Генератор импульсов тока

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфе СфеетскииСфциапнстмческиаРеспублик оч 997236(22) Заявлено 140781(21) 3318708/18-21 с присоединением заявки Мо -Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 1 М 283, В.В. Ивашин, Н.И, Чернявский и В.И. Шйуфоу,.( 54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА Изобретение относится к импульс- ной технике и может быть использованодля питания различных потребителей импульсной электрической мощности.Известен генератор импульсов тока, :который содержит мостовув схему, в два противоположных. плеча которой включены нагрузочные катушки индуктивности, в два других плеча включены накопительныеконденсаторы, в.од.ну из диагоналей моста включен пер-. вый тиристор, а в другую диагональ включены последовательнопервый. диод ицепочка из последовательно соединенных. второго диода и дросселя насыщения, параллельно которой присоединена цепочка .иэ последовательно соединенных второго тиристора и коммутирующего конденсатора, к которому через дроесель, эашунтированный третьим тиристором, присоединен .выпрямитель Г 13.Однако известный генератор имеет низкий КПД за счет потерь в обмотке дросселя насыщения и нев 1 ысокув рабо-. чую частоту за счет-того, что .к первому тиристору во .время коммута"ции прикладывается не полное напряжение коммутирующего конденсатора,а разность между напряжением на ком"мутирующем конденсаторе и суммойнапряжений на накопительных конденсаторах,Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является генератор импульсов тока,который содержит мостовую схему, вдва противоположных плеча которойвключены нагрузочные катушки индуктивности, в два других плеча включены накопительные конденсаторы,в од"ну из диагоналей включен тиристор,а в другув диагональ включены парал 15 лельно первый диод ицепочка изпоследовательно соединенных второгодиода, дросселянасыщения и коммутирующего конденсатора, к которому через.зарядную цепь подключен источник20 постоянйого тока 1 2 1,Однако известный генератор такжеимеет невысокие КПД за счет потерь в обмотке дросселя насыщения иневы сокую рабочув частоту за счет того,что к тиристору во время коммутацииприкладывается не полное напряжение коммутирующего конденсатора, а. разность между напряжением на коммути рующем конденсаторе и суммой напря 997236жений на накопительныхконденсаторах.Цель изобретения - повйшение час"тоты и КПД генератора.Для достижения поставленной целивгенераторе импульсов тока, содержащем источник .постоянного тока, подключенный иереэ зарядную цепь к мостовой схемй, в два противоположныхплеча которой включены первый и второй конденсаторы, в два других плеча 10которой включены первая и вторая катушки индуктивности,причем в одну;,из диагоналей мостовой схемы включендиод в запираэщем направлении относктельно зарядного напряжения на пер;15вом и втором конденсаторах, а во вторую диагональ включен разрядный коммутатор, третий конденсатор, разрядный коммутатор выполнен в виде тиристорного мостового коммутатора, в диагональ которого включен третий конденсатор,На фиг,1 представлена принципиальная электрическая схема генератораимпульсов тока, когда источник постоянного тока включен в диагональмостовой схемы, которая содержит тиристорный мостовой коммутатор; нафиг.2 - кривые токов и напряжений наотдельных элементах генератора, изображенного на фиг1; на фиг,З - принципиальная электрическая схема генератора, когда источник постоянноготока включен в диагональ мостовойсхемы генератора, которая содержитдиод, на фиг.4 и 5 - кривые токов и 35напряжений на отдельных элементахгенератора, изображенного на фиг,З,Генератор импульсов тока содержит источник 1 постоянного тока, зарядную цепь 2, конденсатор 3 ( тре ртий), мостовую схему, в два противо,положных плеча которой включены первый конденсатор 4 и второй конденсатор 5, в два других плеча - перваякатушка б индуктивности и вторая ка-. 