Способ формирования импульсов тока в нелинейной нагрузке

(М,ВВВ ЫФЕМ дФ МФ:. 1вя.тем с,. 1 "с,: с ., лВ.Яр , г Оп С Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Совэ Советских Социалистических Республик(23) Приоритет В 23 Р 1/ОО Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК 621. 9,048. .4.0 б(088.8) Дата опубликования описания 300580(72) Автор изобретения А.Г.Николаев Военный инженерный Краснознаменный институт им. А.Ф. Можайского(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ ТОКА В НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКЕУказанна то прн Фор пульсов зад ередав аемоцель достигаетровании разрядного значения в нагрузку, о Изобретение относится к области злектрофизической обработки,материалов, в частности касается генераторов уннполярных импульсов для электроэрбзионной обработки, а также может быть использовано в электро- и радиотехнике для питания различных . импульсных нагрузок (ИН) от накопительных конденсаторов (НК) и источников переменного тока (ИПТ), осущестрляющих заряд емкостных накопителей энергии (ЕНЭ) через выпрямитель.Известен способ импульсного питания нагрузок с ЕНЭ, заряженным от ИПТ в одном, например, нечетном полупериоде изменения напряжения источника и коммутации управляемыми ключа" ми в том же или в другом полупериоде импульсной нагрузки, НК и источ" ника в момент достижения напряжением 20 источника заданного (обычно максимального) значения 1),При таком способе ток разряда кон денсатора суммируется с током ИПТ, 25 что увеличивает мощность в импульсе, однако низкая скважность (обычно не более четырех) ограничивает возможность увеличения скорости передачи энергии источника в нагрузку. у 2Недостатками известного способа передачи энергии источника в ЗП являются невысокая скорость этой передачи, оцениваемая мощность в импульсах тока, а также низкие удельные энергетические показатели устройств, Формирующих импульсы тока в ЭП. Скорость передачи энергии источника в нагрузку и энергетические показатели устройств увеличиваются при разряде накопительного конденсатора в.случае его разобщения от источника, однако частота Формирования разрядных импульсов тока при этом существенно уменьшается, что уменьшает скорость и производительность электроэрозионной обработки.Цель изобретения - увеличение скорости передачи энергии источника в нагрузку,регулирование, в частности стабилизация значения мощности в разрядных импульсах при изменении частоты и напряжения источника электрической энергии и улучшение удельных энергетических показателей устройств для его реализации,(пропорцибнальной емкости кондейсатора и квадрату напряжения на егообкладках), а после достижения мгно.венным напряжением источника своегомаксимального амплитудного значениябравнивают расчетное требуемое с -измеренным мгновенным значением, ив момент достижения равенства срав-ниваемых напряжений производят суммйрование напряжений источника ив .заряженного накопителя, подают нанагрузку полученное суммарное на.пряжение, заряжают конденсатор напряжением обратной (по отношению кпервоначальной, предшествующей мо-менту начала его разряда) полярностй"ив момент окончания его зарядаотключают импульсную нагрузку.Способ может быть осуществлен " генератором униполярных импульсов,выполненным по схеме, содержащей -ВХбдные клеммы для подключейия ИПТ,выхЬдные клеммы для подключения ЭП,двухполупериодный мостовой выпряМйтель, одна из клемм входной диагонаЛи которого образует первую входную клемму устройства, ключевой:элемент, НК и блок контроля напря" яйКийисточника и конденсатора иУправления вентилями (БКНИКУВ) выпрймителя." В устрбйстве, позволяющем осуществить предлагаемый способ,. накопительный конденсатор одной своейобкладкой соединен со второй клеммой входной диагонали выпрямителя,,а вторая обкладка НК образует втор 9 Ъ"входную клемму устройства; приэтбмв" качестве. ключевого элемента"использован полупроводниковый ключс двухсторонней проводимостью (например, симистор или два включенныевстречйо-параллельно тиристора),который подключен к клеммам входной диагонали упомянутогб выпрямителя.На фиг. 1 представлена структурнаясхема устройствами на фиг. 2 - временная диаграмма изменениянапряженийв устройстве на фиг. 3 - электри-ческая схема устройства формированияимпулъсов тока на частоте источникас йспользованием одного НК; на фиг,4.схема формирования"импульсов начастоте йсточника с исПользованием двухНК; на фиг, 5 - схема формированияимтфльсов начастоте, вдвое превышающей частоту источника.устройство содержит входные клем йы;цля подключЕния источника 1 переменного тока (имеющего обычно малое внутреннее сопротивление), выходные клеммы 2 для подключения"электроэрозионного промежутка, на- .копительный .