Преобразователь постоянного напряжения в импульсное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве импульсного источника тока. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение качества выходного напряжения. Устройство включает емкостный накопитель энергии (ЕНЭ) 1, подключенный к источнику 2 постоянного напряжения, и соединенные последовательно нагрузку 3 и коммутирующий мост на управляемых силовых ключах 4 - 7. В диагональ этого моста включена формирующая линия (фЛ) 8. Ключи 4, 5 зашунтированы обратными диодами 9, 10. Нагрузка зашунтирована ключом 11, анод которого соединен с положительным выводом ЕНЭ 1, через резистивно-диодные цепочки. В нормальном режиме работы формирование фронтов тока в нагрузке происходит путем включения ключей, коммутирующих практически безиндуктивные цепи, и крутизна фронтов ограничивается только параметрами используемых приборов. Ширина импульса тока в нагрузке регулируется плавно в пределах ширины импульса тока ФЛ 8. При уменьшении сопротивления нагрузки или при коротком замыкании в цепи нагрузки ключ 11 не включается и импульс тока в нагрузке ограничивается шириной импульса ФЛ 8, процесс перезаряда и ограничения напряжения которой происходит как в случае питания нормальной нагрузки. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК щ) 5 Н 02 М 3/135

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г0СУДи СТВЕННЫЙ К0МИТЕт

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4498589/24-07 (22) 25.10.88 (46) 07.08.90. Бюп. В 29 (71) Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения (72) В.Г.Балабин, Б.И.Гордин и А.И.Харитонов, (53) 621.314.1 (088.8) (56) Авторское евидетельство СССР

Ф 1197020, кл. Н 02 М 3/135, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Ф f372527, кл. Н 02 М 3/135, 1986.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1175008, кл . Н 02 М t/08, 1979.

„„SU„„1584045 А1

2 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ИМПУЛЬСНОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве импульсного источника тока., Цель изобретения — распжрение функпиональных возможностей и повышение качества выходного напряжения. Устройство включает емкостный накопитель энергии (ЕНЭ) 1, подключенный к источнику 2 постоянного напряжения, и соединенные последовательно нагрузку 3 и коммутирующий мост на управля" емых силовых ключах 4-7. В диагональ этого мос" à включена формирующая линия (ФЛ) 8. Ключи ч 5 зашунтированы обратными диодами 9, 1Î. Нагрузка зашунтирована ключом 11, анод которо- 5 го соединен с положительным выводом

ЕНЭ,, через реэистивно-диодные цепочки. В нормальном режиме работы формирование фронтов тока в нагрузке происходит путем включения ключей, коммутирующих практически безындуктивные цепи, и крутизна фронтов ограничивается только параметрами испольэуемык приборов. Ширина импульса тока в нагруз".е регулируется плавно в пределах ширины чмпульса тока

ФЛ 8. Нри уменьшении сопротивления нагрузки нли при коротком замыкании в цепи нагрузки ключ 11 не включается и импульс тока в нагрузке ограничивается шириной импульса Фл 8„ процесс переэаряда и ограничения нагряжения которой происходит как в случае питания нормальной нагрузки.

3 з.п. ф-лы, 3 ил, Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в качестве источника воследо" вательности коротких однополярных мощных прямоугольных импульсов тока регулируемои,цлительности с ограничением амплитуды имйульсов тока на

25 заданном уровне при внезапном уме.-.ьшении сопротивления нагрузки.

Пель изобретения — расширение функционэльнь|х возможностей и повышение качества выходного напряжения

На фиг . 1 и 2 изображены прины:— пиальные схемы преобразователя пос-тоянного напряжения в импульсное"; на фиг. 3 — диэ.граммы, поясняющие

35 работу преобразователя.

Преобразователь (фиг. 1 и 2) содержит е.чкостный накопитель энергии (ЕНЭ), питаемый от источника постоянного напряжения, и цепь из

4О нагрузки 3 и коьааутирующего моста иэ управляемых силовых ключей 4-7.

Мост и нагрузка соединены последовательно. Катодный полюс моста соеди.нен с отрицательным выводом ЕНЗ, положительный вывод ЕНЗ соединен с нагрузкой. В диагональ переменного тов ка моста включена формирующая линия

8 (ФЛ) . Управляемые ключи А и э катодной группы моста шунтированы со5Î ответ твенно обратными диодами 9 и

1О. Параллельно нагрузке 3 включен управляемый силовой ключ 11, анод которого соединен с положительным выводом ЕНЭ 1. Оба конца ФЛ 8 соединены с положительным выводом ЕНЭ

1 через резнстивно-диодные цепочки

12 13 H 14 "I 3 Аноды диодов 12 и 14

-..oåäâHeHû с ФЛ 3.„ а катоды — с резисторами 13 и 15 соответственно. Форьа рователь управляющих импульсов 16 (ФИУ) подсоединен к управляющим цепям силовых ключей Й-7 и 11.

