SU1515290A1 - Устройство дл умножени напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питани  с повышенным выходным напр жением. Цель изобретени  - увеличение кратности умножени  при одновременном упрощении. Устройство состоит из первого каскада умножени  напр жени , к которому последовательно подключены дополнительные каскады умножени  напр жени . Каждый дополнительный каскад состоит из двух пар последовательно соединенных диодов 7,9 (17,19) и 8,10 (18,20) и двух цепочек емкостных накопителей из последовательно соединенных конденсаторов 11,12 (21,22) и 13,14 (23,24). С помощью коммутирующих элементов 15,16,25,26 осуществл етс  последовательное или параллельное соединение соответствующих конденсаторов дл  обеспечени  увеличени  выходного напр жени  по закону геометрической прогрессии с кратностью, равной трем. Это приводит к возможности получени  высокого выходного напр жени  при меньшем числе используемых элементов устройства. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относитс  к электро- TexHTiKc и может быть использовано в качестве источника питани  с повышенным выходным напр жением

Цель изобретени  - увеличение кратности умножени  при одновременном упрощении устройства.

На фиг,1 - 4 представлены варианвывод которого соединен с другим выводом коммутирующего элемента 15 и с общей точкой соединени  конденсаторов 13, 14, свободными выводами соединенными соответственно с анодом диода 9 и с катодом диода 10, Свободные выводы силовых электродов диодов 9, 10 образуют выход второго каскада.

ты предлагаемого устройства дл  умно- jg Последний каскад умножени  напр жежени  напр жени ; на фиг«5 - вариант выполнени  емкостного накопител  энергии; на фиг.6 и 7 - варианты предлагаемого устройства, где в качестве коммутаторов использованы фо- 5 то тиристоры (фиг.6) или тиристоры (фиго 7); на фиг.8 - эпюры изменени  напр жени  во времени на выходе источника знакопеременного напр жени  по фиг г 2,20

Устройство (фиг.1) состоит из вход- Htijx выводов дл  подключени  фаз А, В, € питающей сети, к которому подключен первый каскад умножени  напр жени , состо щий из основных диодов 1, f5 2 дополнительных диодов 3, 4 и емкостных накопителей в виде конденсаторов 5 и 6.

Анод диода 1 и катод диода 2 соединены с входным выводом дл  подклю- О чени  фазы С питающей сети. Катод диода 1 соединен с анодом диода 3 и через конденсатор 5 - с входным вьто- дом дл  подключени  фазы А питающей сетис Анод диода 2 соединен с катодом 55 диода 4 и через конденсатор 6 - с входным выводом дл  подключени  фазы В питающей сетио Катод диода 3 и.анод диода 4 образуют выход первого каскада, к которому последовательно 40 подключены п каскадов (в данном случае п - 2) умножени  напр жени . Первый дополнительный каскад включает диоды 7, 8 и 9, 10, две цепочки иэ накопительных элементов (конденсате- 45 ров) 11 - 14 по два последовательно соединенных в каждой и два коммутирующих элемента 15, 1бо Диоды 7, 9 соединены последовательно. Анод диода 7  вл етс  одним из входов второго кас- д када, соединенного с катодом диода 3, со свободной обкладкой конденсатора 11 и с одним из выводов коммутируюни  включает те же элементы, что и второй умножени  напр жени , а именно диоды 17-20, конденсаторы 21-24 и коммутирующие элементы 25, 26, сое диненные аналогичным образом, причем выход последнего каскада умножени  напр жени  образует выходные выводы дл  подключени  нагрузки 27„ Между выходными вьшодами включена цепочка из последовательно соединенных выход ных конденсаторов 28, 29. Общие точки соединени  конденсаторов первых цепочек каскадов умножени , а именно конденсаторов II, 12, 21, 22 и вы ходных конденсаторов 28, 29 объединены , образу  общий вывод, который заземлен о

Устройство по фиГо2 отличаетс  от устройства па, фиго тем, что в ка честве источника питани  использован источник 30 знакопеременного напр жени  с заземленным полюсом

Устройство по фиГоЗ отличаетс  от устройства по фиго2 тем, что в качестве источника питани  использованы фазы А и В трехфазного источника питани , а в качестве коммутирующих элементов использованы двухпозицион- ные коммутаторы 31, 32 и введены св  занные с землей дополнительные дио ды 33-36, наличие которых не об зательно дл  обеспечени  работоспособности устройства о В случае необходимости нагрузка 27 может быть включена и на половину выходного напр жени  последнего каскада, как это пока зано на фигоЗо

