RU1803964C - Устройство дл питани импульсных потребителей энергии - Google Patents

Abstract

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

Description

рующа  емкость 7 и первична  обмотка 8 трансформатора 9, вторична  обмотка 10 которого через диодный мост 11 подключена к цепи нагрузки 12. В диагональ посто нного тока включены дополнительные тиристо- ры 13 и 14, зашунтированные обратными диодами 13 и 14, Устройство позвол ет регулировать величину энергии, передаваемую в нагрузку путем изменени  момента времени включени  дополнительных тиристоров. Величина задержки в предлагаемом устройстве регулируетс  в диапазоне 0- лгград. эл. Система управлени  5 тиристорами инвертора содержит блок- распределитель 15 управл ющих импульсов, блок 16 регулируемой задержки и генератор 17 тактовых импульсов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относитс  к импульсной технике, а именно к устройствам, выполненным на базе мостовых или полумостовых инверторов , работающих на повышенной частоте и предназначенных дл  питани  тех- нологических лазеров, озонаторов, рентгеновских аппаратов, электрофильтров и т.д.

Целью изобретени   вл етс  повышение функциональных возможностей устройства .

На фиг. 1 представлена принципиальна  электрическа  схема устройства, выполненного на основе мостового инвертора; на фиг. 2 - то же, на основе полумостового инвертора; на фиг. 3 - блок-схема системы управлени  управл ющих импульсов; на фиг. 4 - временные диаграммы работы устройства .

Устройство дл  питани  импульсных потребителей энергии (фиг. 1) содержит мосто- вой инвертор на тиристорах 1-4, зашунтированных обратными диодами 1-4 и системой управлени  5. В диагональ переменного тока инвертора включены последовательно соединенные коммутирующа  индуктивность 6, коммутирующа  емкость 7 и первична  обмотка 8 трансформатора 9, вторична  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 соединени  тиристоров 2 и 3 противоположных плеч инвертора. Два последовательно соединенных дополнитель- ных тиристора 13 и 14 зашунтированы дополнительными диодами 13 и 14 в обратном направлении и включены в диагональ посто нного типа инвертора согласно с напр жением источника питани , а обща  точ- ка соединени  дополнительных тиристоров 13 и 14 подключена к точке соединени  вывода первичной обмотки 8 трансформатора 9 с коммутирующим конденсатором 7 инвертора .

Система управлени  5 тиристорами инвертора содержит блок-распределитель 5

управл ющих импульсов, блок 16 регулируемой задержки и генератор 17 тактовых импульсов .

Устройство дл  питани  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 управлени  5. В диагональ переменного тока инвертора включены последовательно соединенные коммутирующа  индуктивность 6, коммутирующа  емкость 7 и первична  обмотка 8 трансформатора 9, вторична  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 соединени  тиристоров 2 и 3 противоположных плеч инвертора, которые дл  мостовой (фиг. 1) и полумостовой (фиг. 2) схем инвертора  вл ютс  общими. Два последовательно соединенных дополнительных тиристора 13 и 14 зашунтированы дополнительными диодами 13 и 14 в обратном направлении и включены в диагональ посто нного тока инвертора согласно с напр жением источника питани , а обща  точка соединени  дополнительных тиристоров 13 и 14 подключена к точке соединени  вывода первичной обмотки 8 трансформатора 9 с коммутирующим конденсатором 7 инвертора.

Система управлени  5 тиристорами полумостового инвертора выполнена аналогично системе 5 управлени  тиристорами мостового инвертора. При этом блок-распределитель 15 системы управлени  5 содержит (фиг. 3) два одновибратора 18 и 19, два D-триггера 20 и 21, две схемы сравнени  22 и 23, а также два выходных формировател  импульсов 24 и 25. Одновибратор 19 и два D-триггера 20 и 21 образуют последовательную цепь, в которой вход одновибратора 19  вл етс  первым входом блока-распределител  15 и первым входом схемы совпадени  22, а выход D-триггера 21  вл етс 