конденсатор 3 и блок 4"чправляемых зарядно-разрядных клю%ьдФ чей; осуществляющих заряд емкостного йакопителя энергии от источникав одном, например, первом и последующих нечетных полупериодах изменения напряжения источника 1. ВоврЕмя заряда НК мгновенные значеннянапряжения источника измеряются блоком 5, а напряжение конденсатора -блоком б. Последний запоминает напряжение накопителя и по заданнойвеличине энергии, передаваемой внагрузку во время разрядного импульса и значению энергии, запасеннойконденсатором, определяет значениенапряжения источника, требуемое вмомент начала формирования этого им 5 пульса. В системах с неизменной энергией в импульсе и стабилизированнымнапряжением источника этот разрядцелесообразно осуществлять при максимальном напряжении источника, т.е,20 импульсы можно формировать в каждомполупериоде изменения напряженияистбчника, Если энергия в импульседолжна иметь- значение меньше макси" мальнб возможного, то после достиже 25 ния напряжением источника своегоамйлитудного значения его мгновенноезначение сравнивают с требуемым расчетным значением и в момент достиже- ния равенства сраввниваемах напряже- .ний с помощью блока 4 суммируют мгноЗО., венное напряжение источника с напряжением накопителя и подают эту сумму напряжений на эрозионный промежуток,Энергия, предварительно запасеннйя конденсатором, передается приэтом в ЭП, а конденсатор разряжается. Источник в это время отдаетв нагрузку энергию,. равную энергии,запасенной в поле конденсатора в40 момент, предшествующий моменту егоразряда, По окончании разряда НК напряжение на обкЛадках становится равным-нулю и так как сопротивлениеразряженного конденсатора равно нулю,энергия"Источника передается в ЭП через конденсатор, а конденсатор заряжается противоположной полярностьючерез сойротивление эрозионного промежутка (перезаряжается) практическипри неизменном мгновенном значениинапряжения источника, При таком заряденакопителя 50 энергии рассеивается в ЭП, По.мере. заряда конденсатора его" напряжение повышается, а таккак это напряжение имеет полярнЬсть,55 противоположную полярности напряженйя истбчника; тб в момент окончанияперезаряда конденсатора напряженйена ЭП становится равным нулю. Нагрузку в это время отключают от источникащ и накопителя, напряжения которых контролируют соответственно блоки 5 и 6.В связй с тем, что энергия, отдаваемая конденсатором во время егоперезарядавдвое превышает энергиюу 5- отФаваеМую им прн разрядке, а энергия, выделяющаяся в ЭП, равна сумме ке формируется разрядный импульсэнергий источника и НК, емкость на- тока, конденсатор перезаряжается,копителя при рассмотренном способецо окончании перезаряда тиристор 9формирования разрядных имйульсов то- гаснет. После этого импульса кондеяка в нагрузке в 4 раза меньше емкос- сатоо 3 через диод 7 снова перети одиночно разряжаемого конденса заряжается, в результате чего онтора - накопителя, не:использующего . оказывается заряженным до амплитудэнергию ИПТ при формировании импуль- ного значения напряжения истьчникаса тока,Далее процессы повторяются циклиЭнергия, запасенная в поле кон-, чески,денсатора в момент его перезаряда,: цможет быть возвращена в источник илиеормирование разрядного импульсаиепользована для формирования очеред" :путем суммирования напряжений и энерного импульса тока в нагрузке. Так, гий ИПТ и НК позволяет в 4 раза умень-если в момент времениискочник шить емкость (и соответственно вес)имел напряжение е , а конденсатор": конденсатора. Если учесть, что прибыл перезаряжен до напряжения П=-е этом также отпадает надобность в прин ключи блока 4 отключили его от , менении дросселей, то выигрыш в весеисточника и ЭП, в следующем полупе-оказывается еще более значительным.риоде изменения напряжения источникаэти напряжения имеют один и тот же В варианте схемы формированиязнак (фиг. 2), что позволяет легко 20 импульсов на частоте источника, приосуществить их суммирование на на- веденном на фиг, 4,напряжение исгрузке в момейт 1 без каких-либо . точника суммируется с напряжением2преобразований,. . двух конденсаторов, одиниз которых: уменьшение емкости нк в 4 раза заРяжается через диод 7, а второйсоответственно сокращает время форми через диод 10. Работа этого формироварования разрядного импульоа тока, .теля импульсбв аналбгйчна работеПри малом сопротивлении источника. Устройства по фиг. 3,длительность импульса передачи энергии источника в нагрузку определи-Более совершеиным является устется сопротивлением этой нагрузки, 30 ройство по схеме фиг. 5. В этомтак как максимальная скорость пере- устройстве разрядные импульсы токадачи энергии из конденсатора опре- формируются на каждом полупериодеделяется скоростью распространения , изменения напряжения источника 1,электромагнитного поля между его; . подключенного через конденсатор 3обкладкамй. Поэтому длительность.З 5 ко входной диагонали мостового выэтого импульса имеет Минимально . . прямителя, образованного диодамивозможное время. 