Генератор імпульсів струму

Генератор імпульсів струму, що складається з зарядного пристрою, до позитивного полюса якого підключена одна обкладка першого накопичувального конденсатора, з'єднаного через перший силовий тиристор з першим індуктивним наванта 30387 В основу винаходу поставлено завдання удосконалити генератор імпульсів струму, в якому внаслідок вилучення одного зарядного пристрою і зміні послідовності з'єднання елементів схеми імпульсного живлення забезпечується спрощення конструкції і підвищення коефіцієнта корисної дії і за рахунок цього досягається зменшення габаритів і вартості пристрою. Поставлене завдання вирішується тим, що в генератор імпульсів струму, який містить зарядний пристрій, до позитивного полюса якого підключена одна обкладка першого накопичувального конденсатора, з'єднаний через перший силовий тиристор з першим індуктивним навантаженням, другий накопичувальний конденсатор, з'єднаний через другий силовий тиристор з другим індуктивним навантаженням, комутуючий конденсатор, підключений через перший і другий допоміжні тиристори до першого і другого індуктивним навантаженням, згідно з винаходом друга обкладка першого накопичувального конденсатора з'єднана з першою обкладкою другого накопичувального конденсатора, з комутуючим конденсатором і зі спільною точкою послідовно з'єднаних першого і другого індуктивних навантажень, друга обкладка другого накопичувального конденсатора підключена до негативного полюса зарядного пристрою. Пропонуємий винахід ілюструється малюнками: на фіг. 1 зображено пропонуємий генератор імпульсів струму; на фіг. 2 - криві струмів і напруг на елементах ГІС при його роботі в режимі форсування гашення електромагнітного поля двигуна, а на фіг. 3 - криві струмів і напруг на елементах ГІС, при його спрацьовуванні в режимі форсування збудження і гашення електромагнітного поля двигуна. Генератор імпульсів струму складається з зарядного пристрою 1, до якого підключені послідовно з'єднані перший 2 і другий 3 (накопичувальні) конденсатори. Конденсатори 2 і 3 через третій 4 і четвертий 5 силові тиристори підключені до першого 6 і другого 7 індуктивним навантаженням відповідно. Третій (комутуючий) конденсатор 8 через перший допоміжний тиристор 9 підключений до першого індуктивного навантаження 6, а через другий допоміжний тиристор 10 до другого індуктивного навантаження 7. Генератор імпульсів струму в режимі форсування гашення електромагнітного поля двигуна працює таким чином. В початковому стані конденсатори 2 і 3 заряджені від джерела живлення (зарядного пристрою) 1. Комутуючий конденсатор 8 заряджений до напруги з полярністю, що вказана на фіг. 1 без дужок. Попереднє зарядження конденсатора 8 здійснюється від джерела живлення 1, наприклад, через активний опір. Ланцюг попереднього зарядження конденсатора 8 на фіг. 1 не показаний. При подачі в момент часу t0 відпираючого імпульса на управляючий електрод першого силового тиристора 4, тиристор 4 відкривається, а попередньо заряджений перший накопичувальний конденсатор 2 розряджується на перше індуктивне навантаження 6, яке виконане, наприклад, у вигляді обмотки збудження прямого ходу реверсивного двигуна зворотно-поступального руху. Одночасно з розрядженням конденсатора 2 відбувається додаткове зарядження другого нако пичувального конденсатора 3 по ланцюгу: джерело живлення 1 - тиристор 4 - індуктивне навантаження 6 - конденсатор 3 - джерело живлення 1. При цьому струм i1 в індуктивному навантаженні 6 наростає, змінюючись по закону, який описує крива 13. В короткозамкнутому витку, який магнітозв'язаний з обмоткою 6, індукується (наводиться) вторинний струм і2. В результаті взаємодії двох контурів зі струмами i1 і i2 виникає електромагнітна сила, яка прискорює і переміщує якір вправо до упора. В момент часу t=t1, коли робочий зазор двигуна буде вибраний, а якір досягне обмежувача і опиниться в крайньому правому положенні, від схеми управління (на фіг. 1 не показана) подають відпираючий імпульс на управляючий електрод першого допоміжного тиристора 9. Тиристор 9 відкривається, а до тиристора 4 в протилежному напрямку прикладається різниця напруг DU (фіг. 2) на конденсаторах 8 і 2 (фіг. 1). Тиристор 4 