SU947941A1

SU947941A1 - Device for charging reservoir capacitor

Info

Publication number: SU947941A1
Application number: SU772477031A
Authority: SU
Inventors: Борис Михайлович Сухарев; Анатолий Григорьевич Николаев; Геннадий Николаевич Петров
Original assignee: Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского
Priority date: 1977-04-19
Filing date: 1977-04-19
Publication date: 1982-07-30

Description

Изобретение относитс к импульсной технике и предназначено дл зар;ада накопительного конденсатора генератора мощных импульсов (например , в импульсных плазменных двигател х , оптических квантовых генераторах , электрической сварке мэталлов и т.п.).The invention relates to a pulse technique and is intended for charging the storage capacitor of a generator of high-power pulses (for example, in pulsed plasma engines, optical quantum generators, electrical welding of metal, etc.).

Известно устройство дл зар да накопительного конденсатора, содержащее источник переменного напр жени , зар д которого осуществл етс последовательным подключением к нему ключами через двухполупериодные выпр мители трех вторичных обмоток однофазного трансформатора 1.A device for charging a storage capacitor is known, which contains a source of alternating voltage, the charge of which is carried out by serial connection to it via keys via full-wave rectifiers of the three secondary windings of a single-phase transformer 1.

Недостатком известного устройства вл етс то, что в св зи с применением , источника однофазного переменного тока понижаетс надежность устройства из-за динамических ударов. Кроме того устройство имеет завышенные габариты и массу, что ухудшает его удельные энергетические показатели.A disadvantage of the known device is that, in connection with the use of a single-phase AC source, the reliability of the device is reduced due to dynamic shocks. In addition, the device has an oversized size and weight, which worsens its specific energy performance.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл зар дки накопительного конденсатора, которое содержит источник переменного напр жени (трансформатор) с группой, преимущественно , из трех обмоток, двухполупериодные выпр мители, например диодно-конденсаторные удвоители напр жени , входные диагонали которых соединены с соответствующей обмоткой источника, а выходные - с накопительными конденсаторами, и электронный коммутатор с двухсторонней проводимостью в виде не менее чем двух че10 ек из двух включенных встречно-параллельно тиристоров, причем одинаковые выводы первой и второй чеек соединены с концом первой и началом второй обмоток соответственно. Кроме того, в схеме устройства имеетс ин15 дуктивно-емкостный преобразователь (ИЕП), блок управлени (БУ), а число обмоток трансформатора и двухполупериодных выпр мителей может быть равно и. При этом число чеек элект20 ронного коммутатора составл ет n-lf21, Данное устройство вл етс однофазным , потребл ющим мощность, пульсирующую с двойной частотой, а также имеющим (по сравнению с трехфазным) Closest to the present invention is a device for charging a storage capacitor, which contains a source of alternating voltage (transformer) with a group, mainly of three windings, full-wave rectifiers, such as diode-capacitor voltage doublers, whose input diagonals are connected to the corresponding winding source, and the output - with storage capacitors, and an electronic switch with two-way conductivity in the form of at least two 10 of two included counter-parallel but thyristors, with the same conclusions of the first and second cells connected to the end of the first and the beginning of the second windings, respectively. In addition, in the device circuit there is an inductive-capacitive converter (IEP), a control unit (CU), and the number of transformer windings and full-wave rectifiers can be equal to and. At the same time, the number of cells in an electronic switch is n-lf21. This device is single-phase, consumes power, pulsates at double frequency, and also has (as compared to three-phase)

25 невысокие удельные энергетические показатели. Оно характеризуетс .низкой надежностью, и каждый накопительный конденсатор может зар жатьс лишь до одного уровн напр жени , 25 low specific energy indicators. It is characterized by low reliability, and each storage capacitor can be charged only to one voltage level,

