Устройство для заряда накопительного конденсатора

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУГосударственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 30. 07. 82(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА НАКОПИТЕЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРАИзобретечие относится к импульсной технике и предназначено для заряда накопительного конденсатора генератора мощных импульсов (напри мер, в импульсных плазменных двигателях, оптических квантовых генераторах, электрической сварке металлов и т.п.).Известно устройство для заряда 10 накопительного конденсатора, содержащее источник переменного напряжения, заряд которого осуществляется последовательным подключением к нему ключами через двухполупериодные выпрямители трех вторичных обмоток од 15 нофазного трансформатора 1)Недостатком известного устройства является то, что в связи с применением.источника однофазного переменного 2 тока понижается надежность устройства из-за динамических ударов. Кроме того устройство имеет завышенные габариты и массу, что ухудшает его удельные энергетические показатели.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для зарядки накопительного конденсатора, которое содержит источник переменного напряжения (трансформатор) с группой, пре. имущественно, из трех обмоток, двух полупериодные выпрямители, например диодно-конденсаторные удвоители напряжения, входные диагонали которых соединены с соответствутощей обмоткой источника, а выходные - с накопительными конденсаторами, и электронный коммутатор с двухсторонней проводимостью в виде не менее чем двух ячеек из двух включенных встречно-параллельно тиристоров, причем одинаковые выводы первой и второй ячеек соединены с концом первой и началом второй обмоток соответственно. Кроме того, в схеме устройства имеется индуктивно-емкостный преобразователь (ИЕП), блок управления (БУ), а число обмоток трансформатора и двухполупериодных выпрямителей может быть равно И . При этом число ячеек электронного коммутатора составляет п.Данное устройство является однофазным, потребляющим мощность, пульсирующую с двойной частотой, а также имеющим (по сравнению с трехфазным) невысокие удельные энергетические показатели. Оно характеризуется низкой надежностью, и каждый накопительный конденсатор может заряжаться лишь до одного уровня напряжения, пропорционального входному напряженюдтрансформатора, Регулирование уровней напряжения накопительного конденсатора в этом устройстве также затруднено, что усложняет регулированиескорости передачи энергии источникав накопитель. 5Цель изобретения - повышение надежности устройства путем исключенияв нем динамических ударов, а такжеулучшение удельных энергетическихпоказателей устройства для заряда 10накопительного конденсатора и обеспечение трех уровней напряжения зарядаконденсатора, что позволяет регулировать скорость передачи энергии ис"точника в накопительный конденсатор (НК) .Поставленная цель достигается тем,что н устройстве для заряда накопительного конденсатора, содержащемисточник переменного напряжения с иобмотками, например тремя, двухполупериодные выпрямители, например диодно-конденсаторные удвоители напря-,жения, входные диагонали которых соединены с соответствующей обмоткойисточника, а выходные - с накопительным конденсатором, и электронный коммутатор двухсторонней проводимости,состоящий из и -1 ячеек, причем одинаковые выводы первой и второй ячеек соединены с концом первой и началом второй обмоток соответственно,обмотки источника выполнены в видеИ-фазной системы, а другие выводыячеек подсоединены к концу второй иначалу третьей обмоток источника 35соответственно,На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства для заряда накопительного конденсатора", на фиг. 2 векторные диаграммы напряжений. 