Генератор мощных импульсов тока

(22) Заявлено 26,03.80(21) 2897995/18-21с присоединением заявки Рй(51) М. Кд,Н 03 К 3/53 Госудврствсммый каимтет по делам мзобретеммй и открытий(53) УДК 621 . 373(088.8) Дата опубликования описания 25, 1 1.81 2) Авторы изобретени В. А, Кузнецов, В, Е, Громов и В, П 7) Заявитель ский металлургический институ 54) ГЕНЕРАТОР МОЩНЫХ ИМПУЛЬСОВ ТО аническая пр о управления, правления тнИзобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для исследования электропластического эффекта в области физики металлов и металл- ведения и его применения в обработкеметаллов давлением.Известны генераторы импульсов, принцип действия которых основан на периодическом разряде предварительно заряженного конденсатора через индуктивность. Для подключения заряженного конденсатор к нагрузке используется включающее уст ройство, например, тиратрон, разрядниктиристор и т.д, 1 .Наиболее близким по технической сущности к изобретению является генератор мощных импульсов, имеюший зарядное устройство, конденсатор, подключенный к зарядному устройству, включающее устройство и нагрузку, включенные последовательно с конденсатором, систему управления включающим устройством, В качестве включающего устройства применен тиристор, имеющий значительные преи мущества перед ключами другого типа:малые габариты и вес, мех оность, несложное устройствнезначительная моцность уристором и т.д. 125Однако при использовании в качествеключа только одного тиристора не удаегся получить в нагрузке с сопротивлением10Ом импульс значительной мощности1 О(порядка 200 кВт), который необходимдля исследований электропластическогоэффекта.Бель изобретения - увеличение мощности импульсов генератора,15Указанная цель достигается тем, чтов схему генератора импульсов тока, содержащую зарядное устройство, конденсатор, подключенный к зарядному устройству через коммутирующее устройство,включающее устройство, нагрузку соедтненную последовательно с конденсаторомВключающее устройство выполнено ввиде .т 1 параллельно соединенных тиристоров, с катодами которых соединена на884092 грузка, Параллельно с тиристорами включены уравнительные дроссепи с первичными, вторичными и вспомогательными обмотками, дополнительно введены блок зашиты, содержащий И элементов памяти, подключенных через И поорговых,элементов ко вспомогательным обмоткам уравнительных просселей включающего устройства, у индикиторов об исчезновении тока в ветви, соединенных с выходами И элементов памяти, логическое суммирующее устройство, импульсный усилитель с трансформаторным выходом, запоминающий элемент, транзисторный ключ, усилитель, элемент памяти о коротком замыкании, репейный элемент, индикатор о коротком замык анни, последовательно соединенные делитель напряжения, потенциальный разделитель, пороговое устройство и элементГвыдержки времени. При этом выходы элементов памяти подключены к И входам логического суммирующего устройства, выход которого соединен со входами импульсного уипителя и усилителя, выход импульсного усилителя соединен с запоминакгщим эжментом, выход которого попключен к входу транзисторного ключа, выход усили теля соединен с одним из входов релейного элемента, другой вход которого подсоединен к выходу элемента памяти о коротком замыкании, а выход релейного элемента подключен ко входу коммутирующего устройства, вход делителя напряжения присоединен к конденсатору, индикатор о коротком замыкании соединен с выходом элемента памяти о коротком замыкании, вход которого подключен к выходу элемента выдержки времени. гНа чертеже представлена схема пред-лагаемого генератора мощных импульсов, 4 ОГенератор содержит зарядное устройство 1, конденсатор 2, подключенный кзарядному устройству 1 через коммутирующее устройство 3, включающее усяройство 4, нагрузку 5, включенную последовательно с конденсатором 2, генератор 6 управляющих импульсов, усилитель7 мощности импульсов и блок защиты 8,соединенный с включающим устройством4, усищтелем мощности 7 и коммутирующим устройством 3,Блок зашиты 8 