Импульсный преобразователь

(193 (11ЯО, 59 Н 02 И ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЙО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЬГГИИ(71) Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова и Центральный на"учно-исследовательский институт мате, риалов и технологии тяжелого и транспортного машиностроения(541 (57) ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ,содержащий тиристорный мост с коммутирующим конденсаторомв диагоналипеременного тока и включенную последовательно с мостом цепь нагрузки,выводы для подключения источника питания, конденсатор и два диода, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности путем ограничения скорости нарастания тока на тиристорах, он снабжен двумя дополнительными диор(ами, двумя дросселями фильтра и четырьмя двухобмоточными коммутирующими дросселями, первичные обмотки которых включены после;товательно с тиристорами моста, а последовательно с вторичными обмотками включены диоды, образуя четыре цепочки, одноименные выводы которых объе-. динены и подключены к соответствующим выводам цепи нагрузки, причем тиристорный мост совместно с цепью вс нагрузки зашунтирован конденсатором, соединенным через дроссели фильтра с выводами для подключения источника питания.Изобретение относится к преобразо вательной технике и предназначено для преобразования постояцного тока в однополярный импульсный ток для питания активной нагрузки, например, технологической установки для обра ботки изделий с помощью тлеющего разряда. К такой газоразрядной установке может быть отнесена, например, технологическая установка ионного аэотирования, в которой для уменьше ния времени воздействия дугового раз. ряда на поверхность обрабатываемых деталей требуются униполярные, легко снимаемые при аварийной ситуации, импульсы тока. 15Известен тиристорно-конденсаторный преобразователь постоянного тока в импульсы однополярного тока, Йротекающего через,нагрузку. В преобразователе последовательно с нагрузкой включен тиристорный мост с коммутирующим конденсатором в цепи переменного тока. Питается устройство от источника постоянного напряжения. Тиристоры противоположных плеч моста отпираются попарно поочередно. При этом каждый такт через нагрузку протекает ток перезаряда коммутирующего конденсатора, т.е. осуществляется последовательная конденсаторная.коммутация, Скорость на- З 0 растания импульсов тока через активную нагрузку определяется скоростью отпирания тиристоров, а скорость спа. да и длительность импульсов тока определяются емкостью коммутирующего 35 конденсатора и величиной сопротивления активной нагрузки. ймплитуда тока существенно зависит от величины сопротивления нагрузки. Регулируя частоту перезаряда конденсатора, можно регулировать среднюю величину напряжения на нагрузке. С увеличением частоты выше некоторого граничного значения преобразователь переходит в режим непрерывных токов нагрузки. 45 В этом режиме проводившая пара тиристоров не выключается вплоть до момента включения следующей пары ГЦ Известный преобразователь имеет ряд недостатков, что ограничивает воэможность его использования для питания технологических газоразрядных установок, хотя имеет место быстрое снятие импульсов разрядного тока через камеру установки при возникновении в ней дуговых разрядов. В таком преобразователе из-за большой скорости нарастания импульсов тока тиристоры плохо используются по мощности . Нет стабильности .режи мов работы при изменении сопротивления нагрузки. Велика, мощность в импульсе тока в случае образования дугового разряда, что может повредить обрабатываемое изделие 65 Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь с дозированной передачей энергии в нагрузку, содержащий тиристорный коммутирующий мост, подключенный одним выводом к одному входному зажиму источникапитания. В диагональ переменного тока моста включен коммутирующий конденсатор. Последовательно с мостомвключена последовательная цепь изактивной нагрузки (камеры ионногоазотирования) и токоограничивающейиндуктивности, которая через тиристор коммутирующего устройства, включенного на входе, присоединена к,другому входному зажиму. Для выводаизбыточной энергии, накопленной втокоограничивающей индуктивности,преобразователь переводится в режимрекуперации энергии. На базе этогопреобразователя создан источник питания, специально предназначенныйдля питания мощной печи ионного аэотирования, в котором с целью защитыобрабатываемых деталей от воздействия электрической дуги камера ионного азотирования зашунтирована тиристором, который включается всякийраэ при возникновении дугового разряда внутри камеры, При этом накопленная в индуктивности энергия черездва диода в схеме преобразователяи через шунтирующий тиристор возвращается в источник питания (в фильтровый конденсатор источника). Только после сброса энергии, накопленной в токоограничивающей индуктивности, и времени бестоковой паузы, необходимой для восстановления управляемости шунтирующего тиристора, возможно очередное включение тиристорного моста, формирующего импульс тока через нагрузку 121.Однако в указанном преобраэователе по условиям работы тиристоров формируются импульсы тока с. относительно небольшой частотой до 700 Гц. Приэтом всякий раз при переходе тлеющего разряда в дуговой иэ-за большойдлительности импульса тока приходится шунтировать камеру ионного азотирования тиристором, чтобы защититьобрабатываемые изделия от длительного воздействия дуги и от повреждения. Каждое такое шунтирование соответствует короткому замыканию, для ликвидации которого каждый раз сбрасывают накопленную в ограничительной индуктивности энергию в источник питания. Из-за большой скорости нарастания тока и большой амплитуды. тока тиристоры плохо используются по мощности и надежность их работы понижена.