Высоковольтный импульсный модулятор
О П И С А Н И Е ()815895
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 08.06.79 (21) 2778160/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.
Н 03 К7/02
Государственный кемитет
СССР не делам изобретений и открытий (53) УДК 621.376..53 (088.8) Опубликовано 23.03,81. Бюллетень № 11
Дата опубликования описания 28.03.81
В. С. Панасюк, Ю. К. Самошенков, М. Ф.-Симановский.- ....., и Я. М. Спектор
1 (72) Авторы изобретения (71) Заявитеиь (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для питания высокочастотных генераторов.
Известен высоковольтный импульсный модулятор, содержащий формирующую линию, сетевой повышающий трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр, зарядный и разрядный ключи и повышающий импульсный трансформатор (1).
Однако вследствие конечного коэффици.ента сглаживания пульсаций сглаживающего фильтра у таких модуляторов наблюдается пульсация амплитуды выходного импульса. Использование фильтра с повышенным коэффициентом сглаживания пульсаций приводит к увеличению габаритов и веса устройства.
Известен высоковольтный импульсный модулятор, содержащий 3-х фазовый сетевой повышающий трансформатор, выпрямитель, зарядный дроссель, формирующий линию, зарядные и разрядные тиристоры и повышающий импульсный трансформатор (2).
Однако в модуляторе отсутствует пульсация амплитуды выходного импульса, так как частота повторения выходных импульсов равна 5 Гц, т. е. частоте питающей сети. В этом модуляторе на выходе выпрямителя получается напряжение порядка 5 — 6 кВ, что приводит к необходимости применять во всех узлах схемы большое количество последовательно соединенных полупроводниковых элементов (диодов или тиристоров), поскольку эти элементы на такие напряжения и большие токи (в цепи заряда до 30 А, в цепи разряда до 1 кА) не выпускаются серийно. Это не позволяет выполнять устройство в малых габаритах и снижает надежность его работы. Габарить| и вес сетевого повышающего трансформатора, рассчитанного на полную среднюю мопАность модулятора, составляют значительную часть от габаритов и веса всего устройства, особенно при боль1н шой (более 1 кВт) мощности модулятора.
Это обстоятельство не позволяет выполнить модулятор в вифе переносной конструкции.
Наличие потерь в сетевом трансформаторе ограничивает максимально достижимую величину коэффициента полезного действия модулятора, что ухудшает его эксплуатационные характеристики.
Цель изобретения - — повышение коэффициента полезного действия и снижении веса,и габаритов.
815895
l Ос 1 1в,че1111 а я цс. I ü дост11гастся 1 ехи ч1 О высоково ч 1>т ныи 11м 11у,чьсный моду. 1ятор, содержащий секцию, состоящую из последовательно соединенных зарядного дросселя, первого зарядного тиристора и первой формирующей линии, и разря jH010 тиристора. а также имг льс11ый трансформатор и блок коммутации тиристоров, соединенный с Hx yIIравляющими электро1ами, выполнен в виде трех секций, в каждую из которых дополнительно введены вторая формирующая линия и второй зарядный тиристор, причем общие выводы формирующих линий каждой секции объединены и подключены ко входам зарядных дросссл й, соединенных с соответству1ошей шиной исто;чика питания, анод второго зарядного тиристора .< 1ждой cet
На чертеже изобгаже11а IIpIIHIII Модулятор содержит три первичные обмотки 1, 2 и 3, вторичная обмотка 4 импульсного трансформатора, разрядный тиристор 5 и 6, формирующие линии 7 и 8, зарядные тиристоры 9 и 10, зарядный дроссель 11, фазы А, В, С питающей сети, секции 1, II и III модулятора. Модулятор имеет при секции 1, 11 и III, подключенные соответственно к фазам А, В, С трехфазной питающей сети (380 В 50 Гц). Каждая из секций содержит зарядный дроссель 11, зарядные тиристоры 9 и 10, формирующие линии 7, 8 и разрядный тиристор 6. К выходам секций подключены соответствующие первичные обмотки импульсного трансформатора 1, 2 и 3, а вторичная обмотка 4 подключена к нагрузке. Кроме того, модулятор имеет блок 12 запуска коммутации тиристоров, назначение которого состоит в том, чтобы генерировать импульсы запуска, поступающие на управляющие электроды тиристоров и предназначенные для их включения. Модулятор работает следующим образом. Дроссель 11 совместен с суммарной емкостью формирующей линии 7 или 8 (в зависимости от того, какая из них заряжается) образует резонансную цепь заряда. Зарядный тиристор 9 включается в момент, когда напряжение между фазами А и В положительно и достигает максимума; при этом протекает процесс резонансного заряда и формирующая линия 7 заряжается до положительного наПряжения, примерно равного удвоенной величине амплитудного значения напряжения сети. После окончания заряда зарядный тиристор 9 автоматически выключается. Длительность процесса заряда выбирае-ся много меньшей, чем период питающей сети (т. е. порядка 2 мсек). Процесс заряда линии формирующей 8 происходит аналогично, с той лишь разницей, что зарядный тиристор 10 включается в момент, когда напряжение сети отрицательно и достигает максимума (по модулю), и линия формирующая 8 заряжается до отрицательного напряжения, равного по величине напряжению заряда формирующей линии 7. После того, как проходит процесс заряда формирующих .