содержит И элементовпамяти 9, И индикаторов об исчезновениитока в ветви 10, логическое суммирующее устройство 11, импульсный усилитель 5512 с трансформаторным выходом, запоминающий элемент 13, транзисторныйключ 14, усилитель 15, элемент памяти 416 о коротком замыкании, репейныйэлемент 17, индикатор 18 короткого замыкания, последовательно соединенныеделитель напряжения 19, потенциальныйразделитель 20, пороговое устройство 21,элемент выдержки времени 22,Включающее устройство 4 выполнено ввиде параллельных ветвей, в каждуюиз которых включен тиристор 23 и уравнительный проссель, содержащий три обмотки: первичную 24, вторичную 25 ивспомогательную 26. Отличительной особенностью применяемых дросселей является наличие вспомогательных обмоток26, необхоримых для действия зашиты отисчезновения тока в параллельной ветвисилового тиристора включающего устройства 4, и наличие воздушного зазора всердечнике, что позволяет снизить динамические потери, а также потери от гистерезиса и вихревых токов,Входы И элементов памяти 9 подключены через И пороговых эжментов 2 7 итиристора 23 к вспомогательным обмотким уравнительных дроссепей включающего устройства 4, Ко входам И логическихсуммирующих устройств 14 подключенывыходы И элементов памяти 9, а выходылбгических суммирующих устройств 11соединены с входом импульсного усилителя 12, выход которого связан с запоминающим элементом 13. Выход запоминающего элемента 13 подключен к входутранзисторного ключа 14, Вход усилителя 15 соединен с выходом суммирующегоустройства 11, а выход усилителя связанс одним из входов релейного эжмента 17,на второй вход которого подключен элемент памяти 16, а выход соединен с входом коммутирующего устройства 3. Индикатор 18 подключен к выходу элементапамяти 16, И . индикаторов об исчезновении тока в ветви 10 соединены с выходами элементов памяти 9. Вход делителянапряжения 19 соединен с конденсатором2, а выход элемента выдержки времени22 - с входом индикатора 18.Генератор работает следующим образом.Тиристоры 23 включающего устройства4 открываются управляющими импульсами, вырабатываемыми генератором 6 управляющих импульсов и усиленными усилителем мощности 7. Предварительно заряженный конденсатор 2 начинает разряжаться через низкоомное активное сопротивление и эквиважнтную индуктивность нагрузки 5, состоящую из собственной индуктивности конденсатора 2,индуктивности уравнительньк дросселей включающего устройства 4 и индуктивности нагрузки 5. Известно, что разряд емкости на индуктивность носит колебательный характер, но при использовании 3 в качестве включаюшего устройства тиристоров через нагрузку пройдет только положительный импульс тока, так как в процессе перезарядки конденсатора 2 происходит выключение тиристоров 23 1 ф включающего устройства 4 при подаче на них напряжения отрицательной полярностии.В промежутках между импульсами тока конденсатор 2 заряжается от зарядного 1 з устройства 1. Подобрать тиристоры с одинаковым падением напряжения и временем включения практически невозможно, поэтому в схему введены уравнительные дроссели включаюшего устройства 4, Если 2 р токи, проходящие. через обмотки уравнительных дросселей включаюшего устройства 4 одинаковы, т.е. одинаковы токи в параллельных ветвях, то ни в одной из обмоток дополнительной ЭДС не возника- гю ет. Если же токи в ветвях не равны, то в обмотках уравнительного дросселя включаюшего устройства 4 возникают ЭДС разной полярности: в ветви с наименьшим током ЭДС обмотки складываются с на- зо пряжением конденсатора 2, а в ветви с большим током - вычитаются. Таким образом, выравниваются токи в параллельных ветвях.Блок защиты 8 выполняет такие функции: отключение зарядного устройства 1 от конденсатора 2 коммутирующим устройством 3 и снятие управляющих импульсов с тиристоров 23 включаюшего устройства 4 при исчезновении или значительном снижении тока через один или несколько тиристоров; отключение зарядного устройства 1 от конденсатора 2 коммутирующим устройством 3 при коротком замыкании в силовой цепи (сгорание одного или нескольких тиристоров 23 включающего устройства 4); сигнализация о вышеперечисленньк аварийных режимах.