40Устройство содержит обмотки 1,2 и 3 источника переменного тока, К началу обмотки 1 подключены анод диода 4 и катод диода 5, а к концу - средняя точка последовательно соединенных 45 конденсаторов б и 7. К обмотке 2, фаза которой повернута на 180 о, 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, и 10, а также 11,14 и 15 соединены параллельно. Параллельно к ним подключен накопительный конденсатор 16, емкость которого велика по сравнению с другими. Заряд конденсатора 16 происходит в течение большого числа периодов изменения переменного тока источника. Конденсаторы 6,7,10,11,14,15 и 16 через ключ 17 (или разрядник) подклю чены к генератору 18 мощных импульсов, Блок 19 контроля напряжения включен параллельно конденсатору 16 и импульсной нагрузке, Между концами обмоток 1 и 2 и началами обмоток 2 и 3 под ключены соответственно встречно-параллельно тиристоры 20,21 и 22,23.Генератор 24 тактовых импульсов подает управляющие импульсы на ячейку 25 временного сдвига импульсов, выполненную, например, на кольцевом счетчике 26 и дешифраторе 27.Устройство для заряда накопительного конденсатора может иметь три режима работы,Устройство работает следующим образом.Первый режим работы устройства,при котором накопительный конденсатор 16 заряжается до двойного амплитудного значения напряжения фазы источника переменного тока,Например, напряжение в обмотке 1равно нулю, и в следующий момент времени оно начинает возрастать в положительном направлении. Тогда через диод 4 начинает заряжаться конденсатор б и через 90 О он заряжается до амплитудного значения напряжения обмотки 1.Вместе с конденсатором б (т.е. параллельно) начинает заряжаться накопительный конденсатор, 16 по цепи начало обмотки 1, в ,диод 4,-конденсатор 1 б,-конденсатор 7,-конец обмотки 1.Конденсатор 7 заря)кается практическидо амплитудного значения фазного напряжения,так как его емкость во многораз меньше емкости конденсатора 16. Нижняя(по схеме) обкладка конденсатора 7 имеет положительный, а верхняя - отрицательный потенциалы. Через 180 полярность напряжения в обмоткео1 изменяется на обратную. Конденсатор 7 через 90 перезаряжается (знаки пооказаны в скобках), а зарядный токтечет по цепи конец обмотки 1,-конденсатор 7,-диод 5,-начало обмотки 1.В это же время происходит перезаряд конденсатора б, зарядный ток которого протекает по цепи конец обмотки 1,-конденсатор б,-конденсатор 1 б,-диод 5,-начало обмотки 1. Таким образом, за период по конденсатору 16 течет ток переэаряда конденсаторов 6 и 7. Другими словами, за одинпериод к конденсатору 16 дважды прикладываются последовательно соединенные заряженные до амплитудного фазного напряжения конденсаторы б и 7. Помере увеличения напряжения на конденсаторе 16 доля отдаваемой энергии отконденсаторов б и 7 снижается и становится равной нулю при полностью заряженном конденсаторе 16. В результате накопительный конденсатор 16 заряжается до удвоенного фаэного напряжения. Со сдвигом 60 начинают заряжаться по той же схеме конденсаторы 10 и 11, а через следующие 60 - конденсаторы 14 и 15. Они передают своюФормула изобретения 60 энергию точно так же, как и обмотка 1 в конденсатор 16.При работе в этом режиме заряда конденсатора 16 на тиристоры 20-23 сигналы управления не подаются.В связи с тем, что напряжения на фазных обмотках 1-3 сдвинуты на 120 энергия источника передается в конденсатор 16 без динамических ударов, неизбежных в прототипе, Это обеспечивает повышение надежности устройства за счет исключения динамических ударов.Так как типовая. мощность трехфазного источника переменного тока примерно в 1,5 раза меньше, чем у однофазного источника, используемого в прототипе, типовая мощность, габариты и масса устройства в целом уменьшаются, что улучшает его удельные энергетические показатели в комплексе. Второй режим работы, зарядного устройства, при котором накопительныйконденсатор заряжается до напряжения, равного 2 3 Пф = 2 П, где БФ -фазное амплитудное значение напряжения. При работе в этом режиме подаетсяуправляющий импульс на тиристор 20,который отпирается и соединяет последовательно две фазные обмотки 1 и 2,с концов которых снимается линейноенапряжение, используемое для зарядаконденсаторов 10 и 11. При переходелинейного напряжения через нулевоезначение подается импульс управления на открытие тиристора 21, поэтому заряд конденсаторов 10 и 11 происходит по двухполупериодной схеме выпрямления в течение одного периода линейного напряжения обмоток 1 и 2. Конденсаторы 10 и 11 передают свою энергию (дважды за период) конденсато" ру 16.