SU790142A1 - Устройство дл зар да накопительных конденсаторов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к импульсной технике, в частности к устройствам дл  зар да накопительных конденс торов, используемых в качестве импульсного источника питани  ламп накачки оптических квантовых генераторов , в локационной технике, в уста новках электроискровой обработки материалов и т.п. импульсных потребителей энергии. Известно устройство дл  зар да накопительного конденсатора мощных импульсов, содержащее источник переменного тока и вентильно-конденсатор ный выпр г штель-умножитель (удвоитель ) напр жени  Недостатками известного устрой .ства  вл етс  малое значение умножени - напр жени  и завышенные массогабаритнк1Э показатели устройства в целом. . Наиболее близким техническим решением к пре.цлагаемому изобретению  вл етс  устройство дл  зар да накопительного конденсатора, содержащее трехфазный источник переменного тока вентильно-конденсаторный выпр митель умножитель напр жени , образованный вентильной и конденсаторной  чейками последовательно соединенные конденса торы которого образуют накопительный конденсатор, подключенный к сопротивлению нагрузки через управл емый ключевой разр дник, и образующие с последовательно соединенными вентил ми кольцевую схему, при этом точки соединени  каждой пары конденсаторов подключены к одному из выводов фазовой обмотки трехфазного источника переменного тока, (Точка.соединени  каждой пары вентилей - к другому выводу этой обмотки, и блок контрол  напр жени  и управлени  ключевым разр дником 2 . Недостатками устройства  вл ютс  неравномерна  и неполна  нагрузка фаз.источника переменного тока и различные напр жени  на конденсаторах , а также завышение его массогабаритных показателей. Кроме того, в схеме практически отсутствует возможность простого регулировани  уровн  зар дного(напр жени  накопительных конденсаторов генератора мощных импульсов. Цель изобретени  - улучшение массо-габаритных показателей устройства . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  зар да накопительного конденсатора, содержащем трехфазный источник переменного тока вентильно-конденсаторный выпр мительумножитель напр жени , образованный вентильной и конденсаторной  чейками последовательно соединенные конденсаторы которого образуют накопительный конденсатор, подключенный к сопротивлению нагрузки через управл емый ключевой разр дник, и образующие с последовательно соединенными вентил ми кольцевую схему, при этом точки соединени  каждой пары конденсаторов подключены к одному из выводов фазовой обмотки трехфазного источника переменного тока, точка соединени  каждой пары вентилей - к другому выводу этой же обмотки, и блок контрол  напр жени  и управлени  ключевым разр дником, вентильна  и конденсаторна   чейки объединены и образуют шесть последовательно соединенных вентильно-конденсаторных групп, выполненных в виде кольцевой схемы, причем началом каходой вентильноконденсаторной группы  вл етс  анод неуправл емого вентил , катод которого соединен с одной обкладкой конденсатора , а концом - катод управл емого вентил , анод которого соединен с другой обкладкой того же конденсатора , все шесть вентильно-конденсаторных групп через ключевой разр дник соединены последовательно, а крайние выводы вентильно-конденсаторных групп подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам устройства, при этом одни из выводов каждой фазовой обмотки трехфазного ист.очника переменного тока подключены к началам трех соседних вентильно-конденсаторных групп и к концам трех других вентильно-конденсаторных групп, а вторые выводы фазовых обмоток того же трехфазного источника переменного тока объединены и подключены к катодам шести коммутирующих управл емых вентилей, аноды которых соединены с обкладками соответствующих пар конденсаторов .

На чертеже представлена принципиальна  электрическа  схема устройства дл  зар да накопительного конденсатора .

Устройство содержит источник 1 тр фаэного переменного тока, фазовна обмотки которого соединены по схёЫе звезда с выведенным нулем . (нейтралью) , своими линейными выводами подключенный к шести вентильноконденсаторным группам и осуществл ющий зар дку шести конденсаторов по двухполупериодной -схеме выпр млени . Кажда вентильно-конденсаторна  группа состоит соответственно из одного управл емого вентил -тиристора (2, 3, 4, 5, 6 и 7), одного неуправл емого вентил -диода (8,9,10,

11, 12 и 13) и одного конденсатора (14, 15, 16, 17, 18 и 19). Катод тиристора и анод диода каждой из этих групп подключены к линейным .выводам трехфазного источника переменного тока, а анод тиристора и катод диода -этой .же группы соединены с обкладками конденсатора. Три вентильно-конденсаторные группы подключены соответственно к линейным зажимам трехфазного источника переменного тока АВ, ВСиСАв пр мом направлении, а три другие группы - к тем же линейным зажимам в обратном направлении . Все шесть конденсаторов вклю1чены между собой последовательно че резуправл емый ключевой разр дниктиристор 20, а крайние выводы конденсаторов 14 и 17 подключены к положительному и отрицательному выводам устройства, соединенным с сопротивлением импульсной нагрузки 21.