30 . пропорционального входному напр женшс) трансформатора. Регулирование уровней напр жени накопительного конден сатора в этом устройстве также затрудкеноf что усложн ет регулирование скорости передачи энергии источника в накопитель. Цель изобретени -. повышение надежности устройства путем исключени в нем динамических ударов, а также улучшение удельных энергетических показателей устройства дл зар да накопительного конденсатора и обеспе чение трех уровней напр жени зар да конденсатора, что позвол ет регулиро вать скорость передачи энергии источника в накопительный конденсатор (НК). Поставленна цель достигаетс тем что в устройстве дл зар да накопительного конденсатора, содержащем источник переменного напр жени с п обмотками, например трем , двухполу периодные выйр мители, например диодно-конденсаторные удвоители напр жени , входные диагонали которых сое динены с соответствующей обмоткой источника, а выходные - с накопитель ным конденсатором, и электронный ком мутатор двухсторонней проводимости, состо щий из п 1 чеек, причем одинаковые выводы первой и второй чеек соединены с концом первой и началом второй обмоток соответственно, обмотки источникавыполнены в виде N-фазной cncTetJKif а другие выводы чеек подсоединены к концу второй и началу третьей обмоток источника соответственно. На фиг, 1 приведена электрическа схема устройства дл зар да накопительного конденсатора на фиг. 2 векторные диаграммы напр жений . Устройство содержит обмотки 1,2 и 3 источника переменного тока. К на чалу обмотки 1 подключены анод диода 4 и катод диода 5, а к концу - средн точка последовательно соединенны конденсаторов 6 и 7. К обмотке 2, фаза которой повернута на iSO, подключены по той же схеме диоды 8 и 9 и конденсаторы 10 и 11, а к обмотке 3 - диоды 12 и 13 и конденсаторы 14 и 15, Обмотки 1-3 разобщены, а кон денсаторы 6,7 и 10, а также 11,14 и 15 .соединены параллельно. Параллельно к ним подключен накопительный конденсатор 16, емкость которого велика по сравнению с другими. За р д конденсатора 1.6 происходит в течение большого числа периодов изменени переменного тока источника. Конденсатора б;7,10 ,11,14 ,15 и 16 через ключ 17 (или разр дник) подклю чены к генератору 18 мощных импульсо Блок 19 контрол напр жени включен параллельно конденсатору 16 и импуль сной нагрузке. Между концами обмоток 1 и 2 и началами обмоток 2 и 3 подключены соответственно встречно-параллельно тиристоры 20,21 и 22,23. Генератор 24 тактовых импульсов подает управл ющие импульсы на чейку 25 временного сдвига импульсов, выполненную, например, на кольцевом счетчике 26 и дешифраторе 27, Устройство дл зар да накопительного конденсатора может иметь три режима работы. Устройство работает следующим образом . Первый режим работы устройства, при котором накопительный конденсатор 16 зар жаетс до двойного амплитудного значени напр жени фазы источника переменного тока. Например, напр жение в обмотке 1 равно нулю, и в следующий момент времени оно начинает возрастать в положительном направлении. Тогда через диод 4 начинает зар жатьс конденсатор 6 и через 90 он зар жаетс до амплитудного значени напр жени обмотки 1. Вместе с конденсатором 6 (т.е. параллельно ) начинает зар жатьс накопительный конденсатор; 1б по цепи начало обмотки 1,-диод 4,-конденсатор 16,-конденсатор 7,-конец обмотки 1, Конденсатор 7 зар жаетс практически до амплитудного значени фазного напр жени , так как его емкость во много раз меньше емкости конденсатора 16. Нижн (по схеме) обкладка конденсатора 7 имеет положительный, а верхн - отрицательный потенциалы. Через 180° пол рность напр жени в обмотке 1 измен етс на обратную. Конденсатор 7 через 90 перезар жаетс (знаки показаны в скобках), а зар дный ток течет по цепи конец обмотки 1,-конденсатор 7,-диод 5,-начало обмотки 1. В это же врем происходит перезар д конденсатора 6, зар дный ток которого протекает по цепи конец обмотки 1,-конденсатор 6,-конденсатор 16,-диод 5,-начало обмотки 1. Таким образом, за период по конденсатору 16 течет ток перезар да конденсаторов 6 и 7. Другими словами, за один период к конденсатору 16 дважды прикладываютс посзледовательно соединенные зар женные до амплитудного фазного напр жени конденсаторы 6 и 7. По мере увеличени напр жени на конденсаторе 16 дол отдаваемой энергии от конденсаторов 6 и 7 снижаетс и становитс равной нулю при полностью зар жённом конденсаторе 16, В результате накопительный конденсатор 16 зар жаетс до удвоенного фазного напр жени . Со сдвигом 60 начинают зар жатьс по той же схеме конденсаторы 10 и 11, а через следующие бО - конденсаторы 14 и 15. Они передают своюthirty . proportional input voltage transformer. The regulation of the voltage levels of the storage capacitor in this device is also difficult, which