Устройство по фиг.4 отличаетс  от устройства по тем, что первые цепочки накопительных элементов каждого дополнительного каскада умножени  напр жени  выполнена в виде одно го конденсатора 37 (38). Выходна  це почка также выполнена в виде одного

Устройство по фиг.4 отличаетс  от устройства по тем, что первые цепочки накопительных элементов каждого дополнительного каскада умножени  напр жени  выполнена в виде одного конденсатора 37 (38). Выходна  це почка также выполнена в виде одного

щего элемента 15. Диоды 8, 10 соединены последовательно., Катод диода 8  в- {5«конденсатора 39„ В качестве источни- л етс  другим входом каскада и соеди- ка питани  использована однофазна  ней с анодом 4, свободной обкладкойсеть.

конденсатора 12 и с одним из выводов На фиг«5 представлен вариант выкоммутирующего элемента 16, другойполнени  емкостного элемента, состони  включает те же элементы, что и второй умножени  напр жени , а именно диоды 17-20, конденсаторы 21-24 и коммутирующие элементы 25, 26, соединенные аналогичным образом, причем выход последнего каскада умножени  напр жени  образует выходные выводы дл  подключени  нагрузки 27„ Между выходными вьшодами включена цепочка из последовательно соединенных выходных конденсаторов 28, 29. Общие точки соединени  конденсаторов первых цепочек каскадов умножени , а именно конденсаторов II, 12, 21, 22 и выходных конденсаторов 28, 29 объединены , образу  общий вывод, который заземлен о

Устройство по фиГо2 отличаетс  от устройства па, фиго тем, что в качестве источника питани  использован источник 30 знакопеременного напр жени  с заземленным полюсом

Устройство по фиГоЗ отличаетс  от устройства по фиго2 тем, что в качестве источника питани  использованы фазы А и В трехфазного источника питани , а в качестве коммутирующих элементов использованы двухпозицион- ные коммутаторы 31, 32 и введены св занные с землей дополнительные диоды 33-36, наличие которых не об зательно дл  обеспечени  работоспособности устройства о В случае необходимости нагрузка 27 может быть включена и на половину выходного напр жени  последнего каскада, как это показано на фигоЗо

Устройство по фиг.4 отличаетс  от устройства по тем, что первые цепочки накопительных элементов каждого дополнительного каскада умножени  напр жени  выполнена в виде одного конденсатора 37 (38). Выходна  цепочка также выполнена в виде одного

«конденсатора 39„ В качестве источни- ка питани  использована однофазна  сеть.

515

 щего из обкладок АО, 41 и провод щих сулоев 42, 43 о

Случай использовани  в качестве коммутирующих элементов, в варианте на фиг.2, фототиристоров 44 и 45 по сн ет фиг.6, где управление фототиристорами 44 и 45 осуществл етс  соответственно посредством источников излучени  46 и 47 (в качестве источников излучени  46 и 47 могут быть использованы, например, светоизлу- чающие диоды), которые через диоды 48 и 49 подключены к делителю напр жени , состо щего и  сопротивлений 50, 51, включенных под напр жение источника ЗОо Причем источник излучени  46 оптически св зан с фототиристором 45, а источник излучени  47 оптически св зан с фототиристором 44,

Случай использовани  в качестве коммутирующих элементов (фиг.2) тиристоров 51 и 52 по сн ет фиг.7,где управление отпиранием тиристоров осуществл етс  посредством блока 53, в качестве которого, в частности,можно использовать дополнительный источник электрической энергии знакопеременного напр жени , совпадающий по частоте и фазе с источником знакопеременного напр жени  30 и св занный с цепью управлени  тиристора 51 через диод, анод которого подключен к выводу упом нутого источника знакопеременного напр жени , а также св занный с цепью управлени  тиристора 52 через диод, катод которого подключен к выводу источншса знакопеременного напр жени .

Очевидно, что каждьш из конденса- торрв накопительных элементов может быть вьшолнен в Bi-me секций (блока) конденсаторов, включенных параллельно В случае, когда коммутируемое напр жение окажетс  больше номинального напр жени  фототиристора (фигоб) или тиристора (фиго7), можно два и более фототиристоров или тиристоров включать последовательное

Включение дополнительных диодов 33-36 в варианте, представленном на фиГоЗ, осуществлено с целью уменьшени  токов, протекающих через диоды предшествующих каскадов.

