Устройство для заряда накопительных конденсаторов

Номер патента: 790142

Авторы: Николаев, Сухарев

ZIP архив

Текст

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51)М, К .з Н 03 К 3/53 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА НАКОПИТЕЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРАИзобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам для заряда накопительных конденса.торов, используемых в качестве импульсного источника питания ламп накачки оптических квантовых генераторов, в локационной технике, в установках электроискровой обработки материалов и т.п. импульсных потребителей энергии. ОИзвестно устройство для заряданакопительного конденсатора мощныхимпульсов, содержащее источник переменного тока и вентильно-конденсаторный выпрямитель-умножитель (удвоитель) напряжения 11,Недостатками известного устрой.ства является малое значение умножения. напряжения и завышенные массогабаритные показатели устройства в 20целом.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретениюявляется устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее 25трехфазный источник переменного тока,вентильно-конденсаторный выпрямительумножитель напряжения, образованныйвентильной и конденсаторной ячейками,последовательно соединенные конденса торы которогО образуют накопительный конденсатор, подключенный к сопротивлению нагрузки через управляемый ключевой разрядник, и образующие с последовательно соединенными вентилями кольцевую схему, при этом точки с соединения каждой пары конденсаторов подключены к одному из выводов фазовой обмотки трехфазного источника переменного тока,точка.соединения каждой пары вентилей - к другому выводу этой обмотки, и блок контроля напряжения и управления ключевым разрядником 21 .Недостатками устройства являются неравномерная и неполная нагрузка фаз,источника переменного тока и различные напряжения на конденсаторах, а также завышение его массо- габаритных показателей. Кроме того, в схеме практически отсутствует возможность простого регулирования уровня зарядного напряжения накопительных конденсаторов генератора мощных импульсов.Цель изобретения - улучшение массо-габаритных показателей устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для заряда накопительного конденсатора, содержащемтрехфазный источник переменного тока,вентильно-конденсаторный выпрямительумножитель напряжения, образованный.вентильной и конденсаторной ячейками, последовательно соединенные конденсаторы которого образуют накопительный конденсатор, подключенный к сопротивлению нагрузки через управляемый ключевой разрядник, и образующие с последовательно соединенными вентилями кольцевую схему, при этом точки соединения каждой пары конденсаторов подключены к одному иэ выводов фазовой обмотки трехфазного источника переменного тока, точка соединения каждой пары вентилей - к другомувыводу этой же обмотки, и блок контроля напряжения и управления ключевым разрядником, вентильная и конденсаторная ячейки объединены и образуют шесть последовательно соединенныхвентильно-конденсаторных групп, выполненных в виде кольцевой схемы, причем началом каждой вентильноконденсаторной группы является анод неуправляемого вентиля, катод которого соединен с одной обкладкой конденсатора, а концом - катод управляемого вентиля, анод которого соединен с другой обкладкой того же конденсатора, все шесть вентильно-конденсаторных групп через ключевой разрядник соединены последовательно, акрайние выводы вентильно-конденсаторных групп подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам устройства, при этом одни из выводов каждой фазовой обмотки трехфазного источника переменного тока подключены к началам трех соседних вентильно-конденсаторных групп и к концам трех других вентильно-конденсаторных групп, а вторые выводы фазовых обмоток того же трехфазного источника переменного тока объединены и подключены к катодам шести коммутирующих управляемых вентилей, аноды которых соединены с обкладками соответствующих пар конденсаторов.