Точка соединени  анода тиристора с конденсатором в каждой из шести групп подключена к аноду коммутирующего тиристора 22, 23, 24, 25, 26 и 27, катод которого соединен с нулевой точкой трехфазного источника 1 переменного тока.

Блок 28 контрол  напр жени  накопительного конденсатора подключен к iгенератору 29 тактовых импульсов, который подает импульсы к устройству временного сдвига импульсов, выполненному , например, на кольцевом счетчике 30 и дешифрато ре 31. Переключатель 32 служит дл  выбора режима работы устройства. Управл ющие электроды всех тиристоров схемы выведены на шины управлени ,которые имеют ту же нумерацию, что и все тиристоры (2-7, 20 и 22-27) . Шина управл ющих электродов коммутирующих тиристоров 22-27 обща , и она подключена к нулевой точке трехфазного источника переменного тока. Пор док срабатывани  всех тиристоров схемы в казвдом из трех режимов работы устройства соответствует пор дку цифр, обозначенных на дешифраторе.

Устройство дл  зар да накопительного конденсатора (в зависимости от программы подачи управл ющих импульсов на тиристоры) может работать в трех различных режимах, при этом напр жение, до которого зар жаетс  г накопительный конденсатор, измен етс  в достаточно большом диапазоне.

При рассмотрении рйботы устройства в первом режиме (зар дное напр жение каждого конденсатора равно амплитудному значению линейного напр жени  трехфазного источника переменного тока) условимс  считать, что в начальный момент времени линейное напр жение АВ равно нулго, ив следующий момент времени оно увеличиваетс  в положительном направлении. Примем это за начало отсчета. От деширатора 31 поступает управл ющий импульс на открытие тиристора 6, который отпираетс , и ток от фазы АХ через диод 12- поступает в конденсатор 18, а через тиристор б возвращаетс  фазу BY. Черезчетверть периода конденсатор 16 зар дитс  до амплитудног значени  линейного напр жени  трехфазного источника переменного тока, ток зар дки станет равным нулю, и тиристор б погаснет естественным путем. В свою очередь через 60° от начала отсчета времени возникает отр дательна  волна линейного напр жени  фаз СА, и в этот же момент времени подаетс  управл ющий импульс на открытие тиристора 4,который отпираетс открыва  доступ зар дного тока в конденсатор 16. Через четверть периода конденсатор 16 зар дитс  до амплитудного значени  линейного напр ;кени  трехфазного источника переменного тока, а тиристор 4 погаснет. Через 120 от начала отсчета возникает положительна  волна линейного напр жени  фаз ВС. От дешифратора 31 поступает управл ющий импульс на отпирание тиристора 5, и производитс  зар дка конденсатора 17. Так как процесс з-ар дки всех шести конденсаторов одинаков, то далее перечислим очередность отпирани  тиристоров и последовательность зар дки конденсаторов . Следующие управл ющие импульсы подалотс  сначала на тиристор 3, далее на тиристор 7, а затем на тиристор 2. Сначала зар жаетс  конденсатор 15, далее конденсатор 19, а затем конденсатор 14. Следовательно, за врем , соответствующее одному периоду изменени  напр жени , все шесть конденсаторов оказываютс  зар женными до амплитудного значени  линейного напр жени  источника. При подаче управл ющего импульса на управл емый разр дник-тиристор 20 все шесть конденсаторов по отношению к импульсной нагрузке 21 включены последовательно , а напр жение, приложенное к нагрузке, равно шестикратному амплитудному значению линейного напр жени  трехфазного источника переменного тока.

В предлагаемом устройстве дл  зар да накопительного конденсатора предусмотрена также возможность ликвидации периодической составл ющей тока в импульсной нагрузке. Известно, что любой генератор мощных импульсов имеет свою собственную индуктивность, к которой добавл етс  индуктивность токопровод щих проводов и шин. Реактивное сопротивление этих индуктивностей ,. при всем стремлении к их уменьшению , если учесть большую частоту разр дного тока, имеет значительную величину. Условно примем, что емкости всех шести последовательно соединенных конденсаторов устройства равны

между собой. Тогда их можно заменить одним эквивалентным. При его разр де на импульсную нагрузку ток, протекающий по индуктивности, злпасает в ней энергию магнитного пол . При полном разр де накопительного конденсатора по нему будет продолжать течь ток за счет энергии, накопленной в индуктивности (направление тока раз- . р да накопительного конденсатора совпадает с током в индуктивности),

fO перезар жа  накопительный конденсатор . При этом возникают дополнительные потери как в импульсной нагрузке, так и в самом устройстве дл  зар да..

