Преобразователь постоянного напряжения в импульсное

СООЗ СОВЕТСКИХСО,ИЮИУаепапРЕСПУБЛИК 02 М 31 ЕТ ингии посния СССР1984,СР1986.СР979. ЯГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕпо изоБРетениям и откРытиПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ ВТОРСНОМУ СВИ ТЕЛЬСТ 1(71) Научно-исследовательскийститут по передаче электроэнетоянным током высокого напряж(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ИМПУЛЬСНОЕ 57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано вкачестве импульсного источника тока.,Цель изобретения - распжрение функцИональных возможностей и повышениекачества выходного напряжения, Устройство включает емкостный накопитель энергии (ЕНЭ) 1, подключенныйк источнику 2 постоянного напряжения,и соединенные последовательно нагрузку 3 и коммутирующий мост на управлемых силовых ключах 4-7, В диагональэтого моста включена формирующаялиния (ФЛ) 8. Ключи 1, 5 зашунтированы обратными диодами 9, 1 О. Нагрузказашунтирована ключом 11, анод которого соединен с положительным выводомЕНЭ 1, через реэистивно-диодные цепочки, В нормальном режиме работыформирование фронтов тока в нагрузке происходит путем включения клю Очей, коммутирующих практически беэындуктивные цепи, и крутизна фронтовограничивается только параметрами испольэуемык приборов. Ширина импульса тока в нагрузке регулируется плавно в пределах ширины чмпульса токаФЛ 8. При уменьшении сопротивлениянагрузки нли при коротком замыканиив цепи нагрузки ключ 11 не включается и импульс тока в нагрузке ограничивается шириной импульса ФЛ 8 процесс переэаряда и ограничения нагряжения которой происходит как в случае питания нормальной нагрузки.3 з.п. ф-лы, 3 ил, Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в качестве источника шоследо" вательности коротких однополярных мощных прямоугольных импульсов тока регулируемои,цлительности с ограничением амплитуды имйульсов тока на25 заданном уровне при внезапном уме;.ьшении сопротивления нагрузки.Пель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение качества выходного напряжения,Ба фиг . 1 и 2 изображены прины. -пиальные схемы преобразователя пос тоянного напряжения в импульсное";на фиг. 3 - диаграммы, поясняющиеработу преобразователя.Преобразователь (фиг, 1 и 2) содержит емкостный накопитель 1 энергии (ЕНЗ), .питаемый от источникапостоянного напряжения, и цепь изцОнагрузки 3 и коьиутирующего мостаиэ управляемых силовых ключей 4-7,Мост и нагрузка соединены последа"вательно. Катодный полюс моста соединен с отрицательным выводом ЕНЗ, положительный вывод ЕНЗ соединен с нагрузкой. В диагональ переменного товка моста включена формирующая линия8 ФЛ), Управляемые ключи Д итрудной группы ста шунтированы со 5 Оответ твенно обратными диодами 9 и1 О. Параллельно нагрузке 3 включенуправляемый силовой ключ 11, анодкоторого соединен с положительнымвыводом ЕНЭ 1. Оба конца ФЛ 8 соединены с положительным выводом ЕНЭ551 через реэнстивно-диодные цепочки12-13 и 14-11, АнОды диодов 12 и 14соединены с ФЛ 3. а катоды - с резисторами 13 и 15 соответственно. Форьировзтель управляющих импульсов 16 ФИУ) подсоединен к управляющим цепям силовых ключей 4-7 и 11.Значение емкости ЕНЭ 1 определяется иэ условия обеспечения заданной формы импульса во всем диапа.зоне возможных нагрузок.Тип ФЛ 8 выбирается соответственна требованиям к параме.трам импульса на нагрузке и с учетом технологичности построения линии, Параметры ФЛтакие как число звеньев, значения реактивностей каждого звена, соотношение волнового сопротивления ФЛ и нагрузки - определяют длительность импульса, его фронт, срез, а также осцилляции на вершине. Технологичность построения ФЛ диктует необходимость выбора такого типа линии, где значения реактивностей всех звеньев одинаковы. Целесообразно предусмотреть корректирующее звено ФЛ для получения формы импульса, более близкой к прямоугольной.