Значение емкости ЕН3 1 определяется иэ условия обеспечения заданной формы импульса во всем диапа.зоне возможных нагрузок.

Тип ФЛ 8 выбирается соответственно тр-.бованиям к параметрам импульса на нагрузке и с учетом технологичности построения линии, Параметры

ФЛ,,такие как число звеньев, значения реактивностей каждого звена, соотношение волнового сопротивления

ФЛ и нагрузки — определяют длительность импульса, его фронт, срез, а также осцилляции на вершине. Технологичность построения ФЛ диктует необходимость выбора такого типа линии, где значения реактивностей всех звеньев одинаковы. Белесообразно предусмотреть корректирующее звено ФЛ для получения формы импульса, более близкой к прямоугольной.

На фиг. 3 на оси 17 показаны уз- " кие и =:пульсы управления, отпирающие ключи ч-7 и 11, на оси 18 ток ФЛ i« и ток, текущий через ключ 7, 8 или

6 соответственно в первый или второй такт работы преобразователя, время соответствует началч импульса

Т тока в ФЛ, время t z — началу импульса тока в нагрузке, время t j — мо мен" у шунтирования нагрузки, время — моменту перехода тока ФЛ через ноль.

На оси 19 показан импульс тока х в нагрузке, длительность Т„импульса тока нагрузки. На оси 2О показано напряжение Б «ФЛ, нэпряже»

158404 5 6

30

40

55 ние U — начальное напряжение на

ФЛ, напряжение У вЂ” максимальное напряжение на ФЛ после ее перезарядки, напряжение 4 U, соответствующее разности максимального напряжения, до которого может переэарядиться ФЛ, и начального напряжения на ней. На осях 21-24 представлены диаграммы, поясняющие работу преобразователя при ограничении амплитуды импульса тока в нагрузке при отклонении в сторону уменьшения сопротивления нагрузки от заданной величины или при коротком замыкании в цепи нагрузки. На оси 21 показаны узкие импульсы управления, отпирающие ключи 4-7 и 11. На ooè 22 показаны токи

1ф„ формирующей линии и ток ключей 7 и 6, время г — начало импульса тока ФЛ, время t < — начало импульса. TOKB B HGIpуэке, время 1;7 момент шунтирования нагрузки управляемым ключом 14, время t — момент перехода тока ФЛ через ноль. На оси

23 показан импульс тока i в нагруз 5 ке, импульс тока з< з1 в нагрузке при коротком замыкании. в ней. На оси 24 покаэано напряжение Ц „ФЛ.

В нормальном режиме работы формирование импульса тока в нагрузке производится преобразователем следующим образом.

При заряде ФЛ 8 в полярности, показанной на фиг. 1, до напряжения источника 2 питания от ФИУ 16 подают отпирающий импульс на ключ 4. Образуется цепь ФЛ 8 — ключ 4 — диод 10ФЛ 8, в которой ток i „имеет форму, показанную на фиг. 2 (ocb 18) . С некоторым запозданием, наименьшая величина которого определяется длительностью переднего фронта импульса отпирают ключ 7,и ток в-нагрузке 3 и ключе 7 быстро возрастает до установившегося значения по цепи

ЕНЭ 1 — нагрузка 3 — ключ 7 - диод

10 - ЕНЭ 1. В нормальном режиме со,противление нагрузки 3 больше сопротивления формирующей линии Еф„, изэа чего диод 10 не выключается. Через интервал времени Т„, равный задаваемой ширине импульса тока в нагрузке, в момент и включает ключ 11, на который переходит ток нагрузки с большой скоростью, определяемой временем включения ключа 11. Ток в на- 1 грузке i прекращается, а ток через ключ 7 нарастает до амплитуды тока

ФЛ 1фл по цепи ЕНЭ 1 — ключ 11 ключ 7 — диод 10 - ЕНЭ 1. При достижении равенства.,ТОКоВ 1 у„ и 1 диод !О отключается, и в контур вместо него вводится ФЛ, ограничивая ток на достигнутом уровне амплитуды тока 1ф„. В дальнейшем имеет место цепь ЕНЭ 1 - ключ 11 — ключ 7 — ФЛ

8 — ключ 4 — ЕНЭ 1, на которой завершается переэаряд ФЛ до напряжения

U, большего исходного значения 0 (ось 20), поскольку цепь заряда имеет колебательный характер. Таким образом, в нормальном режиме работы формирование фронтов тока в нагрузке происходит путем включения ключей, коммутирующих практически безындуктивные цепи, н крутизна фронтов ограничивается только параметрами используемых приборов. Ширину импульса тока в нагрузке регулируют плавно в пределах ширины импульса тока ФЛ.

