Генератор импульсов тока

71) Заявител льяттинский поли еский институт(54) ГЕНЕРАТОР УЛЬСОВ ТОКА на к мой с ваомь сф р имльсов топостончого товую схему, в 1Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использовано дляпитания различных потребителей импульсной электрической мощности,Известен генератор импульсов тока,который содержит мостовую схему, в двапротивоположных плеча которой включеныобмотки индуктивности, в два других плечавключены накопительные конденсаторы, водну из диагоналей моста включен первый1 Отиристор, а в другую диагональ включеныпоследовательно первый диод и цепочкаиз последоватепьно соединенных второготиристора и коммутирующего конденсатора, к которому через дроссель, зашунти 1рованный третьим тиристором, присоединен выпрямитель 1Однако данный генератор имеет низкий КПД за счет потерь в обмотке дроселя и невысокую рабочую частоту засчет того, что к первому тиристору вовремя коммутации прикладывается не полное напряжение коммутирующего конденсатора, в разность между напряжением мутируюшем конденсаторе и сумяжений на накопительных конденаторах.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор импульсов тока, который содержит мостовую схему, в два противоположныхплеча которой включены катушки индуктивности, в два других плеча включены накопительные конденсаторы, в одну из диагоналей моста включен тиристор, а в другую диагональ включены параллельно первый диод и цепочка из последо тельно соединенных второго диода и к мутируюшего конденсатора, к которому через зарядную цеп подключен источник постоянного тока 2 .Данный генератор также имеет невысокие КПД и рабочую частоту.Цель изобретения - повышение частоты и КПД генератора.Для этого в генератока, содержащий источникка, зарядную цепь, мосто9248 два противоположных плеча которой вщиьчены конденсаторы, в два других плеча -катушки индуктивности, в одну из диагоналей мостовой схемы включен диод, ав другую - тиристор, введен тиристорный5мост, в одну диагональ которого включендополнительный конденсатор, а во вторуюдиагональ включен тиристор мостовойсхемы, причем источник постоянного тока через зарядную цепь включен в одну 10из диагоналей мостовой схемы.Тиристорный мост является узлом искусственной коммутации тиристора в диагонали мостовой схемы генератора. Вместо тиристорного моста могут быть исполь зованы и другие известные узлы искусственной коммутации тиристоров.На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема генератора импульсов тока, когда источник псоянногтока включен в диагональ мостовой схемы, которая содержит тиристор; на фиг. 2 кривые токов и напряжений на отдельныхээлементах генератора; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема генератора, когда источник постоянного токавключен в диагональ мостовой схемы,которая содержит диод; на фиг. 4 - кривые токов и напряжений на отдепьныхэлементах генератора, изображенного нафиг. 3.,Генераторы импульсов тока содержатисточник 1 постоянного тока, заряднуюцепь 2, мостовую схему, в два противоположных плеча которой включены конденсатор 3 и конденсатор 4, в два дру 35гих плеча - катушка 5 индуктивности икатушка 6 индуктивности, в одну из диагоналей включен диод 7, а в другую диагональ включен тиристор 8, тиристорный40мост на тиристорах 9-12, дополнительныйконденсатор 13.На фиг, 2 и 4 изображены сумма напряжений на конденсаторах 3 и 4 - кри- .вая 14, напряжение на одном из конденсаторов 3 и 4 -кривая 15, ток в одной45из катушек 5 или 6 - кривая 16, напряжение на конденсаторе 13 - кривая 17,Генератор импульсов тока (фиг. 1)работает следующим образом,В исходном состоянии от источника 1течет токзаряда конденсаторов 3 и 4через катушки 5 и 6. Принимаем направление его в катушках 5 и 6 отрицательным. Конденсаторы 3, 4 и 13 заряженыдо требуемого уровня напряжения. Конденсатор 13 может быть заряжен или отпостороннего источника или путем предварительного отпирания тиристоров 9 и 36 410 также от источника 1 через зарядную цепь 2.