45тушка 7 индуктивности, в одну издиагоналей включен диод 8, а в другую диагональ включен тиристорныймостовой коммутатор на тиристорах9-12,На фиг 2 обозначены: кривая 13 сумма напряжений,на конденсаторах4 и 5, кривая 14 - напряжение на одном из конденсаторов 4 или 5, кривая15 - ток в одной из катушек 7 или б,кривая 16 - напряжение на конденсаторе 3,. Генератор импульсов токафиг,1)работает следующим образом.В исходномсостоянии от источника1 течет ток 3 р заряда конденсаторов 604 и 5 через нагруэочные катушки б и7. Принимают направление его в этотмомент в катушках 6. и 7 отрицатель-.ным, Конденсаторы 3 -. 5 заряженыдо требуемого уровня напряжения. 65 Конденсатор 3 может быть заряжен илиот постороннего источника или путемпредварительного отпирания тирнсторов 9 и 12 также от источника 1 череззарядную цепь 2,В момент времени о(,фиг,2 у открываются тиристоры 9 и 10 и конденсаторы 4 и 5 подключаются к нагрузочнымкатушкам б и 7, соответственно, Приэтом ток в катушках б и 7 уменьшается по абсолютной величине, а напряжение на конденсаторах 4 и 5 увеличивается, В момент 41 ток в.катушкахб и 7 пацает до нуля, а напряжение наконденсаторах 4 и 5 максимально, а затем после момента 1 напряжение наконденсаторах 4 и 5 уменьшается, аток в катушках б и 7 увеличивается,В.момент времени С , когда конденсаторы 4 и 5 еще не разрядились, включается тиристор 11 тиристор 9 приэтом запирается, так как к нему в обратном направлении прикладываетсянапряжение на конденсаторе 3, Приэтом ток катушки б замыкается по цепи: катушка б - конденсатор 4 - тиристор 11 - конденсатор 3 - тиристор10 - катушка 6. Ток катушки 7 - поцепи: катушка 7 - тиристор 11 - конденсатор 3 - тиристор 10 - конденсатор 5 - катушка 7. Конденсатор 3 разряжается суммарным током катушек би 7. В момент 4 он.полностью разряжается и к тиристору 9 прикладываетсяположительное напряжение перезаряжающегося конденсатора 3. При перезарядеконденсатора 3 напряжение на конденсаторах 4 и 5 продолжает уменьшаться.В момент 44 конденсатор 3 перезаряжается до напряжения, равного сумме напряжений на конденсаторах 4 и 5.При этом открывается диод 8 и токкатушки б замыкается по цепи: катушка 6 - диод 8 - конденсатор 5 - катушка б, Ток катушки 7 замыКаетсяпо цепи: катушка 7 - конденсатор 4диод 8 - катушка 7. Энергия, запасенная в магнитных полях катушек би 7, рекуперирует в конденсаторы 5и 4, соответственно. Ток через тиристоры 10 и 11 прекращается и онизапираются. Конденсатор 3 остаетсяперезаряженным до следующего циклаформирования импульса тока в нагрузочных катушках б и 7 индуктивностей,В течение процесса рекуперацничерез диод 8 протекает ток, равныйсумме токов в катушках индуктивностейи входного тока источника 1. В момент времени 1 ток в катушках б и 7меняет направление, В момент времениЬьток в каждой катушке достигаетполовины входного тока и диод 8 запирается. До момента С 7 конденсаторы3 и 4 заряжаются постоянным по величине током, равным половине входноготока от источника 1, В момент Ссхема возвращается в исходное сос997236 тояние и снова открываются тиристоры 9 и 10. В этом цикле формирования импульса тока коммутация тиристора 10 осуществляется при открывании .ти. ристора 12, В остальном схема работает аналогично.От момента включениятиристоров 11 или 12 зависит степень разряда конденсаторов 4 и 5, т.е, величина вводимой в катушки б и 7 энергии в течение импульса тока и,следовательно, выходная мощность генератора.Генератор импульсов тока (фиг.З) работает следующим образом,В исходном состоянии конденсаторы 1 3 - 5 заряжены до требуемого уровня напряжения с полярностью. показаннойна фиг.З, а через катушки б и 7 протекает ток заряда конденсатора 4 и 5 величиной Эо/2, зависящей от потребляемой генератором мощности. В момент времени о ( фиг. 4 ) включаются тиристоры 9 и 10, и конденсаторы 4 и 5 начинают разряжаться на катушки 7 и б, соответственно. При этом ток в катушках б и 7 увеличивается, а напряжение на конденсаторах 4 и 5 уменьшается. В момент +, когда конденсаторы 4 и 5 еще не разрядились, включается тиристор 11, и тиристор 9 запирается, так как к нему в обратном направлении прикладывается напряжение на конденсаторе 3. При этом ток катушки б заьыкается по цепи: катушка б - конденсатор 5 тиристор 11 - конденсатор 3 в . тиристор 10 - катушка б. Ток катушки 7 замыкается,по цепи. катушка 7 - тиристор 11 - конденсатор 3 - тиристор 10 - конденсатор 4 - катушка 7, Конденсатор 3 разряжается суммарным током катушек .