В дальнейшем процесс заряда конденсаторов 10 и 11, а также 14 и 15 повторяется до тех пор, пока конден,сатор 16 не зарядится до заданного значения напряжения.Следует отметить, что процесс заряда конденсатора 16 в первом и втором режимах одинаков. Как в первом,так и во втором режиме энергия в конденсаторе 16 передается от источника за счет перезарядки конденсаторов 10,11 и 14,15. Заряд конденсатора 16 до двойного линейного напряжения требует в три раза больше энергии, чем его заряд до двойного фазного напряжения, поэтому и время для заряда конденсатора 16 необходимо увеличить.Третий режим работы зарядного устройства, при котором накопитель-. ный конденсатор 16 заряжается до учетверенного амплитудного фазного напряжения. 5 0 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 В этом режиме сигналы управления подаются на тиристоры 20-23, которые соединяют последовательно фазные обмотки 1-3, одна из которых включена встречно по отношению к двум другим. Как известно, напряжение этих обмоток равно удвоенному фазному напряжению.Заряд конденсатора 16 происходит точно таким же образом, как и в первом режиме, если представить, что три последовательно соединенных обмотки 1-3 фаз являются одной фазной обмоткой, которая через диоды 4 и 5 заряжает конденсаторы 14 и 15 и параллельно подсоединенный к ним накопительный конденсатор 16.При прохождении положительной волны напряжения фазные обмотки 1-3 соединяются тиристорами 20 и 22, а при прохождении отрицательной волны - тиристорами 21 и 23.При работе в любом из трех режимов устройство характеризуется линейно падающими внешними (вольтамперными) характеристиками, проходящими параллельно друг другу. В случае необходимости изменения уровня зарядного напряжения конденсатора 16, а также скорости передачи энергии источника в него, в любой момент времени заряда последнего может быть осуществлен ступенчатый или плавный переход с одного режима заряда на другой. При этом не только устраняются динамические удары по валу генератора и уменьшаются помехи другим потре-., бителям энергии, но и обеспечивается возможность стабилизации напряжения накопительного конденсатора.при изменении частоты и напряжения источ" ника.ФВозможность регулирования скоростй передаЧи энергии источйика в накопительный конденсатор позволяет осуществлять его заряд как до различного напряжения, так и до одного и того. же напряжения при различных частотах разряда, например, в сварочной, электроимпульсной технике обработки материалов и т.п.Предложенная конструкция устройства обеспечивает повышение его надежности путем исключения динамических ударов при передаче энергии источника в НК, Кроме того, оно имеет улучшенные удельные энергетические показатели и обеспечивает заряд накопительного конденсатора до трех различных уровней напряжения, т.е, позволяет регулировать скорость передачи энергии в накопитель. Устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее источник переменного напряжения с и обмотками,- например тремя, двухполупе947941 7 Тираж 959 Подписное ВНИИПИ Заказ иал ПДП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная 4 риодные выпрямители, например дирдно-конденсаторные удвоители напря-жения, входные диагонали которых соединены с соответствующей обмоткойисточника, а выходные - с накопитель,ным конденсатором, и электронный коммутатор двухсторонней проводимости,состоящий из И "1 ячеек, причем одинаковые выводы первой и второй ячеек соединены с концом первой и нача-,лом второй обмоток соответственно,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения надежности, обмотки источника выполнены в виде Ф -Фаэнойсистемы, а другие выводы ячеек подсоединены к концу второй и,началу третьей обмоток источника соответственно,Истрчники инФормации,ф принятые во внимание при экспертизе1. Патент США В 3654537,кл. Н 01 И 3/24, 1972.2. Волков И.В., Вакуленко В.М. Источники электропитания лазеров.Техника, Киев, 1976, с, 112,рис. 66.