Устройство для заряда накопительного конденсатора

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН А ВТОРСКОМЪ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЗАРЯДА НАКОПИТЕЛЬГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРВ 790151, кл. Н 03 К 3/53; 1978.Авторское свидетельство СССРВ 911690, кл. Н 03 К 3/53, 1982,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯНОГО КОНДЕНСАТОРА(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использованов системах питания импульсных потребителей электрической энергии, Цель,ЯО 14051011 4 Н 03 К 3/53 изобретения - улучшение удельныхэнергетических показателей - достигается путем увеличения скорости передачи энергии источников в накопительный конденсатор за счет увеличениякоэффициента умножения напряжения.Устройство содержит источник переменного тока с клеммами 1-3, вьцодныешины 4 и 5, накопительный конденсатор 6, конденсаторы 7, 11, 13, 15,1821, диоды 8, 9,10 и 12, тиристоры14, 17,22-27 и блок 16 управления, Вописании изобретения приводятся фрагменты цепей заряда - разряда конденсаторов и эпюры, поясняющие работуустройства для заряда накопительногоконденсатора. 11 ил.Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использовано всистемах питания импульсных потребителей электрической энергии.5Цель изобретения - улучшение удельных энергетических показателей путемувеличения скорости передачи энергииисточника в накопительный конденсатор за счет увеличения коэффициентаумножения напряжения,На фиг, 1 приведена принципиальнаяэлектрическая схема устройства; нафиг, 2 - эпюры, поясняющие работуустройства; на фиг. 3-11 - фрагменты 15цепей заряда - разряда конденсаторов.Устройство для заряда накопительного конденсатора содержит источникпеременного тока с тремя выходнымиклеммами 1-3, первую 4 и вторую 5 вы Оходные шины, подключенные к накопительному конденсатору 6, первый конденсатор 7, первая обкладка которогосоединена с первой выходной клеммой1, а вторая обкладка через первыйдиод 8 - с второй выходной клеммой2 второй диод 9, катод которого соединен с третьей выходной клеммой 3,третий диод 10, катод которого соединен через второй конденсатор 11 свторой выходной клеммой 2, четвертыйдиод 12, катод которого соединен спервой обкладкой третьего конденсатора 13, первый тиристор 14,анод которого соединен с первой обкладкой35четвертого конденсатора 15, а управляющий электрод - с первым выходомблока 16 управления, второй тиристор17, анод которого соединен с первойобкладкой пятого конденсатора 18,шестой 19, седьмой 20, восьмой 21 конденсаторы, третий 22, четвертый 23,пятый 24, шестой 25, седьмой 26,вось-,мой 27 тиристоры. 25 30 Шестой конденсатор 19 включен меж ду первой выходной шиной 4 и объединенными анодом и катодом третьего 22 и четвертого 23 тиристоров, управляю щие электроды которых подключены соответственно к вторым и третьим выхо дам блока 16 управления, а анод третьего тиристора 22 соединен с катодом второго диода 9, катод четвертого тиристора 23 - с катодом четвертого 12 и анодом второго 9 диодов, второй об кладкой пятого конденсатора 18, второй выходной шиной 5 и через седьмой конденсатор 20 - с объединенными катодом:и анодом пятого 24 и шестого 25 тиристоров, управляющие электродыкоторых соединены с четвертым и пятымвыходами блока 16 управления,Катод пятого тиристора 24 соединен с второй выходной клеммой 2, анрдшестого - с второй обкладкой первогоконденсатора 7, анодом третьего диода10, с первой выходной шиной 4, второй обкладкой четвертого конденсатора 15, анод первого тиристора 14 соединен с катодом седьмого тиристора 26,управляющий электрод которого соединенс шестым выходом блока 16 управления,анод - с катодом третьего диода 10,анодом восьмого тиристора 27, управляющий электрод которого соединен сседьмым выходом блока 16 управления,катод - с анодом второго тиристора17, катод которого соединен с катодомпервого тиристора 14, соединенным санодом четвертого диода 12 и черезвосьмой конденсатор 21 - с третьейвыходной клеммой 3. Вторая обкладкатретьего конденсатора 13 соединена спервой выходной клеммой 1, анод третьего диода 10 соединен с второй обкладкой первого конденсатора 7, атри выходные клеммы 1-3 соединенысоответственно с первым, вторым, третьим входом блока 16 управления, управляющий электрод второго тиристора 17 с восьмым выходом блока 16 управления,Устройство работает следующим образом.Для наглядности объяснения циклического изменения структурной схемыв процессе заряда конденсатора 6 отдельные временные интервалы иллюстрируются фрагментами схемы устройства (фиг, 3-11). Принцип работы этогомногоконтурного устройства для зарядазаключается в следующем,Источником электрической энергиидля заряда накопительного конденсатора служит трехфазный источник переменного тока, обмотки которого могут быть соединены по схеме треугольник . или звезда, напряжения на выходных клеммах 1-3 которого образуют трехфазную последовательность и сдвинуты друг относительно друга на 120 электрических градусов (фиг,2 а).Пусть в исходный момент времени линейное напряжение на клеммах 1 и 2 равно нулю и начинают возрастать по абсолютной величине, причем положительиый потенциал приложен к клемме2, При этом линейные напряжения на клеммах 3 и 1, 2 и 3 равны по абсолютной величине, но линейное напряжение на клеммах 3 и 1 имеет отрицательсное, в клеммах 2 и 3 - положительное значение,Конденсатор 7 (фиг.3) при увеличении напряжения по закону синуса через диод 8 заряжается (током, убывающим 10 по закону косинуса) до амплитуды линей - ного напряжения на клеммах 1 и 2.Этот заряд,цлится 90 эл, град. и завершается в момент времени, когда линейное напряжение на клеммах 1 и 2 достигнет 15 своего амплитудного значения Б .При этом диод 8 запирается и предотвращает разряд конденсатора 7 на источник.Затем напряжение источника убывает по закону косинуса, при этом происхо дит изменение структуры системы заряда и суммарное напряжение конденсатора 7 и клемм 1 и 2 начинает возастать.Г25Это напряжение прикладывается через диод 10 к конденсатору 11 (фиг,4 а) и, так как напряжение источника убывает от максимального значения до нуля, токзаряда конденсатора 11 в начале возрастает по закону синуса и через 90 эл. град. от выбранного начала заряда достигает своего максимального - амплитудного значения (фиг. 4,б). Конденсатор 7 при этом разрядится, Напряжение источника в З 5 это время станет равным нулю, а затем изменяет свой знак и начинает возрастать по закону синуса. Ток заряда этого конденсатора, убывающий по закону косинуса, ограничивается 40 сопротивлением конденсатора 7, который в это время заряжается обратной полярностью (перезаряжается). Такая передача энергии источника в конденсатор 11 обеспечивает его заряд до 45 напряжения, достигающего в максимуме значения, равного 2 БщПосле этого структура схемы устройства вновь изменяется, так как напряжением конденсатора 11 диод 10 50 запирается, Через 270 эл.град от выбранного начала отсчета напряжение источника (клемм 2 и 1) вновь начинает убывать по абсолютной величине по закону косинуса, Так как конденсатор 7 55 в процессе его перезаряда был заряжендо Пщ, структура схемы устройствавновьизменяется - снова открываетсядиод 8 и протекает ток по цепи; клемма 1 - фазовые обмотки - клемма 2 диод 8 - конденсатор 7 - клемма 1 (фиг. 3).Конденсатор 7 возвращает энергию в источник током, изменяющими ся по закону синуса. Этот ток достигает своего максимального амплитудного значения через 90 эл. град, что соответствует 360 эл,град от выбранного начала отсчета. Конденсатор 7 вновь оказывается разряженным. Далее процессы в вентильно-конденсаторных ячейках (фиг. 3,4) повторяются циклически, поэтому ток источника имеет непрерывный характер и изменяется по гармоническому закону. В результате этого так называемая мощность искаженийза период изменения тока равна нулю,что повышает коэффициент использования мощности источника.