При исчезновении или значительном снижении тока через любой из тиристоров50 23 в соответствующей вспомогательной обмотке уравнительных дросселей включающего устройства 4 наводится ЭДС, значительно перевышаюшая ЭДС, наводимую в той же обмотке в нормальном рабочем режиме. При этом на вькоде од 55 ного из И пороговых элементов 27 блока защиты 8 появляется логическая "1", которая запоминается соответствуюшим элементом памяти 9. При исчезновении или недопустимом снижении тока через несколько тиристоров 23, логическая 1 появится на соответствуюших вькодах элементов памяти 9 блока зашиты 8. При этом на выходе логического суммирующего устройства 11 также появится логическая "1, В момент изменения потенциала на выходе логического суммирующего устройства 11, импульсный усилитель 12 с трансформаторным выходом формирует импульс, который поступает на запоминающий элемент 13. Импульсный трансформатор в усилителе 12 необходим для потенциального разделения блока защиты 8 от цепей управления тиристорами 23; Запоминающий элемент 13 воздействует на транзисторный ключ 14 так, что ключ закрывается, и импульсы от генератора 6 управляющих импульсов к усилителю мощности 7 блокируются, С выхода логического суммируюшего устройства 11 логическая единица поступает также и на релейный элемент 17 через усилитель 15. Сигнал с выхода релейного элемента 17 поступает на вход коммутируюшего устройства 3, которое отключает конденсатор 2 от зарядного устройства 1.Таким образом, при исчезновении тока в одной или нескольких параллельных веьвях тиристоров 23 включающего устройства 4 происходит с одной стороны блокировка управляющих импульсов от генератора 6 к усилителю мошности 7, а с другой стороны - отключение конденсатора 2 от зарядного устройства 1. При появлении на любом из И элементов памяти 9 логической единицы включается соответствующий индикатор об исчезновении тока в ветви 10, сигнализируя, в какой именно ветви включающего устройства 4 исчез или недопустимо снизился ток, что позво ляет быстро найти и устранить неисправ ности в силовой цепи.При коротком замыкании в силовой цепи (сгорание тиристора 23 включающего устройства 4) напряжение на конденсаторе 2 будет близко к нулю, а в нормальном рабочем режиме среднее за период значение напряжения на конденсаторе всегда больше О. На этом принципе основана защита от короткого замыкания, которая действует следующим образом,При снижении напряжения на конденсаторе до О (замыкание в силовой цепи) на выходе порогового устройства 21, появляется логическая единица, которая запоминается элементом памяти 16. С выхода элемента памяти 16 сигнал поступает884092 баня релйный эдэмнт 17, последний, срабатывая, воздействует ня коммутирующее устройство 3, которо отключает конденсатор 2 от зарядного устройства 1, Индикатор 13 сигнализирует о неисправ 5 ности в генераторе 6, Делитль,напряжения 19 необходим для согласования напряжения ня конденсатор 2 с допустимым по условиям эксплуатации напряжением на входе порогового устройства 21, Потен циальный разделитель 20 служит для потенциаш,ного разделения силовых цепей и цепей блока зашиты 8. Элемент выдержки времени 22 исключает ложное срабатывание защиты при переходе напряжения 15 на конденсаторе через О в процессе его перезяряда при прохождении импульса т- ка через нагрузку 5.