Устройство для заряда накопительного конденсатора

(5 )М, Кл. Н 03 К 3/53 Веудеретеевае хеаитет ссВР в делан изебретеник и еткрмткВ(72) Авторы Б. М. Сухарев, А. Г, Николаев, В. К. Быстров, Г. Б. Стеганов,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА НАКОПИТЕЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРА Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам длязаряда накопительного конденсатора генератора мощнык импульсов до напряжений, значительно превышающих напряжение источника постоянного тока, используемого, например, для питания оптических квантовых генераторов, импульсных плазменных двигателей, в локационной технике, при электрической свар 10 ке металлов.Известно устройство для заряда двух накопительных конденсаторов от источника переменного тока, с использованием четырех тиристоров. В этом устройстве1 управляемый мостовой выпрямитель заряжает параллельно два конденсатора в течение каждого полупериода выпрямле-, ния напряжения. Затем эти конденсаторы с помощью двух тнристоров соединяются поспедовательно и разряжаются на нагрузку Я.Недостатком данного устройства является небольшой коэффициент умножения напряжения, равный двум. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для заряда накопительного конденсатора генератора мощных импульсов, содержащее источник электрической энергии, вентильно-конденсаторный умно- житель напряжения, образованный ) - вентильн конденсаторными ячейками, управ ляемые вентили тиристоры, а также блок контроля напряжения и управления вентипямн 121,Недостатки этого устройства заключаются в том, что оно может, быть использовано только совместно с источником переменного тока, кроме того при последовательном включении И конденсаторов индуктивное сопротивление цепи с конденсаторами достигает довольно значительной величины, что ухудшает энергетические показатели разрядного контура и снижает эффективность передачи энергии источника в импульсную нагрузку.Бель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей при заряде на3 71копительного конденсатора от источникаэлектрической энергии постоянного тока.Поставленная цель достигается тем,что устройство для.заряда накопительного конденсаторе, содержащее источникэлектрической энергии, вентильно-кон-денсаторный умножитель напряжения, образованныйвентильно-конденсаторнымиячейками, управляемые вентили-тиристоры и блок контроля напряжения и управления вентилями, снабжено источникомэлектрической энергии постоянного токалинейными дросселями, выполненнымив виде двух полуообмоток, соединенныхпоследовательно-согласно и размещенных на одном магнитопроводе, а блокконтроля напряжения и управления вентилями содержит генератор тактовыхимпульсов и ячейку временного сдвигауправляющих импульсов, при этом вентильно-конденсаторный умножитель напряжения выполнен из В ступеней, умножения, а каждая ступень образованатиристорно-конденсаторными ячейками, конденсаторы которых соединеныв цепочки последовательно, одна из обкладок каждого конденсатора соединенас анодом одного, а вторая - с катодом" другого тиристора, причем катоды этихтиристоров подключены непосредственно к отрицательному выводу конденсаторной цепочки предыдущей ступениумножения напряжения, а катоды тиристоров первой ступени - к отрицательному выводу источнике -постоянного тока,аноды тиристоров четных ячеек объединены в одну группу, а нечетных - в другую и через полуобмотки линейных дросселей подключены к положительному выводу конденсаторной цепочки предыдущейступени умножения напряжения, а первой ступени - к положительному выводуисточникепостоянного тока, упревляк-,"щие входы тиристоров подключены к выходу ячейки временного сдвига импульсов, получающей импульсы от генераторатактовых импульсов и выполненной, на "пример, не кольцевом счетчике и дешифраторе.На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства длязаряда йекопительного конденсатора, нафиг. 2 - пример выполнения устройствапри необходимости приведения его кон"денсаторов к нулевым начальным усло"=вйямпосле каждого разрядного цикланакопительного конденсатора.Устройство содержит источник электрической энергии постоянного тока 1 под 4627ключенный одним из своих выходих зажимов (например; положительным) к средней точке линейного дросселя 2, выполненного в виде двух полуобмоток 3,4,соединенных последовательно,согласнои размещенных на одном магнитопроволе.К шинам источника 1 подсоелиняютсявентильно-конленсаторных ячеек. Каж/дея ячейка содержит вентиль-тиристор 5, 10 анод которого соединен с положительнойшиной источника, а катод - с одной изобклааок конденсатора 6. Другая обкладка этого конленсатора соединена с анодом другого тиристора 7, катод которо го подключен к отрицательной шине источнике. Таким образом, каждая вентильноконденсаторная ячейка имеет два тиристоре - 5 и 7 и конденсатор 6. Все конденсаторы ячеек соединены между собой ро последовательно и.