Рассмотрим работу предложенного устройства на примере варианта на фиг о 2 (принцип повьщ1ени  напр жени  во всех вариантах один и тот же)„

15290

После включени  в момент t,, (см ,

фиг.8) источника электрическо энергии 30 (смзфиг 5) конденсатор 5 зар жаетс  (диод 1 открыт, диод 2 заперт ), а к точке Е в интервале времени to - t, прикладываетс  от источника 30 отрицательный потенциал. После момента t к точке Е при„ кладываетс  положительный потенциал, диод 2 отпираетс  (диод 1 заперт) и конденсатор 6 зар жаетс  о С момента t количество отрицательных зар дов на обкладке конденсатора 5, подклю5 чещюго к точке Е, уменьшаетс , а

это приводит к увеличению потенциала другой обкладки конденсатора 5 и вследствие этого положительные зар ды с обкладки конденсатора 5 нере0 ход т на обкладку конденсатора 11,зар жа  конденсатор 11 до напр жени , превышающего напр жение источника 30, После момента t к точке Е пршчла- дываетс  отрицательный потенциал,кон5 денсатор 5 зар жаетс  (диод 1 открыт) восполн   при этом прежнее максимальное количество положительных зар дов на обкладке. С момента tа количество положительных зар дов на обкладке .

Q конденсатора 6, подключенного к точке Е, ут -1еньшаетс , а это приводит к увеличснгао потенциала другой обкладки конденсатора 6 и вследстгзие этого отрицате;тьнь е зар ды с обкладки конденсатора 6 переход т на обкладку ко 1денсатора 12, зар /ка  конденсатор 12 до напр жени , превышающего напр жение источника 30.

После момента tj к точке Е прнклап дьшаетс  положительньш потенциал, конденсатор 6 зар жаетс  (диод 2 открыт ) , восполн   при этом прежнее максимальное кол1тчество отрииатель- HbDi зар дов на обкладке , С момента

с t количество отрицательных зар дов на обкладке конденсатора 5, подключенного к точке Е, уменьшаетс , а это приводит к увеличение гютенциа- ла другой обкладки конденсатора 5 и

Q вследствие этого положительные зар ды с обкладок конденсатора 5 переход т на обкла,г;ку конденсатора i 1 , зар жа  конден. :.атор 11 до напр жени , нревьщ ающего напр жение источника 30

После момента t 4 BbnneonHcaFiHbnJ процесс повтор етс  о При замыкании коммутирующего элемента (коммутатора ) 16 (коммутатор 15 разомкнут) конденсатор 11 подключаетс  параллельно

5

5

15

конденсатору 13, зар жа  конденсатор 13, а при замыкании коммутатора 15 (коммутатор 16 разомкнут) конденсатор 12 подключаетс  па раллельно конденсатору 14 зар жа  конденсатор 14. При этом в процессе замыкани  коммутатора 15 (коммутатор 16 разомкнут) конденсаторы 11, 13, 21 соедин ютс  последовательно зар жа  конденсатор 21. В процессе замыкани  коммутатора 16 (коммутатор 15 разомкнут) конденсаторы 12, 14 и 22 соедин ютс  последовательно , зар жа  конденсатор 22.

При замыкании коммутатора 26 (коммутатор 25 разомкнут) конденсатор 21 подключаетс  параллельно конденсатору 23, зар жа  конденсатор- 23, а при замыкании коммутатора 25 (коммутатор 26 разомкнут) конденсатор 22 подключаетс  параллельно конденсатору 24, зар жа  конденсатор 24. При этом в процессе замыкани  коммутатора 25 (коммутатор 26 разомкнут) конденсаторы 21, 23 и 28 соедин ютс  последова Т12льно, зар жа  конденсатор 28; в процессе замыкани  коммутатора 26 (коммутатор 25 разомкнут) конденсаторы 22, 24 и 29 соедин ютс  последовательно , зар жа  конденсатор 29„

Аналогичным образом происходит повышение напр жени  при трех, четырех ,...,п каскадах.