В момент времени То (фяг. 2) открывается тиристор 8 и конденсаторы 3 и 4 подключаются к катушкам 5 и 6 соответственно. При этом ток в катушках 5 и 6 уменьшается по абсолютной величине, а напряжение на конденсаторах 3 и 4 увеличивается. В моментток в катушках 5 и 6 падает до нуля, а напряжение на конденсаторах 3 и 4 максимально, а затем после моментанапряжение на конденсаторах 3 и 4 уменьшается, а ток в катушках 5 и 6 увеличивается. В момент времени 1, когда конденсаторы 3 и 4 еще раз разрядились, включаются тиристоры 9 и 10 и тиристор 8 запирается, так как к нему в обратном направлении прикладывается напряжение на конденсаторе 13. При этом ток катушки 5 замыкается по цепи катушка 5 - кон- денсатор 3 - тиристор 10 - конденсатор 13 - тиристор 9 - катушка 5, а ток катушки 6 по цепи катушка 6 - тиристор 10 - конденсатор 13 - тиристор 9 - конденсатор 4 - катушка 6, Конденсатор 13 разряжается суммарным током кату- . шек 5 и 6. В моментон полностью разряжается и к тиристору 8 начинает прикладываться положительное напряжение перезаряжающегося конденсатора 13. При перезаряде конденсатора 13 напряжение на конденсаторах 3 и 4 продолжает уменьшаться.В момент 14 конденсатор 13 перезаряжается до напряжения, равного сумме напряжений на конденсаторах 3 и 4. При этом открывается диод 7 и ток катушки 5 замыкается по цепи катушка 5 - диод 7 - конденсатор 4 - катушка 5, а ток катушки 6 - по цепи катушка 6 - конденсатор 3 - диод 7 - катушка 6. Энергия, запасенная в магнитных полях катушек 5 и 6, рекуперирует в конденсаторы 3 и 4 соответственно. Ток через тиристоры 9 и 10 прекращается и они запираются. Конденсатор 13 остается пере- заряженным до следующего цикла формирования импульса тока в катушках 5 и 6 индуктивностей,В течение процесса рекуперации через диод 7 протекает ток, равный сумме токов в катушках индуктивностей и входного тока источника 1. В момент времениток в катушках 5 и 6 меняет направление. В момент времени 6 ток в каждой катушке 5 и 6 достигает половины входного тока и диод .7 запирается.До м.оментаконденсаторы 3 и 4 эа36 б ре у прототипа. При этом время длявосстановления управляемости тиристора8 существенно увеличивается, что позволяет повысить верхний предел рабочей частоты предлагаемого генератора имвходной ток источника 1, заряжающий конденсаторы 3 и 4, для компенсации потерь в течение импульса тока протекаетпо катушкам 5 и 6 в направпении, обратном току разряда конденсаторов 3 и 4во время формирования нарастающей насти импульса тока. Это приводит к тому,что постоянная составляющая тока в катушках 5 и 6 уменьшается на величину 5 9248 ряжаются постоянным по величине током, равным половине входного тока от источника 1, В моментсхема. возвращается в исходное состояние и снова открывает- ся тиристор 8, формируя следующий им пульс тока в катушках 5 и 6. Зацирание тиристора 8 производится вюпочением тиристоров 11 и 12, В остальном схема работает аналогично.От момента включения тиристоров 9, 1 О 10 или 1 1, 12 зависит степень разряда конленсатооов 3 и 4, т.е. величина вводимой в катушки 5 и 6 энергии в течение импульса тока, а следовательно, и выходная мощность генератора, 3Генератор импульсов тока фиг. 3) работает следующим образом.В исходном состоянии конденсаторы 3, 4 и 13 заряжены до требуемого уровня напряжения с полярностью, показанной щ на фиг. 3, а через катушки 5 и 6 протекает ток заряда конденсаторов 3 и 4 величиной 20/- сопла 2, зависящей от потребпяемой генератором мощности, В момент времени 1 (фиг. 4) включается тиз ристор 8 и конденсаторы 3 и 4 начинают" разряжаться на катушки 6 и 5 соответственно, При этом ток в катушках 5 и 6 увеличивается, а напряжение на конденсаторах 3 и 4 уменьшается, В момент когда конденсаторы 3 и 4 еше не разрядились, включаются тиристоры 9 и 10 и тиристор 8 запирается, так как к нему в обратном направлении прикладывается напряжение на конденсаторе 13. При этом ток катушки 5 замыкается по цепи катушка 5 - конденсатор 4 - тиристор 10- конденсатор 13 - тиристор 9 - катушка 5, а ток катушки 6 - по пепи катушка 6- тиристор 10 - конденсатор 13 - тиристор 9 - конденсатор 3 - катушка 6. Конденсатор 13 разряжается суммарным током катушек 5 и 6. В момент 11 напряжение на конденсаторе 13 становится равным нулю и к тиристору 8 начинает прикладываться положительное напряжение перезаряжаюшегося конденсатора 13. При переэаряде конденсатора 13 напряжение на конденсаторах 3 и 4 продолжает уменьшаться. В моментконденсатор 13 переэаряжается до напряжения, равного сумме напряжений на конденсато- рах 3 и 4. При этом открывается диод 7 и ток катушки 5 замыкается по цепи катушка 5 - диод 7 - конденсатор 35 катушка 5, а ток катушки 6 - по цепи катушка 6 -конденсатор 4 - диод 7 - жтушка 6. Энергия, запасенная в магнитных полях катушек 5 и 6, рекуперирует в конденсаторы 3 и 4 соответственно.