На фиг. 3 на оси 17 показаны уз- " кие и;пульсы управления, отпирающие ключи чи 11, на оси 18 ток ФЛ 1 ф и гок, текущий через клк 1 ч 7, 8 или 6 соответственно в первый или второй такт работы преобразователя, времясоответствует началч импульса тока в ФЛ, время- началу импульса тока в нагрузке, время С ъ - момен":у шунтирования нагрузки, время С,1 - моменту перехода тока ФЛ через НОЛЬ.На оси 19 показан импульс тока хв нагрузке, длительность Тимпульса тока нагрузки. На оси 2 О показано напряжение Б св ФЛ, нэпряже 1584045 65 10 15 20 25 30 35 40 45 55 ние Цс, - начальное напряжение на ФЛ, напряжение О - максимальное напряжение на ФЛ после ее перезарядки, напряжение ЛП, соответствую" щее разности максимального напряжения, до которого может переэарядиться ФЛ, и начального напряжения на ней. На осях 21-24 представлены диаграммы, поясняющие работу преобразователя при ограничении амплитуды импульса тока в нагрузке при отклонении в сторону уменьшения сопротивления нагрузки от заданной величины или при коротком замыкании в цепи нагрузки. На оси 21 показаны узкие импульсы управления, отпирающие ключи 4-7 и 11. На оси 22 показаны токиформирующей линии и ток ключей 7 и 6, время- начало импульса тока ФЛ, время С- начало импульса тока в нагрузке, время 1; - момент шунтирования нагрузки управляемым ключом 14, время е- момент перехода тока ФЛ через ноль. На оси 23 показан импульс тока 1 в нагрузз ке, импульс токазз 1 в нагрузке при коротком замыкании. в ней. На оси24 покаэано напряжение Ц ФЛ.В нормальном режиме работы формирование импульса тока в нагрузке производится преобразователем следующимобразом.При заряде ФЛ 8 в полярности, показанной на фиг. 1, до напряжения источника 2 питания от ФИУ 16 подают отпирающий импульс на ключ 4, Образуется цепь ФЛ 8 - ключ 4 - диод 10 " ФЛ 8, в которой ток 1имеет форму, показанную на фиг. 2 (ось 18). С некоторым запозданием, наименьшая величина которого определяется длительностью переднего фронта импульсаотпирают ключ 7,и ток в нагрузке 3 и ключе 7 быстро возрастает до установившегося значения по цепи ЕНЭ 1 - нагрузка 3 - ключ 7 - диод 10 - ЕНЭ 1. В нормальном режиме со,противление нагрузки 3 больше сопротивления формирующей линии гФл, изэа чего диод 10 не выключается. Через интервал времениТ, равный задаваемой ширине импульса тока в нагрузке,в момент евключает ключ 11, на который переходит ток нагрузки с большой скоростью, определяемой временем включения ключа 11. Ток в на грузке дз прекращается, а ток через ключ 7 нарастает до амплитуды тока ФЛ 1 фл по цепи ЕНЭ 1 - ключ 11 ключ 7 - диод 10 - ЕНЭ 1. При достижении равенства.,токов 1 у и 1диод О отключается, и в контур вместо него вводится ФЛ, ограничивая ток на достигнутом уровне амплитуды тока 1 ф. В дальнейшем имеет место цепь ЕНЭ 1 - ключ 11 - ключ 7 - ФЛ 8 - ключ 4 - ЕНЭ 1, на которой завершается переэаряд ФЛ до напряжения Б , большего исходного значения 0 (ось 20), поскольку цепь заряда имеет колебательный характер. Таким об" разом, в нормальном режиме работы формирование фронтов тока в нагрузке происходит путем включения ключей, коммутирующих практически безындуктивные цепи, н крутизна фронтов ограничивается только параметрами используемых приборов. Ширину импульса тока в нагрузке регулируют плавно в пределах ширины импульса тока ФЛ.