Необходимо также отметить, что:

-частота переключени  коммутаторов может быть вз та равной (фиг.6) или меньше частоты источника,электрической энергии знакопеременного напр жени  30;

-чем больше частота источника знакопеременного напр жени , тем болшую мощность может обеспечить предложенное техническое решение на нагрузке 27 при тех же габаритах;

-коммутаторы каждого предыдущего или последующего каскадов могут включатьс  и отключатьс  одновременно - синхронно (см.фиг.1,3) или в противофазе (см.фиг.2);

-поскольку передача электрической энергии в предложенном техническом решении происходит слева направо то целесообразно переключение коммутаторов каждого последующего каскада осуществл ть с частотой равной или меньше частоты переключени  коммутаторов предыдущего каскада.

52908

В с.чучае выполнени  коммутаторов в виде фотоуправл ем 11х элементов синхронное переключение 1соммутаторов может быть осушествлено аналогично переключению коммутаторов по варианту на фиг о 6. В этом варианте в периоды положительной пол рности напр жени  источника 30 фототиристор 45 на

ходитс  в провод щем состо нии (так

как источник излуче и  46 оптически св зан с фототиристором 45), а фототиристор 44 находитс  к непровод щем состо нии. В периоды отрицательной пол рности напр жени  источника 30 фототиристор 44 находитс  в провод щем состо нии (так как источник излучени  47 оптически св зан с фототиристором 44), а фототиристор 45

находитс  в непровод щем состо нии

Очевидно, что мен   оптическую св зь дополнительных светоизлучающих элементов (подключенных параллельно светоизлучающим элементам 46 и 47 на фигоб дополнительные светоизлу- чающие элементы не показаны) с коммутаторами 25 и 26, выполненными в виде фототиристоров, можно осуществл ть как синхронное переключение

коммутаторов первого и второго каскадов , так и их переключение в противофазе (коммутатор 13 замыкаетс  и размыкаетс  одновременно с коммутатором 26, а коммутатор 16 замыкаетс  и размыкаетс  одновременно с комму- татором 25).

В качестве коммутаторов 15, 16, 25 и 26 могут быть использованы и другие коммутаторы, например тиратроны „

Claims (2)

1. Устройство дл  умножени  на- пр жени , содержащее входные выводы дл  подключени  к источнику знакопеременного напр женют, выходные выводы дл  подключени  нагрузки, пер- вьй каскад умножени  напр жени  и два добавочных диода, пр1«ем указанный каскад умножени  напр жени  состоит из двух диодов, первый из которых анодом, а второй катодом подключены к первому входному выводу, катод первого диода соединен с анодом первого добавочного диода и через первый накопительный элемент - с вторым входным выводом, анод второго диода соединен с катодом второго до91

баночного диода и через второй накопительный элемент - с третьим входным выводом, а свободные выводы силовых электродов добавочных диодов образуют выход первого каскада, о т - личающее. с  тем, что, с целью увеличени  кратности умножени  при одновременном упрощении, дополнительно введены п каскадов умножени  напр жени  и цепочка иэ двух последовательно соединенных выходных конденсаторов , включенна  между выходными выводами, дополнительные каскады умножени  напр жени  включены последовательно с первым каскадом и- каждьй из них включает первый и второй коммутирующие элементы, две цепочки , кажда  из двух последовательно соединенных накопительных элементов , а также первый и второй основные и первый и второй дополнительные диоды, причем в каждом из дополнительных каскадов умножени  напр жени  перва  цепочка накопительных элементов включена между анодом и катодом первого и второго основных диодов, образующих вход данного каскада , втора  цепочка накопительных элементов включена соответственно

0 О

между катодам и анодом этих же диодов , соединенных соответственно с анодом первого и катодом второго дополнительных диодов, свободные вы- воды силовых электродов которых образуют выход данного каскада, первый коммутирующий элемент включен между анодом первого основного диода и общей точкой соединени  накопительных элементов второй цепочки, второй коммутирующий элемент включен между катодом второго основного диода и общей точкой соединени  тех же указанных„накопительных элементов, общие точки соединени  накопительных элементов первых цепочек всех дополнительных каскадов объединены, образу  общий вывод, а свободные выводы электродов дополнительных диодов последнего каскада соединены с соответствующими выходными вьшодами.

2.Устройство по п.1, отличающеес  тем, что обща  точ ка соединени  выходных конденсаторов подключена к общему выводу.

3,Устройство по ПП.1 и 2, о т- личающеес  тем, что второй и третий входные выводы подключены друг к другу.

(pUP.3

(риг.

сригВ