Генератор импульсов тока

Союз СоветскииСоциалистическимиРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 1940280(71) Заявитель Тольяттинский политехнический институт(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА 1Изобретение относится к устройствам преобразования энергии постоянного в энергию переменного тока и предназначен для импульсного возбуждения активно- индуктивных нагрузок, в частности индук 5 торов электротермических установок и магнитострикторов.Известны генераторы импульсов тока, используемые в электротехнических устройствах для импульсного возбуждения активно-индуктивной нагрузки. Генератор импульсов тока содержит зарядной устройство, состоящее из источников питания и блока умножения напряжения, накопительный конденсатор, тиристоры и диоды, подкпючаюшие накопительный конденсатор к активно-индуктивной нагрузке и обеспечивакзцие рекуперацию избыточнои энергии из нагрузки и контуры искусственно го выключения тиристоров 1.20Недостатком такого генератора является низкий диапазон рабочих частот,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и характеру протека ния элек тромаг нитных процессов являетсягенератор, содержаший зарядное устройст,:,во, состоящее из источника питания исглаживающего дросселя, накопительныйконденсатор, рабочие тиристоры, первыйиз которых подключен анодом к попожительному электроду накопительного конденсатора, а катодом к первому зажимунагрузки, а второй - катодом к отрицательному электроду накопительного конденсатора, ванодомко второму зажиму нагрузки, отсекающие диоды, анодпервого из которых подкпючен ко второму зажиму нагрузки, отсекакщие диоды,анод первого из которых подключен ковторому зажиму нагрузки, а катод к положительному электроду накопительногоконденсатора, анод второго подключая котрицательному электроду накопительногоконденсатора, а катод - к первому зажиму нагрузки, две цепи искусственной коммутации, каждая иэ которых состоит изпоследовательно соединенных коммутирующего тирис тора и коммутирующего94028конденсатора, подключенные параллель; но каждому из рабочих тнристоров, идве цепи подготовительного перезарядв,поцкпюченные параллельно каждому изкоммутирующих конденсаторов 121.5Для генератора импульсов тока присущкойебательный характер переходных процсссов напряжения нв конденсаторах,а соответственно и нв других элементах схем. Уровень этих переходных процессов в 1 овгенераторе мЪжет в 1,52 раза превосходить установившиеся значения. Этозаставляет выбирать полупроводниковыеприборы с более высоким классом напряжени я. 35Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генератора засчет повышения коммутационной устойчивости генератора.Поставленная цель достигается тем,что в генераторе импульсов тока, содержащем источник питания, накопительныйконденсатор, подключенный к источникучерез входной дроссель и диод, рабочиетиристоры, первый из которых подключенанодом, а второй катодом к накопительному конденсатору, нагрузку, подключеннуюпервым зажимом к катоду первого и вторым зажимом к аноду второго рабочихтиристоров, отсекающие диоды, первый изкоторых подключен анодом к второму зажиму нагрузки, а второй - катодом кпервому зажиму нагрузки, коммутирующиеконденсаторы, подключенные параллельнокаждому рабочему тиристору через коммутирующие тиристоры и перезарядные35цепи, каждая из которых состоит из последовательно включенных вспомогательного тиристора и дросселя, подключенныхпараллельно коммутирующим конденсаторам,4входной дроссель снабжен дополнительнойобмоткой, первый вывод которой черездополнительный диод, а второй вывод через дополнительный конденсатор соединены с катодом второго рабочего тирнстора, а точка соединения дополнительного ф 5конденсатора и второго вывода дополнительной обмотки подключена положительному зажиму источника питания.При этом первый вывод дополнительной обмотки соединен с катодом допол- .нительного диода, причем дополнительнаяобмотка магнитно-встречно связана свходным дросселем,На фиг. 1 приведена принципивльнвяэлектрическая схема предлагаемого генератора импульсов тока; нв фиг. 2 временные диаграммы токов и напряже,ния на элементах генераторв в течение 0одного периода работы генератора; нафиг. 3 - огибающие значений напряженийна конденсаторах и входного тока в начале каждого периода и времени, предоставляемого рабочим тиристором на восстановление своих управляющих свойствв зависимости от количества периодовработы генератора,Генератор импульсов тока содержитзарядное устройство, состоящее из источника питания и дросселя 2, накопительный конденсатор 3, подключенныйк источнику 1 питания через дроссель 2,К выходным зажимам источника 1 питанияния подключен конденсатор 4, К положительному зажиму источника 1 питанияподключена цепь из соединенных последовательно дополнительной обмотки 5 и диода 6, анод которого подключен к отрицательному зажиму источника питания, вдополнительная обмотка 5 магнитно-перекрестно связана с дросселем 2, Последовательно с дросселем 2 подключен диод7, который подсоединяется катодом кнакопительному конденсатору 3,Кроме того, генератор импульсов тока содержит рабочие тиристоры 8 и 9, первый из которых подключается анодом, а второй катодом к накопительному конденсатору 3, нагрузку 10, подключенную первым зажимом к катоду первого и вторым зажимом к аноду второго рабочих тиристоров Я и 9, отсекающие диоды 11 и 12, первый из которых подключен анодом ко второму зажиму нагрузки 10, а катодом - к положительному зажиму источника 1 питания.Второй отсеквюший диод 12 соединен катодом с первым зажимом нагрузки 10, а анодом с отрицательным зажимом источника 1 питания. Коммутирующие конденсаторы 13 и 14 подключены параллельно каждому рабочему тиривтору 8 и 9 через коммутирующие тиристоры 15 и 16.Параллельно каждому из коммутирунвцнх конденсаторов 13 и 14 подключена перезвряднвя цепь. Каждая перезврядная цепь:состоит из последовательно включенных соответственно вспомогательных тиристоров 17 и 18 и дросселей 19 и 20.Емкость каждого из коммутирующих конденсаторов 13 и 14 в 3 - 10 рвз меньше емкости накопительного конденсатора 3, Индуктивность дросселя 2 в 20 - 30 рвз больше индуктивности нагрузки 10, Количество витков дополнительпериод работы уменьшается (кривая 24). Уменьшается начальное напряжение Ц 0,5 9402ной обмотки 5 в 1,5 - 5 раз большеколичества витков дросселя 2,Кривая 21 (фиг,2) изображает изменение тока в нагрузке 10, кривая 22напряжение на накопительном конденсаторе 3, а кривая 23 - на одном из коммутирующих конденсаторов 13 и 14 вовремя одного периода работы генератора.Кривая 24(фиг. 3) изображает зависимость начальных значений напряжений на накопительном конденсаторе 3 от количествапериодов работы генератора, кривая 25 -зависимость начальных значений напряжений н а коммутирующем конденсаторе13 и 14 от количества периодов работы 15генератора, кривая 26 - зависимость тока в дросселе 2 от количества периодовработы генератора, кривая 27 - зависимость значений времени, предоставляемого схемой для восстановления управляюших свойств рабочих тиристоров 8 и 9от количества периодов работы генератора,Генератор импульсов тока каждый период работает следующим образом,При подаче управляющих импульсов на 25рабочие тиристоры 8 и 9, накопительныйконденсатор 3 разряжается на нагрузку10, В момент времени 1(фиг,2), когданапряжение на накопительном конденсаторе 3 уменьшается, но еше сменяет по- З 0лярносгь, подаются импульсы управленияна коммутирующие гирисгоры 15 и 16цепей искусственной коммутации. Рабочие тирисгоры 8 и 9 выключаются икоммутирующие тиристоры 15 и 16 и пе 35рехватываюг ток нагрузки 10, К рабочимгиристорам 8 и 9 прикладывается отрицательное напряжение коммутирующих конденсаторов 13 н 14, Под действием тока нагрузки 10 коммутирующие конденсаторы 13 и 14, имеющие емкость меньшую, чем емкость накопительного конденсатора 3, быстро перезаряжаюгся.Отрицательное напряжение прикладывается к рабочим гирисгорам 8 и 9 в течеф 5ние времениразряда коммутирующихконденсаторов 13, 14 до нуля,После изменения полярности напряжения на коммутирующих конденсаторах13 и 14 меняется полярность напряжения на нагрузке 10. В момент 1 ффиг.2),50когда напряжение на нагрузке 10 становится равным по абсолютной величиненапряжению на выходе источника 1 питания, открываются отсекающие диоды13 12 и перехватывают ток нагрузки10. Коммутирующие тиристоры 15 и 16запираются и напряжение на каждом изкоммутирующих конденсаторов 13, 14 80 6отсекается на уровне, равном напряжениюскосне 1 и) (") где ОСн,- напряжения на накопительном конденсаторе В в момент отсечкиС - напряжение источника 1 питания,Электромагнитная энергия нагрузки 10 рекомендуется в конденсатор 4 на выходе источника 1 питания, а из источника питания 1 через дроссель 2 поступает энергия в накопительный конденсатор 3. После уменьшения тока нагрузки 10 до нуля отсекакшие диоды 11,12 запираются. Ог схемы управления включаются тиристоры 17 и 18 цепей подготовительного перезаряда, коммутирую шие конденсаторы 13 и 14 перезаряжаются и полярность напряжения на них становится первоначальной, В следующем периоде работа генератора повторяется. Перец пуском генератора конденсаторы 3 и 4 заряжены до напряжения источника 1 питания и ток в дросселе 2 отсут ствует, Каждый из конденсаторов 13 и 14, как правило, также заряжен до напряжения источника 1 питания. При пуске генератораток в дросселе 2, индуктивность которого зкачительно превышает индуктивность нагрузки 10, нарастает не мгновенно, а за несколько периодов работы генератора. При токе вдросселе.2 меньше установившегося, начальное напряжение Осно на накопительном конденсаторе 3 в каждый следующий и на каждом из коммутирующих конденсагоров 13 и 14 (кривая 25), но в гораздо меньшей степени, так как согласно выражению ( 1) на уровеньнапряжения отсекаемого на коммутирующем конденсаторе 13 и 14 оказываетвлияние не только меняющееся в зависимости от периода напряжением, . иои постоянное напряжение источника 1питания, Напряжение Осина накопительном конденсаторе 3 в момент запираниякоммутирующих конденсаторов 13 и 14всегда меньше напряжения источника 1питания, поэтому уровень начального .напряжения на коммутирующих конденсвторах 13 и 14 в предлагаемом генераторе выше, чем у известного, Увеличенние напряжения на коммутирующих конденсаторах 13 и 14 увеличивает вреюяпредоставляемое схемой, рабочим тиристором 8 и 9 на восстановление своихуправляющих свойств,Времяв переходном режиме припуске предлагаемого генератора больше, 5чем в установившемся режиме, По меренарастания входного тока 1 фиг.З кривая26) напряжение на накопительном конденсаторе 3 в начале каждого последую-щего периода работы генератооа возрастает по колебательному закону (фиг.Зкривая 24).При напряжении на накопительномконденсаторе 3 большем, чем напряжениеисточнике 1 питания, к концу входного 15дросселя 2 со стороны накопительногоконденсатора 3 прикладывается положительное напряжение, Соотношение витковдросселя 2 и дополнительной обмотки 5выбраны таким обрезом, что при определенном уровне напряжения на накопительном конденсаторе 3 открываетсядиод 6 и входной ток перехватывается вцепь диод 6 - конденсатор 4. Диод 7 приэтом препятствует возникновению сквозного разряда накопительного конденсатора3 на конденсатор 4.Уровень напряжения накопительногоконденсаторе 3, при котором отпираетсядиод 6, выбран несколько выше максимальЗ 0ного напряжения, которое бывает на накопительном конденсаторе 3 в установившемся режиме, При рекуперадии энергиииз дросселя 2 в конденсатор 4 источник1 питания отключается. Генератор в это З 5время продолжает работать (фиг.З, период 8), напряжение на накопительномконденсаторе 3 понижается и, когда оностановится меньше напряжения на конденсаторе 4, открывается диод 7 и конденсатор 4 через дроссель 2 начинаег отдавать свою энергию в накопительный конденсатор 3,При отпирании диода 7 диод 6 запирается, Источник 1 питания (обычно это неуправляемый выпрямитель) продолжаетоставаться в запертом состоянии до техпор, пока е го выходное напряже н не несравняется с напряжением на конденсаторе 4. Отключение источника 1 питанияот генератора стабилизирует ток в дросселе 2 и напряжение на накопительномконденсаторе 3 на уровне, который ониимеют в устовившемся режиме, Обычнодо выхода нэ. установившийся режим происходит несколько перехватов тока дросселя 2 в цепь конденсатор 4 - диод 6,Длительность работы диода 6 и обмотки5 значительно меньше длительности работы остальных элементов генератора псм.этому обмотка 5 наматывается из сравнительно тонкого провода, а диод 6 выбирается на небольшой средний ток.Преимущество предлагаемого генератора состоит в том, что время, предоставляемое схемой для восстановления управляющих свойств рабочих гиристоров, в предлагаемом генераторе выше, чем в известном, следовательно, и коммутационная надежность генератора будет большей, Этопозволяет использовать генератор импульсов тока при более высокой частоте возбуждения с нагрузкой, параметры котороймогут меняться в широких пределах, чтозначигельно расширяет функциональныевозможности генератора,(роме того, в рассматриваемом генераторе значительно уменьшается максимальное напряжение на элементах схемы,Уменьшение максимального напряженияприводит к снижению стоимости, веса игабаритов генератора, которые компенсируют появление добавочных элементов,формул и зобре ге ния. Генератор импульсов тока, содержащий источник питания, накопительный конденсатор, подключенный к источнику питания через входной дроссель и диод, рабочие гиристоры, первый из которых подключен анодом, а второй катодом к накопительному конденсатору, нагрузку, подключенную первым зажимом к катоду первого и вторым зажимом к аноду второго рабочих гиристоров, отсекающие диоды, первый из которых подключен анодом к второму зажиму нагрузки, а второй - катодом к первому зажиму нагрузки, коммугирующие конденсаторы, подключенные параллельно каждому рабочему гирисгору через коммутирующие тирисгоры и перезарядные цепи, каждая из которых состоит из последовательно включенных вспомогательного гирисгора и дросселя подключенных параллельно коммутирующим конденсаторам, отличающийся тем,что,с целью расширения функциональных возможностей, входной дроссель снабжен дополВнительной обмоткой, первый вывод которой через дополнительный диод, а второй вывод через дополнительный конденсатор соединены с катодом второго рабочего тиристора, а точка соединения дополни тельного конденсатора и второго вывода дополнительной обмотки подключена к положительному зажиму источника питания.9 940282, Генератор по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, первый вывод допол нительной обмотки соединен с катодом дополнительного диода, причем дополнительная обмотка магнитно-встречно свя-зана с вкодным дросселем. 0 10 Источники информации,принятые,во вннмание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР 0447816, кл.Н 03 К 3/5 3, опублнк. 1 974,2. Авторское свидетельство СССР М 171943,кл.Н 05 Н 13/04,опублик.1965,.