вторым входом схемы совпадени  22, третий вход которой соединен с третьим вхо- доН схемы совпадени  23 и выходом D-f риггера 20. Входодновибратора 18  вл етс  вторым входом блока-распределител  15 и первым входом схемы совпадени  23, второй вход которой соединен с выходом од ювибратора 18, Первый и второй выходы схемы сравнени  22 соединены с первыми вхбдами формирователей выходных им- пуЬьсов 24 и 25, а первый и второй выходы схфмы сравнени  23 соединены со вторыми вхбдами формирователей 24 и 25. Первый и втфрой выходы формировател  импульсов 24 через умножитель импульсов (на фиг. 3 нешказан) соединены соответственно с уп- ра л ющими электродами тиристоров 1, 3 и 2, 4 мостового инвертора или тиристоров 3 и 2J полумостового инвертора. Первый и второй выходы формировател  импульсов 25 соединены, соответственно, с управл ющими; электродами дополнительных тиристо- рор 14 и 13.

Блок регулируемой задержки 16 содержит (фиг. 3) генератор пилообразного на- прИжени  26, ноль орган 27 и одновибратор 28; Вход генератора пилообразного напр - 26  вл етс  первым входом блока 16 регулируемой задержки, а выход генератора 26 пилообразного напр жени   вл етс  пеЬвым входом ноль органа 27, второй вход которого  вл етс  вторым входом блока 16 регулируемой задержки. Выход ноль органа 27;соединен со входом одновибратора 28, выход которого  вл етс  выходом блока ре- гу ируемой задержки 16.

, Генератор тактовых импульсов 17 (фиг. 3) Содержит последовательно соединенные интегратор 29, ноль орган 30 и ключевой элфмент 31. Выход ноль органа 30 и вход ключевого элемента 31  вл ютс  выходом генератора тактовых импульсов 17.

Устройство дл  питани  импульсных потребителей энергии работает следующим образом.

, Генератором тактовых импульсов 17, ра- бо ающим в режиме автоколебаний, формируетс  сигнал, регулируемый по частоте, который поступает одновременно на вход фоэмировател  импульсов 15 и вход блока 16 ре улируемой задержки. При этом в блоке регулируемой задержки 16 обеспечиваетс  амплитудно-фазова  модул ци  тактовых им- nyjjibcoB, в результате которой в течение дей- аналогового сигнала, поступающего на второй вход блока 16 регулируемой задержки импульсы на выходе блока 16 следуют с задержкой, величина которой определ етс  амплитудой аналогового сигнала.

Таким образом, блок-распределитель 15 управл ющих импульсов формирует две группы импульсов, которые поступают на управл ющие электроды основных 1, 3 и 2,

А или 2, 3 и дополнительных тиристоров 13, 14 инвертора с одинаковой регулируемой несущей (тактовой) частотой. При этом перва  группа импульсов с выхода формировател  15 импульсов поступает на

0 управл ющие электроды основных 1, 3 и 2, 4 или 2, 3 тиристоров инвертора без задержки , а втора  группа импульсов формируетс  через блок регулируемой задержки 16 и поступает на управл ющие электроды до5 полнительных 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 ус0 тройстве дл  питани  импульсных потребителей энергии регулируетс  в диапазоне О.+л град. эл. При этом параметры устройства подобраны так, что собственна  частота последовательного резонансного контура ин5 вертора более чем в два раза превосходит несущую частоту (т.е. частоту управлени ), что соответствует работе инвертора в режиме прерывистых токов.

В зависимости от величины регулируе0 мой задержки устройство дл  питани  импульсных потребителей энергии способно работать: в режиме максимальной нагрузки, в режиме регулировани  и в режиме минимальной нагрузки.

В режиме максимальной нагрузки угол включени  дополнительных тиристоров инвертора 13, 14 не измен етс  и отстает по фазе от момента включени  очередной пары основных тиристоров 1, 3 или 2, 4 мостового

0 инвертора или основных тиристоров 2, 3 полумостового инвертора на   град. эл.

В режиме минимальной нагрузки угол включени  дополнительных тиристоров инвертора также не измен етс , но совпадает

5 по фазе с моментом включени  основных тиристоров инвертора, т.е. величина задержки в этом случае равна 0 град. эл.

В режиме регулировани  угол включени  дополнительных тиристоров инвертора от0 стает по фазе от момента включени  очередной пары основных тиристоров инвертора и измен етс  в интервале от 0 до л град. эл.

При этом работа устройства в целом, например в режиме максимальной нагруз5 ки, происходит следующим образом. После включени  устройства в работу система 5 управлени  отпирает очередную пару тиристоров инвертора, например в момент времени ti. тиристоры 1 и 3, как это показано

на фиг. 4. Далее за счет перезар да коммутирующей емкости 7 через первичную обмотку 8 трансформатора 9 начинает протекать возрастающий ток полуволны синусоиды коммутирующего контура, содер- жащего коммутирующую индуктивность 6 и коммутирующий конденсатор 7. В момент времени t2, за счет колебательного процесса ток в коммутирующем контуре, а следовательно , и в первичной обмотке 8 трансформа- тора 9 спадает до нул , а затем начинает протекать по синусоидальному закону в обратном направлении за счет наличи  обратных диодов 1 и 14, На этом колебательный процесс в момент времени ta заканчиваетс .

После завершени  рассмотренного колебательного процесса в момент времени t4 система 5 управлени  отпирает очередную пару тиристоров 2 и 4, и процессы в схеме повтор ютс  в той же последовательности. При этом в цепь нагрузки 12 при заданной регулируемой системой управлени  5 несущей частоте работы инвертора передаетс  максимальна  величина энергии от источника питани .

Если в момент времени ts, как это показано на фиг. 4, при отпирании системой управлени  5 очередной пары тиристоров, например, 1 и 3, и протекании через первичную обмотку 8 трансформатора 9 синусои- дальнего тока положительной пол рности от системы управлени  5 в момент времени te подаетс  управл ющий импульс на дополнительный тиристор 14, то первична  обмотка 8 трансформатора 9, а значит, и цепь нагрузки 12 оказываютс  закороченными. При этом ток, протекающий в обмотке 8 трансформатора 9, замыкаетс  через открытый тиристор 3 и диод 14, что исключает по вление перенапр жений на тиристоре 3. Таким образом, в цепь нагрузки 12 при заданной несущей частоте работы инвертора от источника питани  будет передана величина энергии меньше максимальной, т.е. ее часть, котора  определ етс  только моментом включени  дополнительного тиристора 14.

Далее колебательный процесс изменени  синусоидального тока и перезар да коммутирующей емкости 7 будет продолжатьс  по контуру: источник питани , тиристор 1 инвертора , коммутирующа  индуктивность 6, коммутирующа  емкость 7, дополнительный тиристор 14 инвертора, источник питани . При этом в момент времени t ток в коммутирующем контуре спадает до нул , а затем начинает протекать по синусоидальному закону в обратном направлении за счет перезар да коммутирующей емкости 7 и наличи  обратных диодов 1 и 14.

В момент времени te колебательный процесс заканчиваетс  и в момент времени tg система управлени  5 отпирает очередную пару тиристоров 2 и 4 и с регулируемой задержкой в момент времени tio дополнительный тиристор 13. Далее процессы повтор ютс  в той же последовательности.

Величина энергии, переданна  от источника питани  в цепь нагрузки 12, будет равна нулю при синфазной подаче импульсов управлени  от системы управлени  5 на тиристоры 1,3 инвертора и дополнительный тиристор 14 или же очередную пару тиристоров 2, 4 инвертора и дополнительный тиристор 13, т.к. первична  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 дл  питани  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 коммутирующа  индуктивность б и коммутирующа  емкость 7.

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

Максимальна  несуща  частота работы устройства определ етс  временем восстановлени  запирающей способности примен емых в схеме инвертора тиристора, а уровень напр жени  на нагрузке определ етс  длительностью тока, протекающего в первичной обмотке 8 трансформатора 9, который при заданной системой 5 управлени  тиристоров несущей частоте определ етс  только моментом отпирани  дополнительных тиристоров 13 или 14. Таким образом имеетс  возможность одновременного регулировани  уровн  зар дного напр жени  на нагрузке и несущей частоты инвертора, т.е. функциональные возможности устройства повышаютс ,

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 включаетс  лишь (небольша  по величине) индуктивность рассеивани  трансформатора 9, что не может существенно изменить собственную частоту колебательного контура инвертора и вызвать его опрокидывание, а

при х.х. больша  по величине индуктивность намагничивани  трансформатора 9 исключаетс  из контура коммутации в момент времени не позднее, чем л град. эл. за счет включени  тиристоров 13 или 14. Таким образом, процессы в схеме устройства определ ютс , в основном, параметрами контура коммутации, а именно: коммутирующей индуктивностью б и коммутирующей емкостью 7, которые всегда могут быть выбраны из условий устойчивой работы инвертора. Поэтому надежность работы устройства повышаетс .

Claims (4)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  питани  импульсных потребителей энергии, содержащее мосто- вой или полумостовой инвертор на тиристо- рах с обратными диодами и системой управлени , в диагональ переменного тока Которого включены последовательно соединенные индуктивность и конденсатор коммутирующего контура, а также первична  цбмотка трансформатора, один вывод которой соединен с коммутирующим контуром, а второй вывод соединен с общей точкой соединени  противоположных плеч инвертора , которые дл  мостовой и полумостовой схем  вл ютс  общими, вторична  обмотка трансформатора подключена к цепи нагрузки , и два дополнительных тиристора, о т л и- ч ающеес  тем, что, с целью расширени  о бласти применени  за счет обеспечени  возможности регулировани  потока энергии , передаваемого в нагрузку, в него введены два дополнительных диода, шунтирующих дополнительные тиристоры в обратном направлении , при этом дополнительные тиристоры включены в диагональ посто нного трка инвертора согласно с напр жением ис- т чника питани , обща  точка соединени  дополнительных тиристоров подключена к трчке соединени  вывода первичной обмотки трансформатора с коммутирующим контуром инвертора, а система управлени  тиристорами содержит блок-расп редел и- тфль управл ющих импульсов, блок регулиру- задержки и генератор тактовых иМпульсов, при этом первый и второй выходы б ока-распределител  управл ющих импуль- сфв соответственно соединены с управл ющими электродами тех пар тиристоров инвертора, катоды и аноды которых соединены между собой последовательно через диа- гс|наль переменного тока инвертора, а третий и четвертый выходы блока-распределител  соединены соответственно с управл ющими электродами дополнительных тиристоров,

   первый вход блока-распределител  соединен с генератором тактовых импульсов непосредственно , а второй вход - через блок регулируемой задержки.
2. 2. Устройство по п. 1, отличающее- с   тем, что блок-распределитель управл ющих импульсов содержит два одновибра- тора, два D-триггера, две схемы совпадени  и два формировател  импульсов, при этом

   одновибратор и два D-триггера образуют последовательную цепь, в которой вход первого одновибратора  вл етс  первым входом блока-распределител  и соединен с первым входом первой схемы совпадени ,

   выход первого D-триггера соединен с вторым входом первой схемы совпадени , третий вход которой соединен с третьим входом второй схемы совпадени  и выходом второго D-триггера, вход второго одновибратора  вл етс  вторым входом блока-распределител  и соединен с первым входом второй схемы совпадени , второй вход которой соединен с выходом второго одновибратора , первый и второй выходы первой схемы

   совпадени  соединены с первыми входами первого и второго формирователей импульсов соответственно, а первый и второй выходы второй схемы совпадени  соединены со вторыми входами соответственного первого и второго формирователей импульсов, первый и второй выходы первого формировател  импульсов соединены соответственно с управл ющими электродами тиристоров инвертора , а первый и второй выходы второго

   формировател  импульсов соединены соответственно с управл ющими электродами дополнительных тиристоров.
3. 3. Устройство поп, 1, отличающее- с   тем, что блок регулируемой задержки

   содержит генератор пилообразного напр жени , нуль-орган и одновибратор, при этом вход генератора пилообразного напр жени   вл етс  первым входом блока регулируемой задержки, а выход генератора

   пилообразного напр жени  соединен с первым входом нуль-органа, второй вход которого  вл етс  вторым входом блока регулируемой задержки, выход нуль-органа соединен с входом одновибратора, выход

   которого  вл етс  выходом блока регулируемой задержки.
4. 4. Устройство по п. 1, отличающее- с   тем, что генератор тактовых импульсов содержит последовательно соединенные интегратор, нуль-орган и ключевой элемент, при этом выход нуль-органа и вход ключевого элемента  вл етс  выходом генератора тактовых импульсов.

   Фиг. I

   Физ,3

   иу

   7(3)

   Ш) га

   кз)