закривається, а конденсатор 2 відключається від обмотки збудження 6. На інтервалі часу t>t1 конденсатори 2 і 3 заряджаються по ланцюгу: джерело живлення 1 - конденсатор 2 - конденсатор 3 - джерело живлення 1. Струм i1 індуктивного навантаження 6 замикається по ланцюгу, який складається з обмотки збудження 6, тиристора 9, конденсатора 8, обмотки збудження 6 і перезаряджає конденсатор 8 полярністю, що вказана в дужках. Рекуперація електромагнітної енергії з індуктивного навантаження 6 в комутуючий конденсатор 8, ємність якого на багато (на 20...40 разів) менше ємності накопичувального конденсатора 2, дозволяє забезпечити форсування гашення поля двигуна. В момент часу t2 рекуперація закінчується, струм в ланцюгу індуктивного навантаження 6 і конденсатора 8 стає рівним нулю, тиристор 9 закривається, а напруга на конденсаторі 8 дорівнює максимальному значенню. Після вибору якорем двигуна робочого ходу і фіксації його в початковому положенні обмежувачем, ГІС готовий до повторного спрацьовування, тобто до формування імпульса струму з метою переміщення якоря двигуна в зворотному напрямку. Для переміщення якоря двигуна в зворотному напрямку в момент часу t3 подають відпираючий імпульс на управляючий електрод другого силового тиристора 5. Тиристор 5 відкривається і забезпечує на інтервалі часу t3...t4 розрядження накопичувального конденсатора 3 на друге індуктивне навантаження 7, яке виконане у вигляді обмотки збудження зворотного ходу якоря двигуна зворотно-поступального руху. Одночасно відбувається підзарядження першого накопичувального конденсатора 2 по ланцюгу: джерело живлення 1 – конденсатор 2 - індуктивне навантаження 7 – тиристор 5 - джерело живлення 1. Струм i1 індуктивного навантаження 6 наростає по кривій 14, а енергія конденсатора 3 перетворюється в електромагнітну енергію обмотки збудження 7. В результаті цього в короткозамкнутому витку якоря, який магнітозв'язаний з обмоткою 7, наводиться вторинний струм i2. Взаємодія двох контурів зі струмами i1 і i2 обумовлює виникнення електромагнітної сили, яка переміщає якір двигуна з короткозамкнутим витком вліво до упора і забезбечує, тим самим, зво 2 30387 личину DU1, яка необхідна для запирання тиристора 9, відкривають силовий тиристор 4. Тиристор 9 закривається різницею напруг DU1 на накопичувальному і комутуючому конденсаторах, яка прикладена до нього в протилежному напрямку. Конденсатор 2 розряджається на обмотку збудження 6 і забезпечує підтримку струму (поля) на заданому рівні. При цьому струм в обмотках двигуна може залишатися постійним, зменшуватися або збільшуватися, як це показано пунктиром на фіг. 3, а якір двигуна під дією електромагнітної сили переміщається вправо до упора. На інтервалі часу t>t1 конденсатор 3 підзаряджається від джерела живлення 1 по ланцюгу: джерело живлення 1 – тиристор 4 - обмотка збудження 6 - конденсатор 3 джерело живлення 1. В момент часу t2, коли напруга на конденсаторі 8 стане більше напруги на конденсаторі 2 на величину DU2, яка необхідна для запирання силового тиристора 4, подають відпираючий імпульс на управляючий електрод тиристора 9. Тиристор 9 відкривається, а тиристор 4 закривається. Енергія обмотки збудження 6, що залишилась, рекуперує в комутуючий конденсатор 8, перезаряджає його до напруги більшої, ніж напруга на конденсаторі 2, і забезпечує на інтервалі часу t2...t3 форсування гашення поля двигуна. Накопичувальні конденсатори 2 і 3 на інтервалі часу t>t2 заряджаються від джерела живлення 1 по ланцюгу: джерело живлення 1 - конденсатор 2 - конденсатор 3 - джерело живлення 1. Після цього ГІС готовий до повторного спрацьовування, тобто до формування імпульса струму з метою переміщення якоря двигуна в зворотному напрямку. Для цього спочатку подають відпираючий імпульс на управляючий електрод тиристора 10. Тиристор 10 відкривається. При цьому електромагнітні процеси в ГІС аналогічні процесам, що відбуваються при прямому ході якоря двигуна і працює друга частина ГІС, яка складається з комутуючого конденсатора 8, тиристорів 5 і 10, обмотки збудження 7, накопичувального конденсатора 3. Слід зазначити, що рекуперація неперетвореної електромагнітної енергії обмотки збудження 6 (7) в комутуючий конденсатор 8 