makes it difficult to control the rate of energy transfer from the source to the drive. The purpose of the invention is. improving the reliability of the device by eliminating dynamic shocks, as well as improving the specific energy performance of the device for charging the storage capacitor and providing three levels of capacitor charge voltage, which allows you to adjust the rate of energy transfer of the source to the storage capacitor (NC). This goal is achieved by the fact that in a device for charging a storage capacitor containing a source of alternating voltage with p windings, for example, three, two-half period breakers, for example diode-capacitor voltage doublers, the input diagonals of which are connected to the corresponding winding of the source and the output - with a storage capacitor, and an electronic switch of two-way conductivity, consisting of n 1 cells, with the same conclusions of the first and second cells connected to the end of the first and the beginning of the second The windings of the source, respectively, are made in the form of N-phase cncTetJKif and the other terminals of the cells are connected to the end of the second and the beginning of the third windings of the source, respectively. Fig. 1 shows the electrical circuit of the device for charging the storage capacitor of Fig. 2 vector stress diagrams. The device contains windings 1,2 and 3 sources of alternating current. At the beginning of winding 1, the anode of diode 4 and cathode of diode 5 are connected, and at the end, the middle point is connected in series to capacitors 6 and 7. To winding 2, the phase of which is turned to iSO, diodes 8 and 9 and capacitors 10 and 11, and to winding 3 - diodes 12 and 13 and capacitors 14 and 15, Windings 1-3 are disconnected, and capacitors 6.7 and 10, as well as 11.14 and 15 are connected in parallel. In parallel, they are connected to a storage capacitor 16, the capacity of which is large compared to others. Over a series of capacitor 1.6 occurs during a large number of periods of alternating current source. Condenser b; 7,10, 11,14, 15, and 16 are connected via a switch 17 (or a arrester) to a powerful pulse generator 18. Voltage monitoring unit 19 is connected parallel to capacitor 16 and a pulse load. Between the ends of the windings 1 and 2 and the beginning of the windings 2 and 3, thyristors 20.21 and 22.23 are connected anti-parallel, respectively. A clock pulse generator 24 provides control pulses to a cell 25 for a time shift of pulses, performed, for example, on a ring counter 26 and a decoder 27. A device for charging a storage capacitor can have three modes of operation. The device works as follows. The first mode of operation of the device in which the storage capacitor 16 is charged to a double amplitude value of the voltage of the phase of the AC source. For example, the voltage in winding 1 is zero, and at the next time it begins to increase in the positive direction. Then, through the diode 4, the capacitor 6 begins to charge, and after 90 it is charged to the amplitude value of the voltage of the winding 1. Together with the capacitor 6 (i.e., in parallel), the storage capacitor starts to charge; 1b through the circuit, the beginning of the winding 1, diode 4, capacitor 16, capacitor 7, end of winding 1, capacitor 7 is charged to almost the amplitude value of the phase voltage, since its capacitance is many times smaller than the capacitor capacity 16. Lower ( according to the scheme) the capacitor plate 7 has a positive, and the top - negative potentials. Through 180 °, the polarity of the voltage in winding 1 is reversed. Capacitor 7 is recharged through 90 (the signs are shown in parentheses), and the charging current flows through the circuit end of the winding 1, capacitor 7, diode 5, and the beginning of the winding 1. At the same time, the capacitor 6 recharges, the charging current which flows through the circuit the end of the winding 1, -capacitor 6, -capacitor 16, -diode 5, -the beginning of the winding 1. Thus, during the period capacitor 16 flows through the capacitor 16 and overcharging capacitors 6 and 7. In other words, in one period 16 are twice applied to the consequently connected to the amplitude phase voltage The capacitors 6 and 7. As the voltage on the capacitor increases, the 16 percent of the energy supplied from the capacitors 6 and 7 decreases and becomes zero when the capacitor 16 is fully charged. As a result, the storage capacitor 16 is charged to double the phase voltage. With a shift of 60, capacitors 10 and 11 begin to charge in the same way, and through the following PF, capacitors 14 and 15. They transfer their