б и 7, В момент 1напряжение на конденсаторе 3 становится равным нулю и к тиристору 9 начинает прикладываться положительное напряжение перезаряжающегося конденсатора 3. При перезаряде.конденсатора 3 напряжение на конденса.торах 4 и 5 продолжает уменьшаться. ,В момент 13 конденсатор 3 перезаряжается до напряжения, равного сумме напряжений на конденсаторах 4 и 5. При этом открывается диод 8 и ток катушки б,замыкается по цепи: катушка б - диод 8 - конденсатор 4 - катушка б, Ток катушки 7 замыкается по цепи: катушка 7 - конденсатор 5 - диод 8 - катушка 7. Энергия, запасенная в магнитных полях катушек б и 7, рекуперирует в конденсаторы 4 и 5, соответственно. Ток через тиристоры 10 и 11 прекращается, и они запираются, Конденсатор 3 остается перезаряженным до момента коммутации в следующем цикле формирования импульса тока в катушках б и 7. В течение процесса рекуперации через диод 8 протекает ток, равный разнос 6ти токов в нагрузке и входного токаЗо источника .1. В момент Щ эти токи сравниваются по величине и конденсаторы 4 и 5 заряжаются постоянным током Эо/2 через катушки б и 7,5 соответственно. Напряжение на конденсаторах 4 и 5 линейно возрастаетдо первоначального значения, и схемавозвращается в исходное .состояние,Для формирования следующего имо пульса тока в нагрузке открываютсясноьа тиристоры 9. и 10, но коммутация тока производится путем запирания тиристора 10, отпиранием тиристора 12, В остальном схема работает15 аналогично.Предлагаете схем (фиг,1 и 3)могут работать и в другом режиме,который характеризуется иным алгоритмом управления тиристорами генератора импульсов тока,В исходном состоянии конденсаторы3 - 5 заряжены до требуемого уровнянапряжения с полярностью, показаннойна фиг, 3. Через катушки б и 7 протекает ток заряда конденсатора 3 и 425 величиной Эо/2, зависящей от потребляемой генератором мощности. В момент времени +р (фиг,5) включаются,тиристоры 10 и 11, При этом конденсатор 4 разряжается по цепи: конденЗО сатор 4 - катушка 7 - тиристор 11конденсатор 3 - тиристор 10 - конденсатор 4. Конденсатор 5 разряжаетсяпо цепи: конденсатор 5 - тиристор11 - конденсатор 3 - тиристор 10 -35 катушка б - конденсатор 5, При этомток в катушках б и 7 увеличивается,а напряжение на конденсаторах 4 и 5уменьшается. Конденсатор 3 перезаряжается суммарным током катушек б4 О и 7. В момент Е напряжение на кон-.денсаторе 3 становится отрицательными в момент 1 достигает напряжения,.равного сумме напряжений на конден-.саторах 4 и 5. При этом открывается45 диод 8 и ток катушки б замыкаетсяпо цепи: катушка б - диод 8 - конденсатор 4 - катушка б, Ток катушки7 замыкается по цепи: катушка 7конденсатор 5 - диод 8 - катушка 7.Энергия, запасенная в магнитных полях катушек б и 7, рекуперирует вконденсаторы 4 и 5, соответственно.Ток через тиристоры 9 и 10 прекращается, и они запираются. Конденсатор 3 остается перезаряженным до мо 55 мента 44 начала формирования следующего импульса тока. В течение процесса рекуперации через диод 8,протекает ток, равный разности токов внагрузке и входного тока Эо источ 60 ника 1. В момент +эти токи сравниваются по величине, иконденсаторы 4 и 5 заряжаются постоянным током Ъ/2 через катушки 6 и 7, соответственно. Напряжение на конденса,А 5 торах 4 и 5 .