В вентильно-конденсаторных ячейках, содержащих диод 9 и конденсатор13, а также диод 12 и конденсатор 21,протекают физические процессы, аналогичные рассмотренным, но со сдвигомпо фазе, равным 120 эл.град. (Цепизаряда конденсаторов этих ячеек показаны на фиг. 5 и 6),В последующем происходит зарядконденсатора 13 под действием суммарного напряжения клемм 1 и 2; а такженапряжений заряженных ранее конденсаторов 13 и 11 - через открытый тиристор 27 - при подаче сигнала на егоуправляющий электрод, При этом конденсатор 18 заряжается до учетверенного значения амплитуды линейного напряжения (фиг. 7). По окончании заряда конденсатора 18 тиристор 27 запирается естественным путем - самопогасает.Аналогично конденсатор 15 (фиг.8) под действием суммарного напряжения клемм 1 и 3 и напряжения конденсаторов 7 и 21 через открытый тиристор 14 заряжается до учетверенного значения амплитуды линейного напряжения, После того, как завершится заряд конденсатора 15 и тиристор 14 закроется (погаснет) естественным путем, блок 16 управления выдает сигнал на открытие тиристоров 23 и 26 и начинается заряд конденсатора 19 (фиг.9) суммарным напряжением клемм 2 и 1 и предварительно заряженных конденсаторов 11, 13 и 15 по цепи: клемма 2 - конденсатор 11 - тиристор 26 - конденсатор. 15 - конденсатор 19 - тирис 40510 Зтор 23 - конденсатор 13 - клемма 1.При этом конденсатор 19 может бытьзаряженным до восьмикратного значения амплитуды линейного напряжения.Со сдвигом по фазе блоком 16 управления выдаются управляющие импульсы на тиристоры 17 и 25. После этогоНачинается процесс заряда конденсатора 20 (фиг, 10) по цепи: клемма 1 - 10конденсатор 7 - тиристор 25 - конденсатор 20 - конденсатор 18 - тиристор17 - конденсатор 21 - клемма 3. Приэтом к конденсатору 20 прикладываетсясуммарное напряжение заряженных ранее 15конденсаторов 7, 18 и 21, а такжеклемм 1-3, Вследствие этого конденсатор 20 может быть заряженным довосьмикратного значения амплитуды линейного напряжения. 20После завершения заряда конденсаторов 19 и 20 тиристоры 23, 26", 25 и17 закрываются, а блок 16 управленияподает сигналы .на открытие тиристоров24 и 22, при этом вновь меняется 25структура зарядного контура (фиг, 11)и начинается заряд накопительного конденсатора, подключенного к шинам 4 и5 по цепи; клемма 2 - тиристор 22 -конденсатор 19 - кле а 4 - накопительный конденсатор 6 - шина 5. - конденсатор 20 - тиристор 24 - клемма 2.На накопительном конденсаторе суммируется напряжение клемм 3 и 2 и конденсаторов 19 и 20 и он через большоечисло периодов окажется заряженным до35напряжения, значение которого в семнадцать раз превосходит амплитудноезначение линейного напряжения источника.ц, 40В этой схеме осуществляется медленный"1 заряд емкостного накопителяэлектрической энергии. Поэтому емкостьконденсаторов 7, 11 и 13, 21 должнабыть меньше емкости конденсаторов 15и 18, а их емкость меньше емкости:конденсаторов 19 и 20.1Принципиально это устройство можетбыть использовано и для так называемого "быстрого" заряда емкостногонакопителя, т.е. для заряда за одинили несколько периодов изменения токатрехфазного источника питания,Для более подробного рассмотренияэлектромагнитных процессов в устройстве рассмотрим работу этого устройства в режиме холостого хода,Если как и ранее принять, что висходный момент времени линейное напряжение клемм 1 и 2 равно нулю и начинает возрастать по абсолютной величине, причем положительный потенциал приложен к клемме 2, При этом линейные напряжения на клеммах 3 и 1 - 3 равны по абсолютной величине, но- линейное напряжение на клеммах 3 иимеет отрицательное, а на клеммах 2 и 3 - положительное значение.