Цель изобретения - повышение надежности путем ограничения скорости нарастания тока на тиристорах. Поставленная цель достигается тем,что импульсный преобразователь, содержащий тиристорный мост с коммути-.рующим конденсатором в диагонали переменного тока и включенную последовательно с мостом цепь нагрузки, выл воды для подключения источника питания, конденсатор и два диода, снабжен двумя дополнительными диодами,двумя дросселями .ильтра и четырьмядвухобмоточными коммутирующими дросселями, первичные обмотки которыхвключены последовательно с тиристорами моста, а последовательно свторичными обмотками зключены диоды,образуя четыре цепочки, одноименныевыводы которых обаединены и подключены к соответствующим выводам цепинагрузки., причем тиристорный мостсовместно с цепью нагрузки зашунтирован конденсатором, соединенным через дроссели фильтра с выводами дляподключения источника питания.На чертеже изображена схема уст ройства.Преобразователь содержит фильтровые дроссели 1 и 2.,конденсатор 3(разделительный ), коммутирующий конденсатор 4, включенный в диагональ 25переменного тока моста на тиристорах5-8, последовательно с которыми включены первичные обмотки 9-12 коммути-.рующих дросселей, а их вторичные обмотки 13-1 б включены последовательно 30с диодами 17-20, активную нагрузку 21,гаэоразрядный промежуток.Устройство работает следующим образом.Предварительно от источника питания через дроссели 1 и 2 заряжаетсяконденсатор 3. Тиристоры 5, 8 и 6, 7отпираются попарно поочередно. Приэтом вконтуре инвертора через на-груэку 21 протекают униполярные импульсы высокочастотного тока. Так,при отпирании, например тиристоров5 и 8 импульс тока протекает по цепи: конденсатор 3 - тиристор 5конденсатор 4 - тиристор 8 - нагрузка 21 - конденсатор 3. После прекра-.45щения тока через тиристоры 5 и 8с некоторой бестоковой паузой включаются очередные тиристоры Ь и 7 ивновь протекает импульс тока по цепи:конденсатор 3 - тиристор б - конденсатор 4 - тиристор 7 - нагрузка 21конденсатор 3. После прекращения Тока через тиристоры б и 7 с некоторойбестоковой паузой отпираются тирис торы 5 и 8 и процесс повторяется 55аналогично выше описанному. Каждый раз через нагрузку 21 импульс тока протекает справа налево, т.е. в одну . сторону.При протекании импульсов тока по 60 обмоткам 9-12 коммутирующих дросселей во вторичных обмотках 13-16 на", водится ЭДС индукции. Если во второй половине импульса тока ЭДС индукции во вторичных обмотках окажется вьиае,чем падение напряжения на нагрузке21, открываются соответствующие вентили 17-20 и через них и через нагрузку 21 протекают импульсы тока поцепям: нагрузка 21 - диод 17 - обмотка 13 - нагрузка 21, нагрузка 21обмотка 16 - диод 20 - нагрузка 21или нагрузка 21 - диод 18 - обмотка14 - нагрузка 21, нагрузка 21 - обмотка 15 - диод 19 - нагрузка 21.Эти импульсы тока в нагрузке 21 совпадают по направлению с основнымиимпульсами тока, протекающего черезсоответствующие тиристоры. При этомв нагрузке 21 выделяется дополнительная мощность и увеличивается напряжение на ней. Одновременно ограничиваются возможные перенапряжения вовсем контуре инвертора, так как запасаемая в коммутирующих дросселяхизбыточная магнитная энергия расходуется на увеличение, тока в нагрузке 21,Преобразователь работает в колебательном режиме.Для поддержания такого режима необходимо, чтобы сопротивление нагрузки гаэоразрядного промежутка технологической установки было меньшекритического. Сопротивление нагрузки может возрасти выше критического,если разрядный ток станет ниже минимально допустимой величины, т.е.электрический разряд будет затухать,Чтобы колебательный процесс полностьюзавершился и тиристоры выключились,,необходимо поддерживать состояниеколебательного режима при снижениитока тиристоров до полного их выключения. Индуктируемый во вторичных обмотках коммутирующих дросселей токпротекает через нагрузку - газоразрядный промежуток, удлиняя длительность импульса тока через нагрузку.При этом импульс тока через тиристоры заканчивается раньше чем ток вцепях с вторичными обмотками. Этопрепятствует увеличению сопротивле.ния газораэрядного промежутка и создает условия для сохранения колебательного режима инвертора в переходном режиме во время снижения основного импульса тока, протекающего через тиристорный мост, Учитывая длительность затухания тока в цепях свторичными обмотками, можно отпиратьочередные тиристоры раньше, чем этотток закончится. При этом поддерживается достаточной интенсивности разряд через газовый промежуток в течение времени от момента выключения ти.ристоров ячейки до момента включенияочередных тиристоров ячейки, что сохраняет колебательный режим.Кроме того, для увеличения надежности, можно поддерживать малое сопротивление гаэоразрядного промежутка, непрерывающийся разряд в газоЗаказ 177149, Тираж 667 Подписное ВЯИИПИ Государственного комитета СССР "по делам изобретений и открытий 113035 Яосква, Ж-.35, Раушская наб д, 4/5 филиалППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная, 4 Рэрядном промежутке, пропуская через него относительно небольшой постоянный ток от постороннего источника. Этот ток мал по сравнению с током от иивертора. (Кстати, такой источник имеется в технологической установке для осуществления начального разряда в гаэоразрядном промежутке при запуске. Включение инвертора можно осуществлять после сформированного разряда .от внешнего ис точннка),