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для заряда накопительного конденсатора,Устройство содержит источник 1трехфазного переменного тока, фазовыв обмотки которого соединены посхеМе "звезда" с выведенным нулем(нейтралью), своими линейными выводами подключенный к шести вентильноконденсаторным группам и осуществляющий зарядку шести конденсаторовпо двухполупериодной схеме выпрямления. Каждая вентильно-конденсаторная группа состоит соответственно изодного управляемого вентиля-тиристора (2, 3, 4, 5, 6 и 7), одного неуправляемого вентиля-диода (8,9,10,11, 12 и " 3) и одного конденсатора(14, 15, 16, 17, 18 и 19). Катод тиристора и анод диода каждой из этихгрупп подключены к линейным выводамтрехфазного источника переменноготока, а анод тиристора и катод диода этой же группы соединены с обкладками конденсатора. Три вентильно-конденсаторные группы подключены соответственно к линейным зажимам трехфазного источника переменного тока О АВ, ВС и СА в прямом направлении,а три другие группы - к тем желинейным зажимам в обратном направлении, Все шесть конденсаторов включены между собой последовательно че рез управляемый ключевой разрядниктиристор 20, а крайние выводы конденсаторов 14 и 17 подключены к положительному и отрицательному выводамустройства, соединенным с сопротивр лением импульсной нагрузки 21.Точка соединения анода тиристорас конденсатором в каждой из шестигрупп подключена к аноду коммутирующего тиристора 22, 23, 24, 25,26 и 27, катод которого соединен снулевой точкой трехфазного источника1 переменного тока.Блок 28 контроля напряжения накопительного конденсатора подключен кгенератору 29 тактовых импульсов, 30 который подает импульсы к устройству временного сдвига импульсов, выполненному, например, на кольцевомсчетчике 30 и дешифраторе 31. Переключатель 32 служит для выбора режи ма работы устройства. Управляющиеэлектроды всех тиристоров схемывыведены на шины управления, которыеимеют ту же нумерацию, что и все тиристоры (2-7, 20 и 22-27) . Шина уп О равляющих электродов коммутирующихтиристоров 22-2 общая, и она подключена к нулевой точке трехфазногоисточника переменного тока, Порядоксрабатывания всех тиристоров схемыв каждом из трех режимов работы уст ройства соответствует порядку цифр,обозначенных на дешифраторе.Устройство для заряда накопительного конденсатора (в зависимости отпрограммыподачи управляющих им- И пульсов на тиристоры) может работатьв трех различных режимах, при этомнапряжение, до которого заряжается гнакопительный конденсатор, изменяется в достаточно большом диапазоне.55При рассмотрении работы устройства в первом режиме .(зарядное напряжение. каждого конденсатора равноамплитудному значению линейного напряжения трехфазного источника перее 0 менного тока) условимся считать, чтов начальный момент времени линейноенапряжение АВ равно нулю, и в следующий момент времени оно увеличиваетсяв положительном направлении. Примем 65 это время за начало отсчета. От дешиф 790142ратора 31 поступает управляющий импульс на открытие тиристора б, который отпирается, и ток от фазы ЯХ через диод 12 поступает в конденсатор18, а через тиристор б возвращается вфазу ВУ. Черезчетверть периода конденсатор 16 зарядится до амплитудногозначения линейного напряжения трехфазного источника переменного тока,ток зарядки станет равным нулю, итиристор б погаснет естественнымпутем. В свою очередь через 60 О отначала отсчета времени возникает отрицательная волна линейного напряженияфаз СА, и в этот же момент времениподается управляющий импульс на открытие тиристора 4,который отпираетсяоткрывая доступ зарядного тока вконденсатор 16. Через четверть периода конденсатор 16 зарядится доамплитудного значения линейного напряжения трехфазного источника переменного тока, а тиристор 4 погаснет.Через 120 от начала отсчета вознискает положительная волна линейногонапряжения фаз ВС. От дешифратора 31поступает управляющий импульс на отпирание тиристора 5, и производитсязарядка конденсатора 17, Так как процесс зарядки всех шести конденсаторов одинаков, то далее перечислимочередность отпирания тиристоров ипоследовательность зарядки конденсаторов. Следующие управляющие импульсы подаются сначала на тиристор 3,далее на тиристор 7, а затем на тиристор 2. Сначала заряжается конденсатор 15, далее конденсатор 19, а затем конденсатор 14. Следовательно,за время, соответствующее одномупериоду изменения напряжения, всешесть конденсаторов оказываются заряженными до амплитудного значениялинейного напряжения источника. Приподаче управляющего импульса науправляемый разрядник-тиристор 20 всешесть конденсаторов по отношению кимпульсной нагрузке 21 включены последовательно, а напряжение, приложенное к нагрузке, равно шестикратномуамплитудному значению линейного напряжения трехфазного источника переменного тока,В предлагаемом устройстве для заряда накопительного конденсатора предусмотрена также возможность ликвидации периодической составляющей токав импульсной нагрузке. Известно, чтолюбой генератор мощных импульсов име-.