забезпечує його підзарядження для здійснення наступних спрацьовувань ГІС без використання спеціального ланцюга зарядження. В пропонуємому генераторі імпульсів струму увід енергії в навантаження і рекуперація енергії з індуктивного навантаження (з обмоток збудження) в комутуючий конденсатор здійснюється напряму, без проміжних ланок і елементів. З'єднання другої обкладки першого накопичувального конденсатора з першою обкладкою другого накопичувального конденсатора, комутуючим конденсатором і зі спільною точкою послідовно з'єднаних першого і другого індуктивних навантажень, та підключення другої обкладки другого накопичувального конденсатора до негативного полюса зарядного пристрою вигідно відрізняє пропонуємий генератор від відомого. Вилучення одного зарядного пристрою і зміна схеми з'єднання електричних елементів дозволяє забезпечити спрощення конструкції і підвищення коефіцієнта корисної дії. ротний хід якоря. Як тільки робочий зазор при зворотному ході якоря буде вибраний, в момент часу t4 подають відпираючий імпульс на управляючий електрод другого допоміжного тиристора 10. Тиристор 10 відкривається, а до тиристора 5 в протилежному напрямку прикладається різниця напруг DU на конденсаторах 8 і 3. Тиристор 5 закривається, обмотка збудження зворотного ходу 7 відключається від конденсатора 3. На інтервалі часу t>t4 конденсатори 2 і 3 заряджаються по ланцюгу: джерело живлення 1 - конденсатор 2 – конденсатор 3 - джерело живлення 1 (див. криві 11 і 12 на фіг. 2). Струм обмотки збудження 7 перехоплюється в ланцюг, який складається з тиристора 10, конденсатора 8, обмотки збудження 7 і перезаряджає конденсатор 8 (див. криву 15 на фіг. 2) до початкового потенціалу (полярність показана без дужок). Рекуперація електромагнітної енергії з індуктивного навантаження 7 в комутуючий конденсатор 8, ємність якого набагато (на 20...40 разів) менше ємності накопичувального конденсатора 3, дозволяє забезпечити форсування гашення поля двигуна. В момент часу t5 струм обмотки збудження 7 стає рівним нулю, тиристор 10 закривається і напруга на конденсаторі 8 стає максимальною (див. криву 15 на фіг. 2). Таким чином, здійснюється формування імпульса струму в обмотці збудження 7 зворотного ходу якоря двигуна і переміщення якоря в зворотному напрямку. Після цього всі процеси в генераторі імпульсів струму затухають. Для забезпечення повторного формування імпульса струму в обмотці збудження 6 знову подають відпираючий імпульс на управляючий електрод тиристора 4. Тиристор 4 відкривається. Після цього описані вище електромагнітні процеси в ГІС будуть повторюватися. Слід зазначити, що інтервал часу t2...t3 між закінченням прямого ходу якоря двигуна і початком зворотного ходу може бути будь-якої тривалості і навіть дорівнювати нулю. На протязі цього часу відбувається дозарядження конденсаторів 2 і 3 від джерела живлення 1 до початкових напруг, які необхідні для спрацьовування ГІС і переміщення якоря двигуна в зворотному напрямку. Відомо, що для підвищення коефіцієнта корисної дії двигунів зворотно-поступального руху використовують також режим форсування збудження електромагнітного поля двигуна. Пропонуємий ГІС в режимі з форсуванням збудження і гашення електромагнітного поля двигуна працює таким чином. В момент часу t0 (фіг. 3) відкривається тиристор 9. При цьому на індуктивне навантаження 6 розряджається конденсатор 8, напруга на якому змінюється по кривій 16. Так як ємність конденсатора 8 набагато (на 20...40 разів) менше ємності конденсатора 2, а напруга на ньому вище напруги на конденсаторі 2, то при розрядженні конденсатора 8 на обмотку збудження 6 будемо мати високочастотний контур, який складається з елементів 8 і 6 ГІС. Це забезпечує швидке наростання (форсування збудження) струму (по кривій 17) і поля в обмотці збудження 6. Якір двигуна під дією електромагнітного поля переміщюється з прискоренням. В момент часу t1, коли напруга на конденсаторі 2 стане більше напруги на конденсаторі 8 на ве 3 30387 Джерела інформації 1. А.С. СССР № 1018201, кл. Н03К3/53, Б.И. № 18, 1983. 2. А.С. СССР № 1622924, кл. Н03К3/53, Б.И. № 3, 1991 (прототип). Фіг. 1 4 30387 Фіг. 2 5 30387 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6