источника 1 напряжение на нем будет уменьшаться. При.отсутствии элемента 3 конденсатор 4 разряжался бы на индуктивный элемент 7 до нуля и обесточивался бы. Каждый последующий его заряд от источника 1 за один цикл осуществлялся бы до меньшего напряжения по сравнению с предыдущим изза разряда источника 1 и вследствие этого уменьшалась бы порция отбираемой от источника 1 энергии. Чтобы сохранить величину этой порции не ниже заданного значения, необходимо увеличивать количество циклов зарядперезаряд конденсатора 4. Последнее вызовет увеличение времени подготовки заряда конденсатора 4 к передаче энергии и, следовательно, к увеличению потерь во внутренних сопротивлениях источника 1 и элемента 7 и в коммутирующих тиристорахо

Основное назначение элемента 3 состоит в том, чтобы обеспечить перезаряд конденсатора 4 до требуемого значения напряжения, зависящего от тока элемента 7, с тем, чтобы застабилизировать напряжение в конце каждого цикла заряда. По мере отбора от источника 1 энергии, напряжение на нем снижается, однако из-за уве_лличения начального напряжения на конденсаторе 4, напряжение на нем в конце каждого зарядного цикла практически сохраняется неизменным. Кроме того, перезаряд конденсатора 4 необходим и для обеспечения обратного напряжения на тиристорах 11 и 6 после их обесточивания для восстановления запирающих свойств и, наконец, последнее назначение элемента 3 снижение скорости нарастания тока и

напряжения в контуре разряда конденсатора 4.

Момент достижения энергией в индуктивном элементе 7 с максимального значения будет характеризоваться прекращением прироста тока в нем от цикла к циклу. Последнее свидетельствует о том, что энергии конденсатора 4 с этого момента хватает лишь на компенсацию потерь в индуктивном накопителе и коммутирующих элементах· за время заряда конденсатора очередной порцией энергии.

Следующим шагом в работе схемы является реализация энергии индуктивного элемента 7 в нагрузке. На фиг.2 показан последний цикл, когда конденсатор 4 после заряда разряжается на индуктивный элемент 7 и нагрузку 9. Для этого достаточно открыть лишь один тиристор 10, после чего собирается контур разряда: конденсатор 4 - индуктивный элемент 3 - тиристор 11 - нагрузка 9 - тиристор 5 - конденсатор 4„ Ток разряда конденсатора. 4 вытесняет ток из тиристора 5, последний обесточивается и остается один контур: конденсатор' 4 - индуктивный элемент 3 - тиристор 11 - нагрузка 9 - индуктивный элемент 7 конденсатор 4„ Как только конденсатор 4 полностью разрядится, его следует исключить из работы путем открытия тиристора 12.

Ток индуктивного элемента 7 после закрытия тиристора 10 будет замыкаться на нагрузку через тиристор 12 (фиг. 2).

Рассмотренная схема позволяет также в любой момент замкнуть энергию индуктивного элемента 7 внутри себя. Для этого достаточно открыть тиристор 6 или 5.

Claims

Формула изобретения

Устройство импульсного электропитания нагрузки, содержащее источник постоянного напряжения, первый вывод которого соединен с первым выводом первого индуктивного элемента, второй индуктивный элемент, первый вывод которого соединен с первой обкладкой конденсатора, первый и второй тиристоры, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД за счет повышения коэффициента передачи

1485383

энергии, н него введены третий индуктивный элемент, тиристорный мост, в первую диагональ которого включены вторая обкладка конденсатора и второй ₅вывод второго индуктивного элемента, зо вторую диагональ - второй вывод первого индуктивного элемента и второй вывод источника постоянного напряжения, между второй обкладкой конденсатора и вторым выводом источника постоянного напряжения включены последовательно соединенные и встречно включенные первый и второй тиристоры, параллельно первому из них подключен третий индуктивный элемент, параллельно второму тиристору - нагрузка.