ет свою собственную индуктивность, ккоторой добавляется индуктивность токопроводящих проводов и шин. Реактивное сопротивление этих индуктивностей,. при всем стремлении к их уменьшению, если учесть большую частотуразрядного тока, имеет значительнуювеличину. условно примем, что емкостивсех шести последовательно соединенных конденсаторов устройства равны между собой. Тогда их можно заменитьодним эквивалентным. При его разрядена импульсную нагрузку ток, протекающий по индуктивности, запасает вней энергию магнитного поля, Приполном разряде накопительного конденсатора по нему будет продолжать течьток за счет энергии, накопленной виндуктивности (направление тока раз- .ряда накопительного конденсаторасовпадает с током в индуктивности), 1 О перезаряжая накопительный конденсатор. При этом возникают дополнительные потери как в импульсной нагрузке,так и в самом устройстве для заряда.Для устранения этих потерь в мо мент полного разряда накопительногоконденсатора подается управляющийимпульс на тиристор 5, который отпирается и замыкает через диод 8 выходные выводы устройства (импульсной Щ нагрузки). Энергия магнитного поляпри этом будет рассеиваться на сопротивлении коротко замкнутой цепи.Подобное рассеивание энергии, запасенной в индуктивности, используетсяво всех трех режимах работы устройства.Во втором режиме работы устройства зарядное напряжение каждого конденсатора равно амплитудному значению фазного напряжения. При возник- ЗО новении положительной волны напряжения в фазе АХ дешифратор 31 выдаетуправляющие импульсы на коммутирующие тиристоры 24 и 26, при этомзаряжаются конденсаторы 16 и 18. З 5 Спустя четверть лериода ток зарядки конденсаторов становится равнымнулю, и коммутирующие тиристорыгаснут, При появлении положительной волны напрякения в Фазе ВУ уп О равляющие импульсы подаются на коммутирующие тиристоры .23 и 25, и происходит зарядка конденсаторов 15и 17, Далее заряжаются конденсаторы19 и 14, так как импульсы управления поступают на коммутирующие ти-ристоры 27 и 22. Разряд накопительного конденсатора производится подачей импульсов управления на разрядник-тиристор 20. Все шесть соединенных последовательно конденсаторов О разряжаются на импульсную нагрузку 21.В третьем режиме работы устройства,напряжение каждого конденсатораравно одной трети амплитуды фазногонапряжения, При этом работает лишьодна Фаза С 2 трехфазного источникапеременного тока. При возникновенииположительной волны напряжения от-,крываются коммутирующие тиристоры25 и 24, и к двум группам конденсато- Я ров 14-16, а также 17-19 приклады 1 вается фаэное напряжение трехфазного источника переменного тока.Каждый конденсатор при этом заряжается до напряжения, равного одной у трети амплитуды Фазного напряжения.Формула изобретения Я Устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее трехфазный источник переменного тока, вентильно-конденсаторный выпрямитель-умножитель напряжения, образованный10 вентильной и конденсаторной ячейками, последовательно соединенные конденсаторы которого образуют накопительный конденсатор, подключенный ксопротивлению нагрузки через управ 1 ляемый ключевой разрядник, и образующие с последовательно соединенными вентилями кольцевую схему, приэтом точки соединения каждой парыконденсаторов подключены к одному иэвыводов фазовой обмотки трехфазногоЮ источника переменного тока, точкасоединения каждой пары вентилей -к другому выводу этой же обмотки,и блок контроля напряжения и управле-.