7 и 10 и тиристорами 9 и 11. ДляНа фиг. 3 изображена схема прос-первоначального заряда, а если нетейшего генератора импульсов, фор- обходимо, то и для подзаряда конден-:мирующего импульсы тока в ЭП на сатора, используется двухстороннийчастоте напряжения источника. В этой полупроводниковый ключ 12 (типа40схеме источник 1 подключен к выход-, симистора), соединенный с клеммаминым клеммам 2 через конденсатор 3, вхоДной диагонали моста. При открызаряд которого осуществляется через. тии этого .ключа сигналом от блока 8диод 7 Напряжение источника и на- конденсатор заряжается до амплитуд, 45,копителя контролирует БКНИкуВ 8, .5 ного значения напряжения источникаЭтот же блок управляет тиристором . и ключ гаснет (запирается), Конденса 9, включенным в цепь питания ЭП, тор при этом запасает максимальноВ полупериоде изМенения напряжения,возможное значение энергии. В следуюисточнйка, когда к аноду диода 7:. " щей "четверти перйода изменениянаприложено положительное .относитель пряжения источника блок 8 подает вноего катода напряжение, осушеств-требуемый момент времени сигнал наляется. заряд НК 3, Этот заряд закаи" открытие тиристора 9 или 11 и энерчивается в момент достижения напря-. гия НК и источника передается в ЭП 2,жением источника амплитудного значе- " кбнденсатор 3 при этом перезаряжается,ния и диод 7 предохраняет кондейса-55 а тиристор запирается. В следующемтор от разряда на источник. . полупериоде конденсатор может бытьВ следующем полупериоде поляр- . Снова подзаряжен через симистор 12ность напряжения источника изменя- в течение первой половины полупериоется и, когдамгновенное значениеда, а во второй его половине - разнапряжения источника, после дости" 60 ряжен и перезаряжен через тиристоржения им максимального значения, " на ЭП 2убывая, достигает расчетного значения, блок 8 с помощью тиристора 9 Блок 8 может быть выполнен по лю.подключает ЭП к цепи: источник 1 - ., бой,известной схеме, осуществляющейконденсатор 3, в эрозионйом промежут- у Фазовое управление зарядно-разрядФ737183 7 Формула изобретения Использование предложенных схем устройства для реализации способа Формирования импульсов, в том числе, по схеме фиг. 5, позволяет формировать разрядные импульсы тока в эроЗионном промежутке при любой частоте изменения его напряжения. Энергия источника передается в нагрузку с малыми потерями при незначительных габаритах и весе устройства. Это обеспечивает высокие удельные энергетические показатели устройств Формирования импульсов тока для ЭЭО, Высокая скорость передачи энергии ис- точника в нагрузку и простота регулирования, в частности стабилизации . значения мощности в импульсах при изменении частоты и напряжения ис точника электрической энергии, преимущественно электромеханического преобразователя, позволяет обеспечивать высокую производительность при черновой, чистовой и отделочной обработ ках материалов. Этот принцип может быть реализован также в электроэрозиойных станках с многопостовой обработкой - при использовании гг-фазных генераторов, каждая фазовая обмотка 30 которых подключается к одному из постов через соответствующий Формирователь импульсов разрядного тока. Описанный способ питания импульс- З 5ной нагрузки может быть использован " также в электро- и радиотехнике дляпитания импульсных нагрузок от источ" "ник"аи накопительного конденсатора. Эаг,Е Э ФИ 4 4 ы.8Тираж 1160 Подписноеная,4 ИИПИ Заказ 363 Филиал ППП Патент 1, г. Ужгород, ул. Проект ными ключами в соответствии с текущим значением напряжения источника иконденсатора. Способ формирования импульсов тока в нелинейной нагрузке от источника переменного тока с использованием емкостного накопителя энергии и управляемых зарядно-разрядных ключей, при котором предварительно заряжают емкостной накопитель в одном полу- периоде изменения его напряжения, измеряют мгновенное значение напряжения источника и емкостного накопителя, в момент достижения заданного напряжения источника подключают источник и емкостной накопитель к нагрузке, суммируя их энергию, и отключают емкостной накопитель и источник от нагрузки, о т л и ч а ющ и й,с я тем, что, с целью увеличения скорости передачи энергии в нагрузку, определяют с учетом запомненного значения напряжения емкостного накопителя необходимое расчетное напряжение источника, обеспечивающее заданный уровень энергии в нагрузке, после достижения напряжением источника его амплитудной величины сравнивают его мгновенное напряжение с расчетным и в момент их равенства Формируют импульс тока на нагрузке суммированием напряжений источника и емкостного накопителя, после чего заряжают емкостный накопитель напряжением обратнойполярности и отключают нагрузку в момент ,окончания заряда емкостного накопителя.Источники информациигпринятые во внимание при экспертизе1. Патент Франции Р 1196823, кл. В 23 Р, опублик. 1969.