В момент 1 токф изменяет направление, поскольку ФЛ начинает раэряжаться по цепи диод 14 - резистор 15 до величины напряжения источника питания ЕНЗ 1. С установлением напряжения на ФЛ заканчивается первый цикл работы преобразователя. Второй цикл работы идентичен первому,однако в работе участвуют другие элементы (на фиг. 3 показаны в скобках),Рассмотрим процесс ограниченияамплитуды импульса тока в нагрузкепри отклонении в сторону, уменьшениясопротивления нагрузки от заданнойвеличины илн при коро".ком замыкании в цепи нагрузки, который поясняется диаграммами на осях 21-24 (фиг. 3). В момент з отпирают ключ 4 и вконтуре ФЛ 8 - ключ 4 - диод 10 -ФЛ 8 возникает ток х, В момент 1отпирают ключ 7 и в цепи ЕНЭ 1нагрузка 3 - ключ 7 - диод 10 -ЕНЭ 1 возрастает ток до величины амплитуды. При достижении равенстваэтих токов диод 10 отключается, иток . в нагрузке 3, и токв ключе 7 ограничиваются на достигнутомуровне амплитуды токаф. Имеет место цепь ЕНЭ 1 - нагрузка 3 - ключ 7 ФЛ 8 - ключ 4 - ЕНЭ 1. В момент й.,отпирают шунтирующий нагрузку ключ11, при этом, если сопротивление1 нагрузки заметно отличается от нуля,ток д з (ось 23) переходит на ключ11, и импульс в нагрузке прекращается. При коротком замыкании в нагрузке ключ 11 не включается и импульс тока в нагрузке ограничивается шириной импульса ФЛ.Процесс перезаряда и ограничения напряжения ФЛ происходит как в случае питания нормальной нагрузки.Преобразователь предназначен для работы во всем диапазоне мощностей для формирования прямоугольных им мульсов тока на заранее неизвестной нагрузке с ограничением амплитуды импульсов тока. Так как длительность импульса тока в нагрузке не может быть больше, чем длительность переэаряда ФЛ, преобразователь предназначен для формирования коротких импульсов тока. 10 Формула и з обр ет ения 1, Преобразова.тель постоянного напряжения в импульсное, содержащий подключенный к источнику постоянного напряжения емкостный накопитель энер гии, управляемые силовые ключи, соединенные по мостовой схеме систему управления силовыми ключамн и щ;ходные выводы для .подключения епи нагрузки, причем катодный полюс моста 3 силовых ключей соединен с отрицательным выводом емкостного накопителя энергии, положительный вывод которого образует один из выходных выводов.а другой выходной вывод образован анодным полюсом указанного моста, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения качества выходного напряжения, в диагональ моста дополнительно введена индуктйвноемкостная формирующая линия, а каждый из силовых кпючек, катод, которого соединен с отрицательным полюсом емкостного накопителя энергии, зашунтирован одним из дополнительно введенных обратных диодов.2, Преобразователь по п, 1, о т - л и , а ю щ и й с я тем, что между выходными выводами для подключения цепи нагрузки включен допОлнительно введенный управляемый силовой ключ, анод которого соединен с положительным полюсом емкостного накопителяэнергии.3. Преобразователь по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ограничения перенапряжений на конденсаторах формирующей линии при формировании послецовательностей импульсов, оба конца формирующей линии соединены с положительным полюсом емкостного накопителя энергии через соответствующие дополнительно введенные реэистивно-диодные цепи.4, Преобразователь по пп. 1-3, о т.л и ч а ю щ и й с я тем, что управляемые силовые ключи моста, аноды которых объединены, и управляемый силовой ключ, включенный между выходными вь 1 водами, выполненными в виде ренерсивно включаемых динис- торов, а силовые ключи, у которых1584045 17 Составитель Т.ДобровольскисТехред Л,Олийнык Коррект Редактор О.Головач учеряв и мит ква венно-издательский комбинат "Патент",Производ Заказ 2261 ВНИИПИ Государственного 113035, ж 500по изобретения Ж, Раущская Подписноеи открытиям при Гб д, 4/5 город, ул. Гагарина, О