образуют ступеньс И последовательно соединенными конденсаторами. При этом аноды тиристоров5 нечетных ячеек ступени подключены кположительномузажиму источника через 25 полуобмотку 3 дросселя 2, а аноды тиристоров 5 четных ячеек-через полуобмотку4 этого же дросселя.Точка соединения катода тиристора 5и конденсатора первой ячейки подключе- ЗО не к средней точке линейного дросселя8, имеющего на общем магнитопроводедве намотанные в противоположные стороны полуобмотки 9 и 10.Вентильно-конденсаторные ячейки, со держащие тиристор 11, конденсатор 12и тиристор 13, образуют вторую ступеньс 1 последовательно соединенными конденсаторами. Аноды 11 нечетных ячеек второй ступени подключены к концу полуобмотки9 дросселя 8, ,а аноды тиристоров 1 1четных ячеек - к началу полуобмотки 10того же дросселя, Катоды тиристоров 13 45 подключены к точке соединения обкладкиконденсатора 6 с анодом тиристора 7последней ячейки первой ступени.На схеме фиг. 1 связи между первойи второй ступенями показаны пунктирными линиями, которые означают, что число ступеней в устройстве зависит от требуемого уровня напряжения генераторамощных импульсов. Число таких ступеней, в общем случае, мькет быть равным 55С крайних обклалок конденсаторов первой и послеаней ячеек предпоследней( Ф -1) ступени через ароссель 14 итиристор 15 напряжение подеется не не40 моткой.Данное устройство для заряда накопительного конденсатора позволяет заряжать накопительный конденсатор от источника постоянного тока без использо 45 ввния трансформатора. Оно обеспечиваетвысокий КПД заряда конденсатора, уменьшение числа элементов схемы, что позволяет осуществить форсированное увеличение напряжения ня накопительном 5055 конденсаторе. Это позволяет улучцить удельные энергетические покязатели при заряде накопительного конденсатора от источника электрической энергии постоянного тока.Для обеспечения резонансного зарядя конденсаторов и ривадавия коденсяторов схемы к нулевым начальным условиям для обеспечения Возможности рвбокопительный конденсатор 16, которыйаккумулйрует энергию, .снимяелую споследовательно соединенных конденсаторов всех ступеней. Накопительный конденсатор через ключ 17 подключен кимпульсной нагрузке 18. Блок 19 контроля и умножения вентилями связан сгенератором тактовых импульсов 20,который подает сигналы к ячейке временного сдвига импульсов 21, выполненной,например, нв кольцевом счетчике 22 идещифраторе 23.Схема зарядного устройства на фиг.2отличается от схемы зарядного устройства, изображенной на фиг, 1 тем, что внее добавлены следующие элементы; тиристор 24, который включен встречйопараллельно тиристору 5 в первой,ячейке, и тиристор 25, включенный в последнюю ячейку, причем его катод подключенк аноду тиристора 7, а анод - к одномуиз выводных концов дросселя 2. Катоды двух тиристоров 26 подключены кконцу полуобмотки 3 дросселя 2 и к началу полуобмотки 4 того же дросселя,а их аноды соединены в одну точку ичерез резистор 27 подключены к анодутиристора 28, катод которого присоединен к отрицательному зажиму источникапостоянного тока,Устройство, выполненное по схемефиг. 1, работает следующим образом.Предположим, что все конденсаторысхемы полностью разряжены и с дещифратора 23 подается импульс управленияна тиристоры 5 и 7 первой ячейки первой ступени (вместо тиристорв 5 в первой ячейке ступени может быть установлен диод), тиристоры отпираются, и токот положительного зажима источникачерез полуобмотку 3 дросселя 2, черезтиристоры 5 и 7 потечет в конденсатор6, который зарядится, имея на левойпо схеме обкладке положительный потенциал. Индуктивность дросселя выбирается из расчета равенства реактивных сопротивлений конденсатора 6 и линейного дросселя 2 на заданной частоте зааряда конденсаторе, Через полупериодток заряда конденсатора становится равным нулю, е тиристоры 5 и 7 закрываются естественным образом. Конденсатор 6 при этом заряжается до напряжения, равного двойному напряжениюисточника. После зяпиряния тиристоров5 и 7 первой ячейки подеется управляющий импульс на те же тпристоры второйячейки, При этом происходит резонансу 5 10 15 20 25 30 35 ный заряд конденсаторе второй ячейки,но ток проходит через полуобмотку4 дросселя 2, которая включена встреч-но полуобмотке 3 того же дросселя.Потоки, созданные в мвгнитопроводедросселя в течение одного периоде, неимеют постоянной составляющей, твккак в каждом периоде по магнитной цепи протекает переменный синусоидвльный магнитный поток. В дальнейшемвсе конденсаторы 6 ступени заряжаютсяпоочередно до напряжения, равного удвоенному напряжению источника, и напряжение на всех конденсаторах ступениудет рвно 2 Мист И где 3 ист нвпряжение исгочнике, в г 1 - число последовательно соединенных конденсаторовступени,Далее ,от дещифрвтора 23 подаетсяимпульс управления ня тиристоры 1 1 и13, которые отпираются, и напряжениеконденсаторов первой ступени прикладывается к конденсатору 12 первой ячейкивторой ступени, Происходит резонансныйзаряд конденсатора 12 через дроссель8. Энергия, накопленная конденсаторамипервой ступени, импульсно (полностью)передается в конденсатор 12 первойячейки второй ступени. Последовательносоединенные конденсаторы ,12 второйступени могут поочередно разряжатьсяна конденсаторы третьей ступени, и твкдалее. На фиг. 1 в качестве третьейступени изображен один накопительныйконденсатор 16, который заряжается отпоследовательно соединенных конденсаторов 12 второй ступени. Здесь для резонансного заряда конденсатора 16используется дроссель 14 с одной об7 71462ты зарядного устройства в циклическом режиме с повышенной частотой следования зарядное устройство может бытьвыполнено по схеме приведенной нафиг. 2.При заряде конденсаторов 6 импульсыуправления подаются не только нв тиристоры б и 7, нотакже и нв тиристор 28,.После разряда конденсаторов 6 на емкость следующей ступени нв них остается заряд произвольного знака. После эа- опирания тиристора 1 1 подаются управляющие импульсы нв все тиристоры схемы, за исключением тиристоров 11 и 28у которых сигналы управления сняты.Из схемы видно, что все конденсаторы 56 - независимо от полярности их остаточного напряжения, разряжаются на сопротивление 27 и, тем самым, приводятся к нулевым начальным условиям дляследующего зарядного цикла, В следующих ступенях умножения схема приведения емкостей к начальным нулевым условиям аналогична приведенной на фиг. 2,за исключением тиристорв 28, надобностьв котором отпадает,25Использование описанного устройствадля заряда накопительно о конденсатораот источника, обладающего большимвнутренним сопротивлением, то естьимеющего крутопадвюшую внешнюю характеристику, будет приводить к перио"дическому изменению напряжения присоответствующем изменении потребляемой мощности. Так квк ток заряда конденсатора изменяется по синусоидвльному закону, то и мощность, потребляемаяот источника, изменяется аналогично.Оптимальное использовайие мощностиисточника постоянного тока с большимвнутренним сопротивлением возможнолишь в том случае, когда источник постоянного тока нагружен максимальноймощностью,В этом случае для более полногоиспользования мощности источника посстоянного тока необходимо испольэоватьмногоканальный вариант устройства, тоесть два или несколько предлагаемыхустройств для заряда накопительныхконденсаторов соединенных парвллепьно50и "работающих на один накопительныйкбпденсатор, у которых заряд конденсаторов первой ступени будет смешенво времени друг относительно друга.Таким образом, предложенное устройст 55"вс дпя заряда накопительного конденеатора от источника постоянного тока обес печивает получение высоких энергетичес 7 8ких показателей при хорошей стабилизации уровня эапасвемой в накопительном конденсаторе энергии (приведение конденсаторов к нулевым условиям, равномерную загрузку источника постоянного тока, позволяет заряжать накопительный конденсатор без использования инвертора и повьпцающего трансформатора,Формула иэобре те ни яУстройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее источник электрической энергии, вентильно-конденсаторный умножитель напряжения, образованный й вентильно-конденсаторными ячейками,управляемые вентили-тиристоры и блок контроля напряжения и управления вечтилями, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей при заряде накопительного конденсатора от источника электрической энергии постоянного то- . ка, оно снабжено линейными дросселями, выполненными в виде двух полуобмоток, соединенных последовательно - согласно и размещенных на одном магнитопроводе, а блок контроля напряжения и управления вентилями содержит генератор тактовых импульсов и ячейку временного сдвига управляющих импульсов, при этом вентильно-конденсаторный умножитель напряжения выполнен из ю ступеней умножения напряжения, а каждая ступень образована И тиристорно-конденсаторными ячейками, конденсаторы которых соединены в цепочки йоследовательно, одна иэобкладок каждого конденсатора соединена с анодом одного, вторая - с катодом другого тиристорв; причем катоды этих тиристоров подключены непосредственно к отрицательному выводу конденсаторнойцепочки предыдущей -етупени умножения напряжения, а катоды тиристоров первой ступени - к отрицательному выводу источника постоянного тока, аноды тиристоров четных ячеек объединены в одну группу,а нечетных - в другую и через полуобмотки линейных дросселей подключены к положительному выводу конденсаторной цепочки предыдущей ступени умножения напряжения, а в первой ступени - к положительному выводу источника постоянного тока, управляющие входы тиристоров подключены к выходу ячейки временного сдвига импульсов, получвюш й импульсы9 714627 10от генератора тактовых импульсов и вы. Авторское свидетельство СССГполненный, например, на кольцевом счет- В 430493, кл. Н 03 К 3/57,чике и дешифраторе. от 23,06,1971,2. Патент Японии % 50-21649,Источники информации, кл. 56 Е 13(Н 02 М 7/19) от 24,07.75принятые во внимание при экспертизе (прототип).714627 Составитель СмеловаРедактор Л. Гефман Техред 3. фанта КорректорГ. Назаров Подписноеомитета СССРоткрытий5, Раушская на з 9926/73 Тираж 985БНИИПИ Государственногопо делам изобретений и 113035, Москва, ЖЗа