ч11ний 7, 8. включается разрядный тиристор 6, и обе формирующие линии разряжаются на первичную обмотку импульсного трансформатора. При этом на вторичной обмотке импульсного .трансформатора получается импульс высоко;-о напряжения с параметрами, которые полностью определяются параметрами формирующих линий и импульсного трансформатора. При разряде формирующие линии оказываются включенными последовательно, что позволяет удвоить амплитуду импульса, поступающего на трансформатор, и тем самым упростить его конструк1.ию, так как вдвое снижается требуемый коэффициент трансформации. Частота повторения импульсов на выходе одной секции равна частоте питающей сек ции, т. е. 50 Гц. Процессы, происходящие в трех секциях модулятора, сдвинуты во времени на 1/3 ЗО периода питающей сети, так как точно также сдвинуты по времени фазные напряжения питающей сети. Поэтому частота повторения импульсов на выходе модулятора равна утроенной частоте сети, т. е. 150 I ц. Работа блока 12 соответствующим образом 35 синхронизиру тся с сетью. Таким образом, на первичной обмотке трансформатора формируется импульс с максимальной амплитудой, примерно равной удвоенной амплитуде напряжения питающей 4р сети, т. е. около 1 кВ. Регулировка амплитуды импульса достигается смещением момента начала заряда относительно максимума переменного напряжения в сети. Глубина регулировки равна 100%. Остальные параметры импульса полностью определяются 4 параметрами формирующих линий и импульсного трансформатора. Так, например, если выбрать волновос сопротивление линии равным 0,5 Ом, длительность импульса 30 мксек и коэффициент трансформации импульсно,о го трансформатора равным 20, то на выходе модулятора получают импульс со следующими параметрами: длительность импульса 30 мксек, амплитуда импульса около 20 кВ, мощность (в импульсе) около 1 МВт. Равномерное распределение потребляемой мощности по всем трем фазам пигающей сети, достигаемое в предлагаемой схеме модулятора, позволяет отказаться от приiIeHeHIIII сетевого трансформатора и тем са815895 мь м резко снижает габариты и вес всего устройства. Кроме того, повышается коэффициент полезного действия модулятора, так как исключаются потери энергии в сетевом трансформаторе ввиду его отсутствия (КПД лучших образцов сетевых трансформаторов не превышает величину порядка 950/0). Так как максимальная разность потенциалов, возникающая во время работы схемы внутри секции, не превышает учетверенного амплитудного значения напряжения питающей сети (около 2-х кВ), то исключается необходимость последовательного соединения большого количества элементов (в данном случае тиристоров), что повышает надежность работы устройства и также снижает его габариты и вес. Суммарный выигрыш в габаритах и весе оценивается в величину порядка 1,5 — 2, поскольку, например, масса сетевого трансформатора на среднюю мощность 5 кВт составляет величину более 50 кг, а известный модулятор на такую среднюю мощность составляет не более 30 кг. Формула изобретения Высоковольтный импульсный модулятор, содержащий секцию, состоящую из последовательно соединенных зарядного дросселя, первого зарядного тиристора и первой формирующей линии, и разрядного тиристора, а также импульсный трансформатор и блок коммутации тиристоров, соединенный с пх управляющими электродами, отлинан1ы.:!uc.; тем, что, с целью повышения коэффициента s полезного действия и уменьшения веса и габаритов, он выполнен в виде трех секций, в каждую из которых дополнительно введены вторая формирующая линия и второй зарядный тиристор, причем общие выводы формирующих линий каждой секции объели нены и подключены ко входам зарядных дросселей, соединенных с соответствующей шиной источника питания, анод второго зарядного тиристора каждой секции соединен со входом второй формирующей линии, катодс выходом зарядного дросселя, разрядный тиристор включен между выходом первой формирующей линии и первым выводом первичной обмотки импульсного трансформатора, второй выход которой подключен к выходу второй формирующей линии. 20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Харпалев Ю. Ф., Львов Е. И., Шустер И. И. Линейные модуляторы для ускорителей электронов на малые энергии. Сб. Ус-. 25 корители». N., Атомиздат. 1967. 2. Абдульманов В. Г., Ауслендер В. Д., Шлагоев Г. Д., Панфилов А. Д., Ромашко И. Д. Импульсный модулятор мощностью 5 мВт.-ПТЭ, 1975, Хо 3, (прототип). 815895 т Фл 7 Яр К цпраЬяюьцим зпектродам тиристоро5 Составитель Д. Ходырев Редактор Н. Рогулич Техред А. Бойкас Корректор Е. Рошко Заказ 695/88 Тираж 988 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