Дл  устранени  этих потерь в мо15 мент полного разр да накопительного конденсатора подаетс  управл ющий импульс на тиристор 5, который отпираетс  и замыкает через диод 8 выходные выводы устройства (импульсной нагрузки). Энерги  магнитного пол 

0 при этом будет рассеиватьс  на со- . противлении коротко замкнутой цепи,. Подобное рассеивание энергии, запасенной в индуктивности, используетс  во всех трех режимах работы уст5 ройства.

Во втором режиме работы устройства зар дное напр жение каждого конденсатора равно амплитудному значению фазного напр жени . При возник0 новении положительной волны напр жени  в фазе АХ дешифратор 31 выдает управл ющие импульсы на коммутирующие тиристоры 24 и 26, при этом зар жаютс  конденсаторы 16 и 18.

5 Спуст  четверть лериода ток зар дки конденсаторов становитс  равным нулю, и коммутирующие тиристоры гаснут. При по влении положительной волны напр жени  в фазе BY управл ющие импульсы подаютс  на ком0 мутирующие тиристоры .23 и 25, и происходит зар дка конденсаторов 15 и 17. Далее зар жаютс  конденсаторы 19 и 14, так как импульсы управлени  поступают на коммутирующие ти5 ристоры 27 и 22. Разр д накопительного конденсатора производитс  подачей импульсов управлени  на разр дник-тиристор 20. Все шесть соединенных последовательно конденсаторов

0 разр жаютс  на импульсную нагрузку 21.

В третьем режиме работы устройства .напр жение каждого конденсатора

;равно одной трети амплитуды фазного напр жени . При этом работает лишь .

5 одна фаза CZ трехфазного источника переменного тока. При во.зникновении положительной волны напр жени  от- . крываютс  коммутирующие тиристоры 25 к 24, и к двум группам конденсаторов 14-16, а также 17-19 приклады0

1ваетс  фазное напр жение трехфазного источника переменного тока. Каждый конденсатор при этом зар жаетс  до напр жени ,равного одной трети амплитуды фазного напр жени .

Следовательно, накопительный конденсатор может зар жатьс  до трех уровней напр жений , 6 2ТГ(}) и , где иф и Uj - соответственно действующие значени  фазного и линейного напр жени  трехфазного источника переменного тока.

Предлагаемое устройство позвол ет измен ть напр жение на нагрузке в широком диапазоне, так как осущест . вл ет бестрансформаторное повышение напр жени  зар дки накопительного конденсатора, а элементы выпр мител  и источник по изол ции могут быть подобраны на напр жение, в шесть раз меньшее, чем напр жение импульсной нагрузки. Оно обеспечивает экономичный зар д накопительного конденсатора от источника трехфазного переменного тока при частоте разр дных импульсов , равной частоте источника тока . Изменением программы подачи импульсов управлени  на тиристоры схемы возможно получение трех уровней напр жени  зар да шести емкостей накопительного конденсатора, тем самым существенно снижа  требовани  к изол ции элементов схемы устройства и к источнику трехфазного переменного тока, что улучшает массо-габаритные показатели устройства в целом

Таким образом, объединение вентильной и конденсаторной  чеек, вентили и конденсаторы которых-образуют шесть последовательно соединенных вентильно-конденсаторных групп, выполненных в виде кольцевой схемы, причем началом каждой вентильно-конденсаторной группы  вл етс  анод неуправл емого вентил , катод которого соединен с одной обкладкой конденсатора , а концом - катод управл емого вентил , анод которого соединен с другой обкладкой того же конденсатора , все шесть вентильно-конденсаторных групп через ключевой разр дник соединены последовательно, а крайние выводы вентильно-конденсаторных груп подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам устройства, при этом одни из выводов каждой фазовой обгютки трехфазного нточн1 ка переменного тока подключены к началам трех соседних вентильноконденсаторных групп и к концам трех других вентильно-конденсаторных групп, а вторые выводы фазовых обмоток того же трехфазного источника nejkeMeHHoro тока объединены и подключены к катодам шести коммутирующих управл емых вентилей, аноды которых соединены с обкладками соответствующих пар конденсаторов, обеспечивает улучшение массо-габаритных показателей устройства дл  зар да накопительного конденсатора, величина энергии, запасаема  которым, регулируетс  с помощью коммутирующих управл емых вентилей-тиристоров и блока контрол 

напр жени  и управлени  ключевым раз- р дНИКОМ.

Claims (2)

1.Чиженко И. М., Руденко В. С. и Сенько В. И. Основы преобразоваQ тельной техники. М., Высша  школа 1974, с.337, рис. 11.5.

2.Рогинский В. Ю. Электропитание радиотехнических устройств. М. Л,, ГЭИ, 1957, с.147, рис.3.30 ( прототип).