энергию точно так же, как и обмоткаenergy is exactly the same as winding

Iв конденсатор 16.I capacitor 16.

При работе в этом режиме зар да конденсатора 16 на тиристоры 20-23 сигналы управлени не подаютс .When operating in this mode of charge of the capacitor 16, the thyristors 20-23 do not receive control signals.

В св зи с тем, что напр жени на фазных обмотках 1-3 сдвинуты на 120 энерги источника передаетс в конденсатор 16 без динамических ударов, неизбежных в прототипе. Это обеспечивает повышение надежности устройства за счет исключени динамических ударов.Due to the fact that the voltages on the phase windings 1-3 are shifted by 120, the source energy is transmitted to the capacitor 16 without the dynamic impacts inevitable in the prototype. This provides increased reliability of the device by eliminating dynamic shocks.

Так как типова мощность трехфазного источника переменного тока примерно в 1,5 раза меньше, чем у однофазного источника, используемого в прототипе, типова мощность, габариты и масса устройства в целом уменьшаютс , что улучшает его удельные энергетические показатели в комплексе .Since the typical power of a three-phase AC source is about 1.5 times less than that of a single-phase source used in the prototype, the typical power, size and weight of the device as a whole decrease, which improves its specific energy performance in the complex.

Второй режим работы зар дного устройства , при котором накопительный конденсатор зар жаетс до напр жени , равного 2 Y3 Оф 2 и, где , фазное амплитудное значение напр жени .The second mode of operation of the charging device, in which the storage capacitor is charged to a voltage equal to 2 Y3 Of 2 and, where, the phase amplitude value of the voltage.

При работе в этом режиме подаетс управл ющий импульс на тиристор 20, которлй отпираетс -и соедин ет последовательно две фазные обмотки 1 и 2, с концов которых снимаетс линейное напр жение, используемое дл зар да конденсаторов 10 и 11. При переходе линейного напр жени через нулевое значение подаетс импульс управлени на открытие тиристора :21, поэтому зар д конденсаторов 10 и 11 происходит по двухполупериодной схеме выпр млени в течение одного периода линейного напр жени обмоток 1 и 2. Конденсаторы 10 и 11 передают свою энергию (дважды за период) конденсатору 16.When operating in this mode, a control pulse is applied to the thyristor 20, which is unlocked, and in series connects two phase windings 1 and 2, from the ends of which the line voltage is removed, used to charge the capacitors 10 and 11. When the line voltage goes over a zero value is given to the control pulse for opening the thyristor: 21, therefore the charge of capacitors 10 and 11 occurs on a full-wave rectifying circuit during one period of linear voltage of windings 1 and 2. Capacitors 10 and 11 transfer their energy (twice during period) capacitor 16.

В дальнейшем процесс зар да конденсаторов 10 и 11, а также 14 и 15 повтор етс до тех пор, пока конден|Сатор 16 не зар здитс до заданного значени напр жени .Subsequently, the process of charging capacitors 10 and 11, as well as 14 and 15, is repeated until the condenser | Sator 16 is charged to a predetermined voltage value.

Следует отметить, что процесс зар да конденсатора 16 в первом и втором режимах одинаков. Как в первом, так и во втором режиме энерги в конденсаторе 16 передаетс от источника за счет перезар дки конденсаторов 10It should be noted that the process of charging the capacitor 16 in the first and second modes is the same. In both the first and second modes, the energy in the capacitor 16 is transferred from the source by recharging the capacitors 10.

IIи 14,15.II and 14.15.

Зар д конденсатора 16 до двойного линейного напр жени требует в три раза больше энергии, чем его зар д до двойного фазного напр жени , поэтому и врем дл зар да кондейсатора 16 необходимо увеличить.The charge of the capacitor 16 to double linear voltage requires three times more energy than its charge to double phase voltage, therefore, the time for charging the capacitor 16 must be increased.