линейно возрастает, ав цепи катушек б и 7 течет постоянный по величине ток Эо/2. В момент1 напряжение на конденсаторах 4 и 5возрастает до первоначального значения, и схема возвращается в исходное состояние 5Для формирования следующего импульса тока в нагрузке открываютсятиристоры 9 и 12, В остальном схемаработает аналогично,По сравнению с прототипом КПД упредлагаемого генератора выше, таккак в нем нет потерь энергии на обмотке дросселя насыщения, обтекаемой суммарным током нагрузочных катушек индуктивности, Изменяя моментвключения тиристоров 11 и 12, можнорегулировать величину ввоцимой внагрузочные катушки энергии, следовательно, можно регулировать величинувыходной мощности генератора, чтовыгодно отличает предлагаемый генератор от прототипа, Кроме этого,в момент запирания тиристоров 10 и9 к ним прикладывается полное нап,ряжение конденсатора 3, уменьшающееся значительно медленнее по сравнению 25с напряжением на тиристоре прототипа.При этом время для восстановленияуправляемости тиристоров 9 и 10 существенно увеличивается, что позволяет повысить верхний предел рабо.чей частоты предлагаемого генератораимпульсов тока по сравнению с прототипом, Во втором режиме работы времядля восстановления управляемости тиристоров генератора еще больше увеличивается, так как к тиристорам прикладывается обратноенапряжение конденсатора 3 в течениевремени от начала рекуперации и доначала формирования следующего импульса тока в,нагрузочных катушках,В генераторе импульсов тока фиг,Цвходной ток источника 1 постоянноготока, заряжающий конденсаторы 4 и 5,для компенсации потерь в течение импульса тока протекает по катушкамб и 7 в направлении, обратном токуразряда конденсаторов 4 и 5 во времянарастающей части импульса тока. Этоприводит к тому, что постоянная составляющая тока в катушках б и 7 50уменьшается на величину тока зарядаконденсаторов 4 и 5, равного половине входного тока источника 1. Поэтому данный генератор наиболее целесообразно использовать для питания 55потребителей индукционного действия,у которых выходной эффект определяется только величиной переменной составляющей. Примером таких потребителей могут быть индукционно-динамические преобразователи,индукторыустановок индукционного нагрева ит.п. У них выходной эффект не зависит от величины постоянной составляющей в пределах линейности этихсистем,В генераторе импульсов тока( фиг,3) ток заряда конденсаторов 4и 5, протекая в том же направлении,что и ток их разряда, при включениитиристоров 9 и 10 увеличивает амплитуду тока в нагрузочных катушках би 7, Входной ток источника 1 питанияпри этом не изменяется, Это повышаетэффективность использования данногогенератора при питании потребителейимпульсной мощности, у которых выходной эффект зависит от амплитудытока, например тяговые электромагниты, При питании от предлагаемого генератора обмоток магнитострикционных излучателей также повышается эфФективность использования, В этомслучае отпадает надобность в дополнительном источнике постоянного тока, создающем дополнительную постоянную составляющую тока.В экспериментальном образце используются катушки индуктивностью0,507 10"Ь Гн, конденсаторы МБГП 50 - 300 В - МБГП - 1 - 30 - 300 В,тиристоры ТЧ 40 - 5 Кл, диод ВЛ 255 Кл, источник питания - неуправляемый однофазный двухполупериодный выпрямитель на диодах ВЛ 50,Формула изобретенияГенератор импульсов тока, содержащий источник постоянного тока, подключенный через зарядную цепь к мостовой схеме, в два противоположныхплеча которой включены первый и второй конденсаторы, в два других плеча которой включены первая и втораякатушки индуктивности, причем в однуиз диагоналей мостовой схемы включендиод в запирающем направлении относительно зарядного напряжения напервом и втором конденсаторах, а вовторую диагональ включен разрядныйкоммутатор, третий конденсатор, о т.л и.ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения рабочей частоты иКПД,разрядный коммутатор выполненв вйде тиристорного мостового коммутатора, в диагональ которого включен третий конденсатор,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Луконин Е,И Семенов В,ДФурман Э,Г. Импульсная схема возбуждения электромагнита ускорителя,"Приборы и техника эксперимента",1974, М б, с, 17-19,2, Авторское свидетельство СССРМ 693535, кл, Н 03 К 3/53, 1978.но коми иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проект аказ 958/77 Тираж 934 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауш