Устройство для питания импульсных потребителей энергии

 

Использование: в импульсной технике для питания технологических лазеров, озонаторов , рентгеновских аппаратов, .электрофильтров и т.д. Сущность изобретения: устройство содержит мостовой инвертор на тиристорах 1-4, зашунтированных обратными диодами 1 -4 , и систему управления 5. В диагональ переменного тока инвертора включены последовательно соединенные коммутирующая индуктивность 6, коммути

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 03 К 3/53

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕД )МСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4941126/21 (22) 9.05.91 (46) 3.03.93. Бюл, ¹ 11 (71) Высоковольтный научно-исследовательский центр Всесоюзного электротехничес ого института им, В.И.Ленина (72), .С.Ермолович, Н,М.Лепехин, Н,А.Спорых н и В.Г.Филиппов (56) вторское свидетел ьство СССР

¹ 1 25051, кл. Н 05 К 1/32, 1986, Авторское свидетельство СССР

¹ 1425819, кл, Н 03 К 3/53, 1986... Ж „1803964 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ (57) Использование: в импульсной технике для питания технологических лазеров, озонаторов, рентгеновских аппаратов, электрофильтров и т.д, Сущность изобретения; устройство содержит мостовой инвертор на тиристорах 1 — 4, зашунтированных обратными диодами 1 — 4, и систему управления 5, В диагональ переменного тока инвертора включены последовательно соединенные коммутирующая индуктивность 6, коммути1803964 мента времени включения дополнительных тиристоров. Величина задержки в предлагаемом устройстве регулируется в диа- пазонее 0 — г град, эл. Система управления

5 тиристорами инвертора содержит блокраспределитель 15 управляющих импульсов, блок 16 регулируемой задержки и генератор

17 тактовых импульсов, 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам, выполненным на базе мостовых или полумостовых инверторов, работающих на повышенной управляющих импульсов, блок 16 регулируемой задержки и генератор 17 тактовых импульсов.

Устройство для питания импульсных потребителей энергии (фиг, 2) содержит полумостовой инвертор, выполненный на фильтровых конденсаторах 1 и 4 и тиристорах 2 и 3, зашунтированных обратными диодами 2 и 3, а также систему управления 5.

В диагональ переменного тока инвертора

15 ния тиристоров 2 и 3 противоположных плеч инвертора, которые для мостовой (фиг. 1) и полумостовой (фиг. 2) схем инвертора являются общими, Два последовательно соединенных дополнительных тиристора 13 и 14

20 общей точкой соединения тиристоров 2 и 3 противоположных плеч инвертора. Два последовательно соединенных дополнительных тиристора 13 и 14 зашунтированы дополнительными диодами 13 и 14 в обратном направлении и включены в диагональ постоянного типа инвертора согласно с напряжением источника питания, а общая точдва D-триггера 20 и 21, две схемы сравнения

22 и 23, а также два выходных формирователя импульсов 24 и 25. Одновибратор 19 и два О-триггера 20 и 21 образуют последова40 ка соединения дополнительных тиристоров

13 и 14 подключена к точке соединения вывода первичной обмотки 8 трансформатора

9 с коммутирующим конденсатором 7 инвертора.

Система управления 5 тиристорами интельную цепь, в которой вход одновибратора

19 является первым входом блока-распределителя 15 и первым входом схемы совпаде45 вертора содержит блок-распределитель 15 ния 22, а выход 0-триггера 21 является рующая емкость 7 и первичная обмотка 8 трансформатора 9, вторичная обмотка 10 которого через диодный мост 11 подключена к цепи нагрузки 12. В диагональ постоянного тока включены дополнительные тиристоры 13 и 14, зашунтированные обратными диодами 13 и 14, Устройство позволяет регулировать величину энергии, передаваемую в нагрузку путем изменения мочастоте и предназначенных для питания технологических лазеров, озонаторов, рентгеновских аппаратов, электрофильтров и т,д.

Целью изобретения является повышение функциональных возможностей устройства.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства, выполненного на основе мостового инвертора; на фиг. 2 — то же, на основе полумостового инвертора; на фиг. 3 — блок-схема системы управления управляющих импульсов; на фиг. 4 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство для питания импульсных потребителей энергии (фиг, 1) содержит мостовой инвертор на тиристорах 1 — 4, зашунтированных обратными диодами 1-4 и системой управления 5. В диагональ переменного тока инвертора включены последовательно соединенные коммутирующая индуктивность 6, коммутирующая емкость 7 и первичная обмотка 8 трансформатора 9, вторичная обмотка 10 которого через диодный мост 11 подключена к цепи нагрузки 12, При этом один вывод первичной обмотки 8 трансформатора 9 соединен с коммутирующим конденсатором 7, а второй вывод — с

35 включены последовательно соединенные коммутирующая индуктивность 6, коммутирующая емкость 7 и первичная обмотка 8 трансформатора 9, вторичная обмотка 10 которого через диодный мост 11 подключена к цепи нагрузки 12, При этом один вывод первичной обмотки 8 трансформатора 9 соединен с коммутирующим конденсатором

7, а второй вывод — с общей точкой соединезашунтированы дополнительными диодами

13 и 14 в обратном направлении и включены в диагональ постоянного тока инвертора согласно с напряжением источника питания, а общая точка соединения дополнительных тиристоров 13 и 14 подключена к точке соединения вывода первичной обмотки 8 трансформатора 9 с коммутирующим конденсатором 7 инвертора.

Система управления 5 тиристорами полумостового инвертора выполнена аналогично системе 5 управления тиристорами мостового инвертора, При этом блок-распределитель 15 системы управления 5 содержит (фиг. 3) два одновибратора 18 и 19, 1803964 вторым входом схемы совпадения 22, третий вход которой соединен с третьим входом схемы совпадения 23 и выходом

D-триггера 20. Вход одновибратора 18 является вторым входом блока-распределителя

15,и первым входом схемы совпадения 23, втОрой вход которой соединен с выходом одновибратора 18, Первый и второй выходы схФмы сравнения 22 соединены с первыми входами формирователей выходных импульсов 24 и 25, а первый и второй выходы схфмы сравнения 23 соединены со вторыми входами формирователей 24 и 25, Первый и второй выходы формирователя импульсов

24 через умножитель импульсов (на фиг. 3 не показан) соединены соответственно с управляющими электродами тиристоров 1, 3 и

2, 4 мостового инвертора или тиристоров 3 и 2 полумостового инвертора. Первый и второ выходы формирователя импульсов 25 соединены, соответственно. с управляющими(электродами дополнительных тиристоров 14 и 13.

Блок регулируемой задержки 16 содержит (фиг. 3) генератор пилообразного напряжения 26, ноль орган 27 и одновибратор

28; Вход генератора пилообразного напряжения 26 является первым входом блока 16 реГулируемой задержки, а выход генератора 26 пилообразного напряжения является первым входом ноль органа 27, второй вход которого является вторым входом блока 16 регулируемой задержки, Выход ноль органа

27.соединен со входом одновибратора 28., выход которого является выходом блока регулируемой задержки 16.

Генератор тактовых импульсов 17 (фиг, 3) Содержит последовательно соединенные ингегратор 29, ноль орган 30 и ключевой элемент 31. Выход ноль органа 30 и вход ключевого элемента 31 являются выходом генератора тактовых импульсов 17.

Устройство для питания импульсных потребителей энергии работает следующим образом.

Генератором тактовых импульсов 17, рабоТающим в режиме автоколебаний, формиру тся сигнал, регулируемый по частоте, ко орый поступает одновременно на вход формирователя импульсов 15 и вход блока 16 регулируемой задержки. При этом в блоке регулируемой задержки 16 обеспечивается амПлитудно-фазовая модуляция тактовых импульсов, в результате которой в течение действия аналогового сигнала, поступающего на второй вход блока 16 регулируемой задержки, импульсы на выходе блока 16 следуют с заДержкой, величина которой определяется амплитудой аналогового сигнала.

Таким образом, блок-распределитель

15 управляющих импульсов формирует две группы импульсов, которые поступают на управляющие электроды основных 1, 3 и 2, 4 или 2, 3 и дополнительных тиристоров 13, 14 инвертора с одинаковой регулируемой несущей (тактовой} частотой. При этом первая группа импульсов с выхода формирователя 15 импульсов поступает на управляющие электроды основных 1, 3 и 2, 4 или 2, 3 тиристоров инвертора без задержки, а вторая группа импульсов формируется через блок регулируемой задержки 16 и поступает на управляющие электроды дополнительных тиристоров 13 и 14 с той же несущей частотой, но с регулируемой задержкой относительно первой группы импульсов, как это показано на фиг, 1 и 2.

Величина задержки в предлагаемом устройстве для питания импульсных потребителей энергии регулируется в диапазоне О. + г град. эл. При этом параметры устройства подобраны так, что собственная частота последовательного резонансного контура инвертора более чем в два раза превосходит несущую частоту (т,е. частоту управления), что соответствует работе инвертора в режиме прерывистых токов, В зависимости от величины регулируемой задержки устройство для питания импульсных потребителей энергии способно работать; в режиме максимальной нагрузки, в режиме регулирования и в режиме минимальной нагрузки, В режиме максимальной нагрузки угол включения дополнительных тиристоров инвертора 13, 14 не изменяется и отстает по фазе от момента включения очередной пары основных тиристоров 1, 3 или 2, 4 мостового инвертора или основных тиристоров 2, 3 полумостового инвертора на л град. эл, В режиме минимальной нагрузки угол включения дополнительных тиристоров инвертора также не изменяется, но совпадает по фазе с моментом включения основных тиристоров инвертора, т,е. величина задержки в этом случае равна О град, эл, В режиме регулирования угол включения дополнительных тиристоров инвертора отстает по фазе от момента включения очередной пары основных тиристоров инвертора и изменяется в интервале от О до г град. эл.

При этом работа устройства в целом, например в режиме максимальной нагрузки, происходит следующим образом. После включения устройства в работу система 5 управления отпирает очередную пару тиристоров инвертора, например в момент времени t). TMpvlcTopbl 1 и 3, как это показано

1803964 на фиг. 4. Далее за счет перезаряда коммутирующей емкости 7 через первичную обмотку 8 трансформатора 9 начинает протекать возрастающий ток полуволны синусоиды коммутирующего контура, содержащего коммутирующую индуктивность 6 и коммутирующий конденсатор 7. В момент времени tz, за счет колебательного процесса ток в коммутирующем контуре, а следовательно, и в первичной обмотке 8 трансформатора 9 спадает до нуля, а затем начинает протекать по синусоидальному закону в обратном направлении за счет наличия обратных диодов 1 и 14, На этом колебательный процесс в момент времени тз заканчивается.

После завершения рассмотренного колебательного процесса в момент времени t4 система 5 управления отпирает очередную пару тиристоров 2 и 4, и и роцессы в схеме повторяются в той же последовательности.

При этом в цепь нагрузки 12 при заданной регулируемой системой управления 5 несущей частоте работы инвертора передается максимальная величина энергии от источника питания.

Если в момент времени t5, как это показано на фиг, 4, при отпирании системой управления 5 очередной пары тиристоров, например, 1 и 3, и протекании через первичную обмотку 8 трансформатора 9 синусоидального тока положительной полярности от системы управления 5 в момент времени

ts подается управляющий импульс на дополнительный тиристор 14, то первичная обмотка 8 трансформатора 9, а значит, и цепь нагрузки 12 оказываются закороченными.

При этом ток, протекающий в обмотке 8 трансформатора 9, замыкается через открытый тиристор 3 и диод 14, что исключает появление перенапряжений на тиристоре 3.

Таким образом, в цепь нагрузки 12 при заданной несущей частоте работы инвертора от источника питания будет передана величина энергии меньше максимальной, т.е, ее часть, которая определяется только моментом включения дополнительного тиристора 14, Далее колебательный процесс изменения синусоидального тока и перезаряда коммутирующей емкости 7 будет продолжаться по контуру; источник питания, тиристор 1 инвертора, коммутирующая индуктивность 6, коммутирующая емкость 7, дополнительный тиристор 14 инвертора, источник питания. При этом в момент времени t7 ток в коммутирующем контуре спадает до нуля, а затем начинает протекать по синусоидальному закону в обратном направлении за счет перезаряда коммутирующей емкости 7 и наличия обратных диодов 1 и 14 .

В момент времени ta колебательный процесс заканчивается и в момент времени

tg система управления 5 отпирает очередную пару тиристоров 2 и 4 и с регулируемой задержкой в момент времени сю дополнительный тиристор 13. Далее процессы повторяются в той же последовательности.

Величина энергии, переданная от источника питания в цепь нагрузки 12, будет равна нулю при синфазной подаче импульсов управления от системы управления 5 на тиристоры 1, 3 инвертора и дополнительный тиристор 14 или же очередную пару тиристоров 2, 4 инвертора и дополнительный тиристор 13, т,к, первичная обмотка 8 трансформатора 9 в этом режиме работы устройства будет всегда закорочена или дополнительным тиристором 14, или соответственно, дополнительным тиристором 13, При этом все устройство для питания импульсных потребителей энергии в целом работает как мостовой инвертор на тиристорах 1, 13, 14, 4, зашунтированных, соответственно, обратными диодами 1, 13, 14, 4, в диагональ переменного тока которого включены только коммутирующая индуктивность 6 и коммутирующая емкость 7.

Устройство (фиг. 2) работает аналогичным образом, только система 5 управления отпирает не очередную пару тиристоров, а один тиристор, например тиристор 2, затем дополнительный тиристор 13. После этого включается тиристор 3 инвертора, а затем дополнительный тиристор 14. Далее процессы повторяются.

Максимальная несущая частота работы устройства определяется временем восстановления запирающей способности применяемых в схеме инвертора тиристора, а уровень напряжения на нагрузке определяется длительностью тока, протекающего в первичной обмотке 8 трансформатора 9, который при заданной системой 5 управления тиристоров несущей частоте определяется только моментом отпирания дополнительных тиристоров 13 или 14. Таким образом имеется возможность одновременного регулирования уровня зарядного напряжения на нагрузке и несущей частоты инвертора, т.е. функциональные возможности устройства повышаются, При изменении нагрузки 12 от к,з, до х.х, работа инвертора устойчива, т,к. при к.з, в колебательный контур последовательно с коммутирующей индуктивностью 6 инвертора включается лишь(небольшая по величине) индуктивность рассеивания трансформатора

9, что не может существенно изменить собственную частоту колебательного контура инвертора и вызвать его опрокидывание, а

1803964

10 при х.х. большая по величине индуктивность намагничивания трансформатора 9 исключается из контура коммутации в момент времени не позднее, чем л град. эл. за счет включения тиристоров 13 или 14. Таким образом, процессы в схеме устройства определяются, в основном, параметрами контура коммутации, а именно: коммутирующей индуктивностью 6 и коммутирующей емкостью

7, которые всегда могут быть выбраны из условий устойчивой работы инвертора. Поэтому надежность работы устройства повышается.

Формула изобретения

1. Устройство для питания импульсных потребителей энергии, содержащее мостовой или полумостовой инвертор на тиристорах с обратными диодами и системой управления, в диагональ переменного тока котороro включены последовательно соединенные индуктивность и конденсатор коммутирующего контура, а также первичная обмотка трансформатора, один вывод которой соединен с коммутирующим контуром, а второй вывод соединен с общей точкой соединения противоположных плеч инвертора, которые для мостовой и полумостовой схем являются общими, вто ричная обмотка трансформатора подключена к цепи нагрузкИ, и два дополнительных тиристора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения возможности регулирования потока энергИи, передаваемого в нагрузку, в него введемыдвадополнительныхдиода, шунтирующих дополнительные тиристоры в обратном направлении, при этом дополнительные тиристоры включены в диагональ постоянного трка инвертора согласно с напряжением источника питания, общая точка соединения дрполнительных тиристоров подключена к точке соединения вывода первичной обмоткИ трансформатора с коммутирующим контуром инвертора, а система управления тйристорами содержит блок-распределитфль управляющих импульсов, блок регулируемой задержки и генератор тактовых импульсов, при этом первый и второй выходы блока-распределителя управляющих импульсОв соответственно соединены с управляющими электродами тех пар тиристоров инвертора, катоды и аноды которых соединены между собой последовательно через диагОналь переменного тока инвертора, а третий и четвертый выходы блока-распределителя сОединены соответственно с управляющими электродами дополнительных тиристоров, 5

55 первый вход блока-распределителя соединен с генератором тактовых импульсов непосредственно, а второй вход — через блок регулируемой задержки.

2. Устройство по п. 1, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что блок-распределитель управляющих импульсов содержит два одновибратора, два D-триггера, две схемы совпадения и два формирователя импульсов, при этом одновибратор и два 0-триггера образуют последовательную цепь, в которой вход первого одновибратора является первым входом блока-распределителя и соединен с первым входом первой схемы совпадения, выход первого 0-триггера соединен с вторым входом первой схемы совпадения, третий вход которой соединен с третьим входом второй схемы совпадения и выходом второго D-триггера, вход второго одновибратора является вторым входом блока-распределителя и соединен с первым входом второй схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом второго одновибратора, первый и второй выходы первой схемы совпадения соединены с первыми входами первого и второго формирователей импульсов соответственно, а первый и второй выходы второй схемы совпадения соединены со вторыми входами соответственного первого и второго формирователей импульсов, первый и второй выходы первого формирователя импульсов соединены соответственно с управляющими электродами тиристоров инвертора, а первый и второй выходы второго формирователя импульсов соединены соответственно с управляющими электродами дополнительных тиристоров.

3. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок регулируемой задержки содержит генератор пилообразного напряжения, нуль-орган и одновибратор, при этом вход генератора пилообразного напряжения является первым входом блока регулируемой задержки, а выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом нуль-органа, второй вход которого является вторым входом блока регулируемой задержки, выход нуль-органа соединен с входом одновибратора, выход которого является выходом блока регулируемой задержки, 4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что генератор тактовых импульсов содержит последовательно соединенные интегратор, нуль-орган и ключевой элемент, при этом выход нуль-органа и вход ключевого элемента является выходом генератора тактовых импульсов.

1803964

1803964 в

Составитель 3. Ермолович

Редактор Т, Куркова Техред М.Моргентал Корректор М, Андрушенко

Заказ 1060 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101