ния ключевым разрядником, о т л и25 ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюулучшения массо-габаритных показателей, вентильная и конденсаторнаяячейки объединены ,и образуют шестьпоследовательно соединенных вентильЗр но-конденсаторных групп, выполненныхв виде кольцевой схемы, причем началом каждой вентильно-конденсаторнойгруппы является анод неуправляемоговентиля, катод которого соединен содной обкладкой конденсатора, а концом - катод управляемого вентиля,анод которого соединен с другойобкладкой того же конденсатора, всешесть вентильно-конденсаторных группчерез ключевой. разрядник соединеныпоследовательно, а крайние выводывентильно-конденсаторных групп подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам устройства, при этом одни из выводов каж 4 дой фазовой обмотки трехфазного источника переменного тока подключенык началам трех соседних вентильноконденсаторных групп и к концам трехдругих вентильно-конденсаторных групг50 а вторые выводы фазовых обмотоктого же трехфазного источника переменного тока объединены и подключенык катодам шести коммутирующих управляемых вентилей, аноды которых соединены с обкладками соответствующих пар конденсаторовИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Чиженко И. М., Руденко В. С.и Сенько В. И. Основы преобраэова 60 тельной техники. М "Высшая школа"1974, с.337, рис. 11.5.2. Рогинский В. Ю. Электропита-ние радиотехнических устройств. М.Л ГЭИ, 1957, с.147, рис.3,30 (про 65 тотип),Следовательно, накопительный конденсатор может заряжаться до трех уровней напряжений 2 Ч 2 Оф, 6 2 Оф и бГ 2 Оп, где Оф и О - соответственно действующие значения фазного и линейного напряжения трехфазного источника переменного тока.Предлагаемое устройство позволяет изменять напряжение на нагрузке в широком диапазоне, так как осущест. вляет бестрансформаторное повышение напряжения зарядки накопительного конденсатора, а элементы выпрямителя и источник по изоляции могут быть подобраны на напряжение, в шесть раз меньшее, чем напряжение импульсной нагрузки. Оно обеспечивает экономичный заряд накопительного конденсатора от источника трехфазного переменного тока при частоте разрядных импульсов, равной частоте источника тока. Изменением программы подачи импульсон управления на тиристоры схемы возможно получение трех уровней напряжения заряда шести емкостей накопительного конденсатора, тем самым существенно снижая требования к изоляции элементов схемы устройства и к источнику трехфазного переменного тока, что улучшает массо-габаритные показатели устройства в целом,Таким образом, объединение вентильной и конденсаторной ячеек, вентили и конденсаторы которых образуют шесть последовательно соединенных вентильно-конденсаторных групп, выполненных в виде кольцевой схемы, причем началом каждой вентильно-конденсаторной группы является анод неуправляемого вентиля, катод которого соединен с одной обкладкой конденсатора, а концом - катод управляемого вентиля, анод которого соединен с другой обкладкой того же конденсатора, все шесть вентильно-конденсаторных групп через ключевой разрядник соединены последовательно, а крайние выводы вентильно-конденсаторных групп подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам устройства, при этом одни из выводов каждой фазовой обмотки трехфазного источника переменного тока подключены к началам трех соседних вентильноконденсаторных групп и к концам трех других вентильно-конденсаторных групп, а вторые выводы фазовых обмото того же трехфазного источника пефеменного тока объединены и подключены к катодам шести коммутирующих управляемых вентилей, аноды которых соединены с обкладками соответствующих пар конденсаторов, обеспечивает улучшение массо-габаритных показателей устройства для заряданакопительного конденсатора, величина энергии, запасаемая которым, регулируется с помощью коммутирующих управляемых вентилей-тиристоров и блока контроля напряжения и управления ключевым разрядником,Заказ 9059/58В 113035 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная Тираж 995 ИПИ Государственного по делам изобретенийМосква, Ж, Рауш комитет и откры кая наб дписнСССРйд. 4

Смотреть

Заявка

2577140, 02.02.1978

ВОЕННЫЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ КРАСНОЗНАМЕННЫЙ ИНСТИТУТ ИМ. А. Ф. МОЖАЙСКОГО

СУХАРЕВ БОРИС МИХАЙЛОВИЧ, НИКОЛАЕВ АНАТОЛИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: H03K 3/53

Метки: заряда, конденсаторов, накопительных

Опубликовано: 23.12.1980

Код ссылки

<a href="https://patents.su/5-790142-ustrojjstvo-dlya-zaryada-nakopitelnykh-kondensatorov.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для заряда накопительных конденсаторов</a>

Похожие патенты