В момент t ток ф„ изменяет направление, поскольку ФЛ начинает раэряжаться по цепи диод 14 — резистор

15 до величины напряжения источниKR oHT HH EH3 1. С установлением напряжения на ФЛ заканчивается первый цикл работы преобразователя. Второй цикл работы идентичен первому, однако в работе участвуют другие элементы (на фиг. 3 показаны в скобках), Рассмотрим процесс ограничения амплитуды импульса тока в нагрузке при отклонении в сторону .уменьшения сопротивления нагрузки от заданной величины илн при коро" ком замыкании в цепи нагрузки, который поясняется диаграммами на осях 21-24 (фиг. 3).

В момент t> отпирают ключ 4 и в контуре ФЛ 8 — ключ 4 — диод 10—

ФЛ 8 возникает ток 1ф„В момент 1 отпирают ключ 7 и в цепи ЕНЭ 1 нагрузка 3 — ключ 7 — диод 10—

ЕНЭ 1 возрастает ток до величины амплитуды i „. При достижении равенства этих токов диод 10 отключается, и ток i> в нагрузке 3, и ток в ключе 7 ограничиваются на достигнутом уровне амплитуды тока i < Имеет место цепь ЕН3 1 — нагрузка 3 — ключ 7ФЛ 8 — ключ 4 — ЕНЭ 1. В момент t отпирают шунтирующий нагрузку ключ

11, при этом, если сопротивление

1 нагрузки заметно отличается от нуля, ток i (ось 23) переходит на ключ

11, и импульс в нагрузке прекращается. При коротком замыкании в нагруз1584045 ке юпоч 11 не включается и импульс тока в нагрузке ограничивается шириной импульса ФЛ.

Процесс перезаряда и ограничения напряжения ФЛ происходит как в случае питания нормальной нагрузки.

Преобразователь предназначен для работы во всем диапазоне мощностей для формирования прямоугольных им мульсов тока íà заранее неизвестной нагрузке с ограничением амплитуды импульсов тока. Так как длительность импульса тока в нагрузке не может быть больше, чем длительность переэаряда ФЛ, преобразователь предназначен для формирования коротких импульсов тока.

Формула и з обр ет ения

1. Преобразова.тель постоянного напряжения в импульсное, содержащий подключенный к источнику постоянного напряжения емкостный накопитель энер- 25 гии, управляемые силовые ключи, соединенные по мостовой схеме„ систему управления силовыми ключамн и в,,ходные выводы для .подключения,епи нагрузки, причем катодный полюс моста 3!) силовых ключей соединен с отрицательным выводом емкостного накопителя энергии, положительный вывод которого образует один из выходных выводов. а другой выходной вывод образован анодным полюсом указанного моста, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения качества выходного напряжения, в диагональ моста дополнительно введена индуктйвноемкостная формнруюшая линия, а каждый из силовых кпючек, катод. которого соединен с отрицательным полюсом емкостного накопителя энергии, зашунтирован одним из дополнительно введенных обратных диодов.

2. Преобразователь по п. 1, о т— л и, а.ю шийся тем, что между выходымп выводами для подключения цепи нагрузки включен допОлнительно введенный управляемый силовой ключ, анод которого соединен с положительным полюсом емкостного накопителя энергии.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и it с я тем, что, с целью ограничения перенапряжений на конденсаторах формирующей линии при формировании послецовательностей импульсов, оба конца формирующей линии соединены с положительным полюсом емкостного накопителя энергии через соответствующие дополнительно введенные реэистивно-диодные цепи.

4. Преобразователь по пп. 1-3, о т.л и ч а ю шийся тем, что управляемые силовые ключи моста, аноды которых объединены, и управляемый силовой ключ, включенный между выходными выводами, выполненными

B виде ренерсивно включаемых динисторов, а силовые ключи, у которых ! объединены катоды, выполнены в виде

-.иристоров.

1584045

1В!

Составитель Т.Добровольскис

Техред Л.Олийнык Корректор М, КУчеРЯВаЯ

Редактор О.Головач

Заказ 2261 Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, !О1