Через 90 эл.град под действием приложенного линейного напряжения клемм 1 и 2 через диод 8 по цепи клемма 2 - диод 8 - конденсатбр 7 - клемма 1 до линейного напряжения зарядится конденсатор 7,Через 90 эл. град, когда линейное напряжение клемм 1 и 2 начинает убы- вать, а суммарное напряжение клемм 1 и, 2 и конденсатора 7 возрастать, изменяется структура устройства и начинается заряд конденсатора 11 по .цепи клемма 1 - конденсатор 7 - диод 10 - конденсатор 11 - клемма 2. Заряд конденсатора 11 длится 180 эл,град. и заканчивается, через 270 эл.град от начала отсчета. При этом конденсатор 11 заряжается до напряжения, равного 2 Увл.Через 120 эл.град. от начала отсчета под действием линейного напряжения клемм 1 и 3 начинается заряд конденсатора 13 по цепи клемма 1 - конденсатор 13 - диод 9 - клемма 3.За четверть периода, т,е. через 210 эл.град, от начала отсчета, конденсатор 13 окажется заряженным до линейного напряжения клемм 1-3.Через 210 эл.град, когда линейное напряжение клемм 1 и 3 начинает убывать, а суммарное напряжение клемм 1 и 3 и конденсатора 13 возрастать,изменяется структура устройства и начинается заряд конденсатора 21 по цепи клемма 3 - конденсатор 21 - диод 12 - конденсатор 13 - клемма 1Заряд конденсатора 21 длится 180 эл. град и заканчивается через 390 эл.град от начала отсчета. При этом конденсатор 21 зарядится до напряжения 2 цЧерез 360 эл.град от начала отсчета продолжаются циклически процессы заряда первой вентильно-конденсаторной ячейки, Кроме того, от блока 16 управления подается отпирающий импульс на тиристор 27 (фиг. 2 б); снова изменяется структура устройства и начинается заряд конденсатора 18 по цепи клемма 2 - конденсатор 11 - ти 14051ристор 27 - конденсатор 18 - конденсатор 13 - клемма 1. Конденсатор 8 при этом зарядится до напряжения 4 Бел так как на нем происходит алгебраи 5 ческое суммирование напряжения клемм 1 и 2 и конденсаторов 11 и 13,По мере заряда конденсатора 18 ток через него уменьшается и, когда он становится меньше тока удержания 10 тиристора, последний закрывается.Это произойдет через 450 эл,град от начала отсчета.Через 480 эл,град, от.начала отсчета продолжаются. циклические процессы заряда третьей вентильно-конденсаторной ячейки. Кроме того, с блока 16 управления подается отпирающийимпульс на тиристор 14, при этом изменяется структура устройства и начи нается заряд дозирующего кондЕнсатора 15 по цепи клемма 1 - конденсатор 7 - конденсатор 15 - тиристор 14 - конден сатор 21 - клемма 3. Конденсатор 15 зарядится до напряжения 4 Птак как 25 на нем происходит алгебраическое суммирование напряжений клемм 1 и 3 и конденсаторов 7 .и 21 Закрытие тиристора происходит естественным путем через 570 эл.град, от начала отсчета. 30Через 720 эл.град от начала отсчета блок 16 управления подает импульсы на тиристоры 23 и 26 изменяется структура устройства и начинается заряд конденсатора 19 по цепи клемма 2 -35 конденсатор 11 в , тиристор 26 - конденсатор 15 - конденсатор 19 - тиристор 23 - конденсатор 13 - клемма 1.Конденсатор 19 зарядится до напряжения 8 П, так как на нем происходит 40елфсуммирование напряжений клемм 2 и 1 и конденсаторов 1, 13 и 15, Закрытие тиристоров происходит естественным путем.Через 840 эл.град от начала отсче та блок 16 управления подает отпирающие импульсы на тиристоры 25 и 17 и начинается заряд конденсатора 20 по цепи клемма 1 - конденсатор 7 - тиристор 25 - конденсатор 20 - конденсатор 18 - тиристор 17 - конденсатор .50 21 - клемма 3. Конденсатор 20 зарядит" ся до напряжения 8 Ц , так как на нем происходит суммирование напряжений клемм 1 и 3 и конденсаторов 7, 21 и 18, Закрытие этих тиристоров также происходит естественным путем.Через 960 эл.град от начала отсчета блок 16 управления подает отпираю 03 8щие импульсы на тиристоры 24 и 22 и начинается заряд накопительного конденсатора 6 по цепи клемма 3 - тиристор 22 - конденсатор 9 - шина 4 - накопительный конденсатор 6 - шина 5 конденсатор 20 - тиристор 24 - клемма 2. К накопительному конденсатору будет приложено напряжение 17 П , такю как на нем происходит суммирование напряжений клемм 3 и 2 и конденсаторов 19 и 20, Закрытие тиристоров 24 и .22 происходит естественным путем, когда ток заряда накопительного конденсатора станет меньше тока удержания этих тиристоров1Так как емкость накопительного конденсатора 6 намного больше емкости конденсаторов 19 и 20, то за один цикл напряжение на накопительном конденсаторе возрастает незначительно, а полный заряд его происходит за большое число периодов изменения напряжения источника. Поэтому далее все процессы при установившемся режиме заряда будут в течении каждого периода повторяться циклически и накопительный конденсатор 6 за много периодов зарядится до напряжения, в пределе равного 17 Бщл или 28 Бр, где Б - амплитуда фазового напряжения.Формула изобретенияУстройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее источник переменного тока с тремя выходными клеммами, первую и вторую выходные шины, подключенные к накопительному конденсатору, первый конденсатор,первая обкладка которого соединена с пер-.вой выходной клеммой, а вторая обкладка через первый диод - с второй выходной клеммой, второй диод, катод которого соединен с третьей выходной клеммой, третий диод, катод которого соединен через второй конденсатор с второй выходной клеммой, четвертый диод, катод которого соединен с первой обкладкой третьего конденсатора, первый тиристор, анод которого соединен с первой обкладкой четвертого .конденсатора,. а управляющий электрод - с первым выходом блока управления, второй тиристор, анод которого соединен с первой обкладкой пятого конденсатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения удельных энер 1405103 10гетических показателей эа счет увели чения скорости передачи энергии в накопительный конденсатор, в него введены с шестого по восьмой конденсаторыс третьего по восьмой тиристоры, причем шестой конденсатор включен между первой выходной шиной и ,обьединенными анодом и катодом третьего и четвертого тиристоров, управляющие электроды которых подключены соответственно к вторым и третьим выходам блока управления, анод третьего тиристора соединен с катодом второго диода, а катод четвертого тиристора - с катодом четвертого и анодом втором диодов, второй обкладкой пято - го конденсатора, второй выходной шиной,и через седьмой конденсатор - с объединенными катодом и анодом пятого и шестого тиристоров, управляющие электроды которых соединены с четвертым и пятым выходами блока управления, катод пятого тиристора соединенс второй выходной клеммой, анод шес;,того - с второй обкладкой первого конденсатора, анодом третьего диода,с первой выходной шиной, второй обкладкой четвертого конденсатора, анодпервого тиристора соединен с катодомседьмого тиристора, управляющий электрод которого соединен с шестым выходом блока управления, анод - с катодом третьего диода, анодом восьмого 10 тиристора, управляющий электрод которого соединен с седьмым выходом блокауправления, катод - с анодом второготиристора, катод которого соединен с.катодом первого тиристора, соединенным с анодом четвертого диода и черезвосьмой конденсатор - с третьей выходной клеммой, вторая обкладка третьегоконденсатора соединена с первой выходной клеммой, анод третьего диода - 2 О с второй обкладкой первого конденсатора, а три выходные клеммы - соответственно с первым, вторым и третьим входами блока управления, управляющий электрод второго тиристора с восьмым выхпдом блока управления.