Стабилизированный импульсный преобразователь переменного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 80,. бц Н 02 М 7/145 Н ЕТЕН амов,цевй институт наного АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРМТИй ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СЕИД(22) 10.03.821 (46) 30.06.83; Бюл. Ю 24 (72) О.Е.Вилйтис, Ю.Т.Авр Г. Ф. Бейдер и Л. Г. Кандалин (71) Физико-энергетически АН Латвийской ССР(54)(57) СТАБИЛИЗИРОВАНННй ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовой трансФорматор, первичная обмотка которого . соединена с выводами для подключения сети .переменного тока, один конец зарядной обмотки этого трансформатора подклюцен к первому входу пороговой схемы И, через последовательно соединенные первый и второй полупроводниковые вентили к одной обкладке копительного конденсатора, включен параллельно входу блока разряда и поджига,. а другой ее конец через зарядный элемент соединен с другой обкладкой этого конденсатора и с вторым входом пороговой схемы, который через дополнительную вторичную об.мотку трансформатора соединен с питающим входом указанного блока, регулирующий тиристор, один силовой электрод которого соединен с отводом зарядной обмотки и с одним выводом параллельной кС -цепочки, а его управляющий электрод подключен к ское свидетельство СССРл. Н 02 Р 13/16, 29.05.7 выходу пороговой схемы через форми" рователь импульсов, о т л и ч а.ющ и й с я тем, цто, с целью расширения Функциональных возможностей путем повышения частоты .стабилизированных разрядных импульсов и обеспе чения квантования их числа по периодам напряжения сети и по общему количеству серии разрядных импульсов при одновременном повышении стабильности амплитуды Формируемых импульсов, он снабжен второй пороговой схемой, вторым и третьим формирователями импульсов, первым и вторым делителями, первым и вторым логическими вентилями, схемой ИЛИ, кэ-триггером, вспомогательным конденсатором, разрядным элементом и блоком управления, а второй полупроводниковый вентиль выполнен управляемым, причем соответствующие входы первой и второй пороговых схем соединены друг с другом, выход первой из них соединен с запускающим входом блока разряда и под.жига и через первый делитель с 5 -вхо дом Ц 5 -триггера, а выход второй пороговой схемы - с Й, -входом последнего и с первым входом схемы ИЛИ, выход второго формирователя,включенного параллельно накопительному конденсатору, подсоединен через первый логический вентиль к второму входу схемы ИЛИ и через второй вентиль к блоку управления, к одному силовому электроду тиристор ного ключаподсоединен другой вывод Кс-цепочки, а к его управляющему . электроду через третий формирователь и второй логический вентиль подключен выход схемы ИЛИ, при этом уста.новочные, входы обоих делителей и управляющий вход второго логическоговентиля соединены с выходом блокауправления, управляющий вход первогологического, вентиля - с выходом Изобретение относится к источникам стабилизированного импульсного на.пряженид и может быть использовано в устройствах возбуждения эмиссионных спектров, а также в релаксационных генераторах для эмиссионного спектрального.анализа в светотехнических устройствах, в устройствах для электроэрозионной обработки металлов, в лазерной технике и т.д. Известны преобразователи, обеспечивающие заряд емкостного накопителя строго квантованными порциями энергии, которая используется для питания различных потребителей. Таким потребителем может являться, например, разрядник-излучатель спектрально-аналитичес" кой установки, эрозионный промежуток электроэрозионного станка, импульсная 20 лампа.и др, Преобразователь содержит трехфазный силовой трансформатор, к вторичным обмоткам которого подключен трехфазный выпрямитель, выход которого эашунтирован цепочкой из 25 параллельно включенных резисторов и конденсатора небольшой емкости,.которая предназначена. для защиты схемных.элементов от импульсных пере-, напряжений, обусловленных сетью пи- з 0 тания, Накопительный конденсатор подключен к выпрямителю через зарядный резистор и зарядный тиристор. Через зарядный резистор выпрямитель зашунтирован цепью искусственной коммутации, которая состоит из последовательно включенных тиристора и конденсатора; . зашунтированного резистором. Цель использования цепи искусственной коммутации .зарядного тиристора для от" ключения накопительногО конденсатора от цепи заряда в данном случае заключается в том, .что при трехфазном питании выпрямленный ток через цепь разряда накопительного конденсатора45 непрерывен, при напряжейиях на наФ 99-триггера, а другой силовой элект. род регулирующего тиристора подключен к общей точке вторых входов пороговых схем через вспомогательный конденсатор,эа" шунтированный раэряднымэлементом. копительном конденсаторе, не превышающих 874 амплитудного значениянапряжения на вторичной обмоткетрансформатора, Ввведение цепи исскусственной коммутации обеспечивает прерывистую цикличную работуданного. известНого Формировтеля,Включение зарядной цепи производится включением зарядного тиристора,а прекращение заряда - включениемдругого тиристора, который послезаряда конденсатора искусственнойкоммутации запирается. После этогов любой произвольный момент временициклы заряда и разряда накопительного конденсатора могут повторятьНедостаток данного устройства заключается в том, что, оно имеет .