Для подготовки генератора 6 к повторному вктпочению после устранения неис- Ю прявности, необходимо на короткое время обеспечить цепи питания всех элементов памяти. При этом на выходах всех элементов появляются логические нули, Без блока защиты надежность устройства рез ко снижается, имеет место выход из строя1значительного числа элементов (в частности, тиристоров 23), обнаружение и устранение неисправности требует значительных затрат и времени, кроме того, 50 оператор не может фиксировать исчезновение или значительное снижение тока в ветви тиристора 23, поэтому генератор 6 может длительное время работать с неисправностью во включающем устройстве 4 Так как в нормальном режиме тиристоры включаюшего устройства 4 значительно загружены (восьмикратная рабочая перегрузка), то неконтролируемый выход из строя одного тиристора приводит к недопустимой перегрузке остальных тиристо ров, следствием чего явился бы выход из строя одного или нескольких из оставшихся тиристоров. Невозможность контроля со:- тояния тиристора приводиля бы к большим затратам труда для регулярных проверок, исправности тиристорного включающего устройства. Предохранители, используемые обычно для отключений при перегрузке тиристоров, не нашли в этой схеме применения из-за широкого диапазона частот воспроизведения импульсов, амплитуды и длительности импульса. Защита от короткого замыкания позво, ляет быстрее отключать зарядное устрой ство от конденсаторов, чем если бы сработала тепловая зашита вводного автомата. Время отключения зашиты от короткого 8замыкания 300 мс. Быстродействующаязащита оч;нь эффективна при выходе изстроя блока тиристоров включающегоустройства (нанример, при исчезновенииуправляюшего импульса ня несколькихтиристорях), В этом случае с моментапоступления сигнала о выходе тиристораиз строя и до отключения зарядного устройства от силовых конденсаторов черезвключающее устройство прошло бы в самом благоприятном случае не менее 200импульсов из-за инерционности релейного элемента и комутационного устройства, что приведо бы к выходу из строязначительной части тиристоров включающего устройства. Сохранение информацииоб аварийном режиме после отключениягенератора позволяет быстро найти иустранить неисправность,Устройство позволяет повысить мощность генератора импульсов за счет введения И параллельно соединенных тиристоров во включаюшее устройство. Равномерная загрузка тиристоров по току обеспечивается уравнительными дросселями,а защита генератора от аварийных режимов и сигнализации - блоком зашиты. формула изобретения Генератор мощных импульсов тока, содержащий зарядное устройство, конденсатор, подключенный к зарядному устройству через коммутирующее устройство, включающее устройство, нагрузку, соединенную последовательно с конденсатором, от личаюшийс ятем, что, с целью увеличения мощности импульсов генератора, включающее устройство выполнено в виде И пяраллально соединенных тиристоров, с катодами которых соединена нагрузка, параллельно с тиристорами включены уравнительные дроссели с первичными, вторичными и вспомогательными обмотками, и дополнительно введен блок защиты, содержаший И элементов памяти, подключенных через И пороговых. элементов ко вспомогательным обмоткам уравнительных цросселей включаюшего устройства, И индикаторов об исчезновении тока в ветви, соединенных с выходами И элементов памятилогическое суммирующее устройство, импульсный усилитель с трансформаторным выходом, запоминаюший элемент, транзисторный ключ, усилитель, элемент памяти о коротком замыкании, рлейный10 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Фрюнкель ф. Импульсная техника.. М., фЗнергияф, 1965, с. 98-116,2, Приборы и техника эксперимента,1 з 1968, М 1, с. 6, рис, 1,9 884092 1 Оэлемент, индикатор о коротком замыка- памяти о коротком замыкании, а выход нии, последовательно соединенные дели релейного элемента подключен ко входу тель напряжения, потенциальный раздел- коммутирующего устройства, вход целитель, пороговое устройство и элемент вы- теля напряжения присоединен к кондендержки времени, при этом выходы эж-сатору, индикатор о коротком замыкании ментов памяти подключены к И входам соединен с выходом элемента памяти о логического суммирующего устройства, коротком замыкании, вход которого подвыход которого соединен со входами им- ключен к выходу элемента выдержки врепульсного усилителя и усилителя, выход мени.импульсного усилителя соединен с запоминающим элементом, выход которого подключен к входу транзисторного ключа,выход усилителя соединен с одним извходов релейного элемента, другой входкоторого подсоединен к выходу элемента