Ток через тиристоры 9 и 10 прекращается и они запираются. Конденсатор 13 остается перезаряженным до момента коммутации в следующем цикле формирования импульса тока в катушках 5 и 6. В течение процесса рекуперации через диод 7 протекает ток, равный разности токов в нагрузке и входного тока Эо источника 1. В момент 1 эти токи сравниваются по величине и конденсаторы 3 и 4 заряжаютсяпостоянным током Э/2 через катушки 5 и 6 соответственно. Напряжение наконденсаторах 3 и 4 линейно возрастает,а в цепи катушек 5 и 6 течет постоянный по величине ток Эо /2. В момент 1 напряжение на кондейсаторах 3 и 4 возрастает до первоначального значения и схема возвращается в исходное состояние.Для формирования следующего импульса тока в нагрузке открывается снова тиристор 8 а ддя его запирания открываются тиристоры 11 и 12. В остальном схема работает аналогично,По сравнению с прототипом КПД предлагаемого генератора выше, так как в нем нет потерь энергии на обмотке дросселя насыщения, обтекаемой суммарным током нагрузочных катушек индуктивности. Наличие узда искусственной коммутации тиристора 8 позволяет регулировать степень разряда конденсаторов 3 и 4. При этом регулируется величина вводимой в нагрузочные катушки 5 и 6энергии, следовательно, регулируется выходная мощность генератора, что выгодно отличает предлагаемый генератор от прототипа. Кроме этого, в момент эапирания тиристора 8 к нему прикладывается полное напряжение конденсатора 13,уменьшающееся значительно медленнеепо сравнению с напряжением на тиристопульсов тока по сравнению с прототипом. В генераторе импульсов тока (фиг. 1)7 92483 тока заряда конденсаторов 3 и 4, равного половине входного тока источника 1. Поэтому предлагаемый генератор наиболее целесообразно использовать для питания потребителей индукционного дейст. вия, у которых выходной эффект опреде, ляется только величиной переменной составляющей, Примером таких потребителей могут быть индукпионно-динамические преобразователи, индукторы установок индукциоцного нагрева и т,п. У них выходной эффект не зависит от величины постоянной состаьяющей в пределах линейности этих систем.. В генераторе импульсов тока (фиг. 3) ток заряда конденсаторов 3 и 4, протекая по катушкам 5 и 6 в том же направлении, что и ток их разряда при вюпочении тиристора 8, увеличивает амплитуду тока в нагрузочных катушках 5 и 6. Входной ток источника 1 питания прн этом не изменяется. Это повышает эффективность использования предлагаемого генератора при питании потребителей импульсной мощности у которых выходпой эффект за д 5 висит от амплитуды тока, например тяго.вые электромагниты. При питании от данного генератора обмоток магнитострик 1 пионных излучателей также повышается эффективность использования. В этом случае отпадают надобность в дополнительном источнике постоянного тока, создающим дополнительную постоянную составляющую тока,В генераторе импульсов тока мощ 35 костью 1 кВт на частоту следования ив- пульсов тока 5002000 импекс исиоль 6 8зовались катушки 5 и 6 индуктивностью0,507 10 фГ конденсаторы 3, 4, 13МБГП 1 - 50 - 300 В и МБГП 1 - 30300 В; тиристоры 8, 9, 10, 11, 12ТЧ 40, 4 юц диод 7 ВЛ 25, 4 юц источник питания 1 - неуправляемый однофаэный двухполупериодный выпрямитель надиодах Д 203. формула изобретения Генератор импульсов тока, содержащийисточник постоянного тока, зарядную цепь,мостовую схему, в два противоположныхплеча которой включены конденсаторы, вдва других плеча - катушки индуктивностн, в одну из диагоналей мостовой схемывключен диод, а в другую - тиристор,о т л и ч а ю щ и й .с я тем, что, сцелью повышения частоты и КПД, введентиристорный мост, в одну диагональ которого вюпочен дополнительный конденсатор, а во вторую диагональ - тиристормостовой схемы, источник постоянноготока через зарядную цепь включен в одну иэ диагоналей мостовой схемы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Луконин Е. И., Семенов В. Д.,Фурман Э. Г. Импульсная схема возбуждения электромагнита ускорителя. - "Приборы и техника эксперимента", 1974,М 6, с. 17-19.2. Авторское свидетельство СССР924836 Ре ошко Тираж 954Государственного делам иэобретени , Москва, Ж 5,НИИП Подписное комитета СССР и откры аушская аказ тий наб., д. 4/ 130 жгород, ул. Проектная, 4 ПП патент Составитель И. Беляковаор М. Янович Техрер Е.Харитончик Корректс