очень . низкую стабильность амплитуды импульсов тока через нагрузку накопитель" ного конденсатора ( так как источником питания устройства является пульсирующее напряжение на выходе выпрямителя) при частоте раэрядоВ, превышающей частоту переменного тока сети питания, что значительно ограничивает область использования такой схемы. Снабжение мощного трехфазного выпрямителя высокоэффективным сглаживающим Фильтром и стабилит затором напряжения еще больше услож.няет и так громоздкую и сложную схе-му трехФазного питания устройства. Кроме того, в цепи искусственной коммутации требуется применение тиристора с высоким допускаемым напряжением, рассчитанного на полное ампли тудное напряжение вторичной обмотки трансформатора. В результате, когда напряжение заряда накопительного конденсатора выше 1000 В,обычно требуется испольэовать несколько последовательно включенных тиристоров высокого класса допускаемых напряжений,3 10262604цто.еще в большей мере усложняет уст- . ных для применения в рядовых лабораройство. ториях спектрального; анализа.Наиболее близким по технической , Основной недостаток известногосущности и достигаемому результатуустройства, преобразующего переменк предлагаемому является стабилизи 5 ное напряжение в точно квантированныерованный импульсный преобразователь импульсы тока.в разрядной цепи оспеременного напряжения, содержащийновного накопительного конденсатораЮ1силовои трансФорматор, первичная заключается в том, цто в тецение кажобмоткакоторого соединена с выводами дого периода напряжения сети питаниядля подключения сети переменного то О можно лишь один раз разрядить накопика, один конец зарядной обмотки . тельный конденсатор. Последнее.обстоэтого трансФорматора .подключен к пер- ятельство ограничивает Функциональвому входу пороговой схемы и через ные возможности устройства так какпоследовательно соединенные первыйчастоту разрядов в источниках воз- .,и второй полупроводниковые вентили15 буждения эмиссионных спектров целек одной обкладке накопительного кон- сообразно увеличить по сравнению сденсатора, включенного параллельно частотой напряжения сети переменноговходу блока разряда и по жига аду р р д поджига, а 1 тока питания. При этом количестводругой ее конец через заряднь 1 й эле- ,разрядов основного накопительногомент соединен сс другой обкладкой 2 О конденсатора следует строго квантоэтого конденсатора и с вторым вать по периодам напряжения сети пивходом пороговой схемы, который , тания и общему числу разрядовых серийчерез дополнительную вторичную об- в тецение времени спектрального анамотку трансФорматора соединен с пи- лиза, так как этим определяется тем"тающим входом указанного блока, ре пературный режим плазмы в аналитигулирующий тиристор, один силовой цеском разрядном промежутке разрядаэлектрод которого соединен .с отводом и, следовательно, точность и восзарядной обмотки и с одним выводом производимость условий возбужденияпараллельной ЯС в ,цепочки, а его уп- . эмиссионнь 1 х спектров в целом. Повыравляющий электрод подключен к вы- шение количества аналитических разЗОходу пороговой схемы через формиро- рядов до времени позволяет сокра"тить продолжительность спектральногоопределения и тем самым увеличитьустройство предназначено для авто- производительност ана ,Тпроизводительность анализа, очностьанализа при точном квантовании энерномных, нестационарных источниковвозбуждения эмиссионных спектров. С З 5 гии подводимой погии, подводимой по периодам.напряжепомощью указанного преобразователя ния сети питания, в данном случаеэнергия, поступающая через силовой не снижается, Квантование энергиитРансФоРматоР от сети пеРеменного разряда по общему количеству разтока в течение периода напряжения рядных серий позволяет отказатьсяпитания, преобразуется в имп льс 4 О,р р зуе ся в импульс от таймера для дозирования общеготока через разрядную цепь накопир Р Р я у цепь акопи времени анализа, увеличивая при этомтельного конденсатора с точным кван- точность анал заточность анализа при небольшом вретованием энергии, выделяемой на намени интеграции излучения спектров,грузке в течение разрядного импуль- Указанными Функционаи ункциональными возможнос".са, При этом устройство питается не тями прототип, нер тотип не располагает,цель изо ретения - расширениепосредственно от одноФдзной сети цель изобретФункциональных возможностей путембез использования громоздких выпрямителей ивысокоточных стабилизато- повышения частоты стабилизированныхров в качестве промежуточных стабиразрядных импульсов на выходе прелизированных источников питания по О, обраэователя и обеспече, о раэователя и о еспечение,квантовастоянного напряжения. В отличие от .ноя их числа по периодам напряжениядругих аналогов регулирующий тирис-сети и по общему колицеству серийтор в данной схеме имеет менее низ- разрядных импульсов при одновремечкии .класс напряжения, что упрощает ном повышении стабильности амплиустройство. Все это делает возможным 55 туды Формируемых импуЛьсов.использование данного технического .Поставленная цель достигается темФрешения в источниках возбуждения что стабилизированный импульсный20 ния, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выводами для подключения сети переменного тока, один конец зарядной обмотки этого трансфор матора подключен к первому входу пороговой схемы и через последовательно соединенные первый и второй полупроводниковые вентили к одной об кладке накопительного конденсатора, включенного параллельно входу блока разряда и поджига, а другой ее конец через зарядный элемент соединен с другой обкладкой этого конденсатора и с вторым входом пороговой схемы, который через дополнительную вторичную обмотку трансформатора соединен с питающим входом указанного блока, регулирующий тиристор, один силовой электрод которого соединен с отводом зарядной обмотки и с одним выводом параллельной кС -цепочки, а его управляющий электрод подключен к выходу пороговой схемы через Формирователь импульсов, снабжен второй пороговой схемой, вторым и третьим формирователями им пульсов, первым и вгорым делителями, первым и вторым логическими;вентилями, схемой ИЛИ, В 5-триггером, вспо- З 0 могательным конденсатором, разрядным элементом и блоком управления, а второй полупроводниковый вентиль выполнен как управЛяемым, причем соответствующие входи первой и второй пороговых схем соединены друг с другом, выход первой из них соединен с запускающим входом блока разряда и поджига и через первый делитель с 5-входом В 5-триггера, а выход вто рой пороговой -схемы - с В-входом последнего и с первым входом схемы ИЛИ, выход второго Формирователя, включенного параллельно накопительному конденсатору, подсоединен через 45 первый логический вентиль к второму входу схемы ИЛИ и через второй вентиль к блоку управления,к одному силовому электроду тиристорного ключа подсоединен другой вывод ВС-цепочки, а к его управляющему электроду через третии формирователь и второй логический вентиль подключен выход схемы ИЛИ, при этом .установочные входы обоих делителей и управляющий вход второго55 логического вентиля соединены с выходом блока управления, управляющий вход первого логического вентиля- с выходом В 5-триггера, а другой силовой электрод регулирующего тирис; тора подключен к общей точке вторых входов пороговых схем через вспомогательный конденсатор, эашунтираван.ный разрядным элементом.На чертеже представлена блок-схема устройства.Преобразователь содержит силовой трансформатор 1,с первичной обмоткой 2 и двумя вторичными обмотками: зарядной 3 и дополнительной 4, питающей блок 5 разряда, регулирующий тиристор 6, блок 7 управления регулирующим тиристором, состоящий из первой пороговой схемы 8 и Формирователя .9 импульсов включения, зарядный элемент 10( например, резистор), основной накопительный конденсатор 11, зарядный вентиль 12, цепочку нейтрализации из конденсатора 13 и резистора 14, вторую пороговую схему 15, В 5-триггер 16, первый делитель 17 с устанавливаемым коэффициентом деления частоты следования импульсов, схему ИЛИ 18, первый логический вентиль 19, Формирователь 20 импульсов, тиристорный ключ 21, формирователь 22 сигнала окончания основного разряда, второй делитель 23 с устанавливаемым коэффициентом деления частоты следования импульсов, второй логический вентиль 24, блок 25 управления, конденсатор 26 цепи искусственной коммутации и разрядный элемент 27 ( например, резистор), используемый для разряда конденсатора 25. Устройство работает следующим образом,При подаче на управляющий вход блока 25 сигнала "Пуск" на вход вентиля 24 поступает сигнал, открывающий его. Одновременно на установочных входах делителей 17 и 23 частоты устанавливаются соответствующие коэффициенты деления, детерминирующие частоту повторения импульсов. В соответствующий полупериод питающего переменного напряжения, прикладываемого к обмотке 2 трансформатора 1, с обмотки 3 последнего .полуволна напряжения поступает на закрытый ключ 21 и входы пороговых схем 8 и 15, В момент превышения минимального уровня напряжения, необходимого для надежного отпирания тиристора 2 1, срабатывает пороговая схема 15, на выходе которой возникает импульс, поступающий на Ввход В 5-триггера 16, а также чеПосле разряда конденсатора 26 через элемент 27 до заданного уровня напряжения тиристор. 6 запирается. С выхода пороговой схемы 8 импульс за пуска формирователя 9 поступает также :на делитель 17 и на запускающий вход О блока 5 разряда. С некоторой задержкой по времени конденсатор 11 разряжается через разрядную цепь блска 5, после чего на выходе формирователя 22 возникает импульсный сигнал, который поступает на делитель 23 и на вход вентиля 19.Так.как по управляющим входам оба вентиля 19 и 21 в этот момент55 времени, в соответствии с изложенным, находятся в открытом состоянии, импульс с выхода формирователя 22 50 710262 рез логическую схему ИЛИ 18 и второй вентиль 2 на вход формирователя 20, который включает ключ 21. При этом сигнал с выхода триггера 16 открывает первый вентиль 19, После этого 5 начинается первый заряд основного накопительного конденсатора 11 суммарным напряжением частей вторичной . обмотки 3 трансформатора 1. При этом конденсатор .13 заряжается напряжением 10 части обмотки 3 через вентиль 12,Заряд продолжается до момента времени, когда напряжение на конденсаторе 11 достигает заданного уровня, пос-ле чего сигнал с выхода пороговой 15 схемы 8 запускает Формирователь 9,который включает регулирующий тиристор 6. При этом цепочка из зарядного элемента 10 и части обмотки 3 трансформатора 1 закорачивается через конден сатор 26, предварительно разряженный через элемент 27 Общее зарядное напряжение мгновенно снижается до величины, близкой к мгновенному значению напряжения на оставшейся части 25 обмотки 3, и ключ 2 1 запирается.Так как к этому моменту напряжение на конденсаторе 13 меньше, чем напряжение на конденсаторе 11, то энергия запасенная в индуктивностях рассеяния 30 обмоток трансформатора 1, после включения тиристора 6 передается конден. сатору 13, подзаряжая его, Таким оЯ- разом устраняется влияние этой энергии на процессы заряда основного накопительного кондесатора 11 и, следовательно, достигается повышенная точность квантования энергии, накапливаемой в конденсаторе 11 и переда. ваемой в разрядную цепь. 40 60 8через вентиль 19, логическую схему ИЛИ 18 и вентиль 21 снова поступает ,.на формирователь 20, включающий ключ 21, С этого момента начинается второй цикл заряда конденсатора 11..Циклы заряда и разряда конденсатора 11 повторяются до момента, когда количество серий разрядов в течение одного. полупериода достигает заданного значения й , после чего на выходе первого делителя 17, уста-. новленного на коэффициент деления равный Йс, возникает импульс, переключающий триггер 16. Тем самым на управляющий вход вентиля 19, который подключен к выходу триггера 16, поступает сигнал, запреЩающий дальнейшее включение зарядного тиристора через цепь управления, состоящую из формирователя 22, вентиля 19, логической схемы ИЛИ 18, вентиля 2 ч и формирователя 20.Следующая серия, состоящая из Мс разрядных импульсов, формируется через промежуток времени, практически равный периоду переменного напряжения сети питания. Это обусловлено тем,что споступлением следующей полуволны зарядного напряжения с соответствующей полярностью включение ключа 21 снова происходит по цепи управления, состоящей из пороговой схемы 15, логической схемы ИЛИ 18,. вентиля 21 и Формирователя 20, Последующая серия разрядных импульсов формируетсл таким же образом, как и первая. Общее число циклов разряда учитываетсл делителем 23, который, управляется импульсами с выхода формирователя 22. В момент достижения заданного общего числа разрядов Ина входе делителя 23, установленного . на зад нный коэффициент деления частоты Йо, возникает импульс, который поступает на блок 25, после чего на управляющий вход вентиля 21 поступа.- ет сигнал, запирающий этот вентиль. Тем самым прекращаются циклы эарядаразряда накопительного конденсатора.Следующий рабочий цикл преобразователя начинается с повторной подачи на управляющий вход блока 25 команды "Пуск",послечего заданный рабочий режим. повторяется согласно описанному.Основной положительный эффект от использования изобретения заключается в возможности повышения частоты разрядных импульсов на выходе пре1026260 10щему времени спектрального анализапозволяет с высокой точностью определить температурный режим плазмы в аналитическом промежутке разрядника-излучателя .и. следовательно,точность и воспроизводимость условийвозбуждения эмиссионных спектров,Кроме того, одновременно достигается высокое постоянство максималь 1 о ного мгновенного значения разрядного тока, что также повышает точность спектрального анализа, / ВНИИПИ Заказ 45 Тираж 687 Подпи 46 образователя и обеспечения кванто"вания их чйсла по периодам напряжениясети и по общему количеству серийразрядных импульсов при одновременном.повышении стабильности ампли"туды Формируемых импульсов. Этимдостигается сокращение продолжительности спектрального определения и,следовательно, повышается производительность анализов в целом. Квантование количества разрядов по периодам напряжения сети питания и по обФилиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4