Третий режим работы зар дного устройства, при котором накопитель-, ный конденсатор 16 зар жаетс до учетверенного амплитудного фазного напр жени .The third mode of operation of the charging device, in which the storage capacitor 16 is charged to a quadruple amplitude phase voltage.

в этом режиме сигналы управлени подаютс на тиристоры 20-23, которые соедин ют последовательно фазные обмотки 1-3, одна из которых включена встречно по отношению к двум другим. Как известно,напр жение этих обмоток равно удвоенному фазному напр жению. Зар д конденсатора 16 происходит точно таким же образом, как и в первом режиме, если представить, что три последовательно соединенных обмотки In this mode, control signals are supplied to thyristors 20-23, which are connected in series with phase windings 1-3, one of which is turned on opposite to the other two. As is known, the voltage of these windings is equal to twice the phase voltage. The charge of capacitor 16 occurs in exactly the same way as in the first mode, if we imagine that three series-connected windings

G 1-3 фаз вл ютс одной фазной обмоткой , котора через диоды 4 и 5 зар жает конденсаторы 14 и 15 и параллельно подсоединенный к ним накопительный конденсатор 16.G 1-3 phases are one phase winding which, through diodes 4 and 5, charges capacitors 14 and 15 and a storage capacitor 16 connected in parallel to them.

5five

При прохождении положительной волны напр жени фазные обмотки 1-3 соедин ютс тиристорами 20 и 22, а при прохождении отрицательной волны тиристорами 21 и 23.With the passage of a positive voltage wave, the phase windings 1–3 are connected by thyristors 20 and 22, and with the passage of a negative wave by thyristors 21 and 23.

При работе в любом из трех режи0 мов устройство характеризуетс линейно падающими внешними (вольтамперными ) характеристиками, проход щими параллельно друг другу. В случае необходимости изменени уровн зар д5 ного напр жени конденсатора 16, а также скорости передачи энергии источника в него, в любой момент времени зар да последнего может быть осуществлен ступенчатый или плавный When operating in any of the three modes, the device is characterized by linearly falling external (volt-ampere) characteristics running parallel to each other. If it is necessary to change the level of charge of the voltage of the capacitor 16, as well as the rate of energy transfer of the source to it, at any time of the charge of the latter can be carried out stepwise or smooth

0 переход с одного режима зар да на другой . При этом не только устран ютс динамические удары по вгшу генератора и уменьшаютс помехи другим потр.е, бител м энергии, но и обеспечиваетс -, 0 transition from one charge mode to another. This not only eliminates the dynamic impacts on the generator and reduces the interference to other needs, energy bites, but also provides -,

5 возможность стабилизации напр жени накопительного конденсатора.при. изменении частоты и напр жение источника . , .5 the possibility of stabilizing the voltage of the storage capacitor. frequency variation and source voltage. ,

Возможность регулировани скорости The ability to adjust the speed

0 лереда 1и энергии источника в накопительный конденсатор позвол ет осуществл ть его зар д как до различногр напр жени , так и до одного и того, же напр жени при различных частотах разр да, например, в сварочной, элек5 троимпульсной технике обработки материалов и т.п.The power source 0 to the storage capacitor allows it to be charged both up to a different voltage level, and up to the same voltage at different discharge frequencies, for example, in welding, electropulse material processing techniques, etc. P.

Предложенна конструкци устройства обеспечивает повышение его надежности путем исключени динамических The proposed design of the device improves its reliability by eliminating dynamic

0 ударов при передаче энергии источника в НК. Кроме того, оно имеет улучшенные удельные энергетические показатели и обеспечивает зар д накопительного конденсатора до трех различ5 ных уровней напр жени , т.е. позвол ет регулировать скорость передачи энергии в накопитель.0 strokes in the transfer of energy source in the NC. In addition, it has improved specific energy indicators and provides a storage capacitor with up to three different voltage levels, i.e. allows you to adjust the speed of energy transfer to the drive.

Claims

Invention Formula

60

A device for charging a storage capacitor containing an alternating voltage source with semiconductors — for example, three, two-half