ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике, в частности к силовой импульсной технике и может найти применение в импульсных системах питания нагрузок, имеющих существенно нелинейную вольтамперную характеристику, например в электроэрозионных станках, системах накачки твердотельных лазеров, диодных лазеров и т.п.
Известны импульсные генераторы, работающие в режиме частичного разряда емкостного накопителя (А.Б. Иванов, Л.Н. Сосновкин. Импульсные передатчики СВЧ. М., «Сов. радио», 1956, с. 413.). Такие генераторы позволяют получать импульсы прямоугольной формы и регулируемой длительности, и состоят из зарядного устройства, емкостного накопителя и полностью управляемого ключа и имеют большие массогабаритные показатели накопителя при работе на низкоомную нагрузку. В случае нагрузки, имеющей вольтамперную характеристику, близкую к противо-э.д.с. (например, лазерные диоды), незначительные изменения величины напряжения заряда накопителя приводят к существенным изменениям величины тока нагрузки, что является недопустимым.
В качестве накопителей и формирователей прямоугольных импульсов тока могут быть использованы формирующие двухполюсники в виде однородных искусственных линий (Евтянов С.И., Редькин Г.Е. Импульсные модуляторы с искусственной линией. - М., «Сов. радио», 1973, с. 6, рис. 1.1.), состоящие из зарядного устройства, формирующего двухполюсника и полууправляемого ключа. Недостатком таких генераторов являются существенные осцилляции на плоской части импульсов, большие относительные длительности фронтов импульсов, невозможность регулирования длительности импульсов и сохранения согласованного режима работы в случае нелинейных нагрузок при регулировании уровня зарядного напряжения линий.
Для получения импульсов тока прямоугольной формы в нелинейных нагрузках предпочтительно использовать импульсные генераторы на основе индуктивных накопителей, работающих в режиме частичного разряда (А.Б. Иванов, Л.Н. Сосновкин. Импульсные передатчики СВЧ. М., «Сов. радио», 1956, с. 405.). Такие генераторы состоят из зарядного устройства, индуктивного накопителя и полностью управляемого ключа. Они являются источниками тока, в силу чего изменение параметров нагрузки несущественно влияет на амплитуду импульсов. Недостатком этих генераторов является большая величина спада плоской части импульсов, для уменьшения которой следует увеличивать индуктивность накопителя, что приводит к увеличению массогабаритных показателей генераторов и снижению их к.п.д. Следует отметить, что процесс накопления и хранения энергии в индуктивных накопителях связан с постоянным протеканием тока, приводящим к существенному снижению к.п.д. по сравнению с емкостными накопителями. Однако в тех случаях, когда используется дорогостоящая нагрузка, особо чувствительная к превышениям амплитуды импульсов тока (например, лазерные диодные сборки), вопросы повышения к.п.д. не будут определяющими, и в этом случае основной задачей является обеспечение требований, предъявляемых к форме плоской части импульсов - отсутствие выбросов и несущественный спад плоской части.
В качестве прототипа выбран источник питания для электролитно-плазменной обработки (Д.М. Лазарев, А.Р. Фаткуллин, Е.В. Парфенов, А.И. Даутов. Математическое моделирование процессов в источнике питания для электролитно-плазменной обработки. Вестник УГАТУ. Управление, ВТ и И, Уфа, УГАТУ, 2008. Т. 10, №2 (27). С. 131-141), являющийся импульсным генератором и содержащий силовой трансформатор, трехфазный выпрямитель, индуктивность и ключ вольтоповышающего широтно-импульсного регулятора, накопительный конденсатор и силовой ключевой элемент. Недостатком данного устройства является то, что импульс тока в существенно нелинейной нагрузки формируется от емкостного накопителя. При этом в случае нагрузки с нелинейной вольтамперной характеристикой, представляющей собой противоэ.д.с. с последовательно включенным дифференциальным сопротивлением, небольшая нестабильность напряжения накопителя приводит к существенным изменениям тока нагрузки, что для целого ряда нагрузок неприемлемо.
Технический результат, на получение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в улучшении формы импульса тока в нелинейной нагрузке при работе импульсного генератора в режиме частичного разряда индуктивного накопителя и в обеспечении питания таких нагрузок от источника тока, что практически исключает нестабильность амплитуды импульсов при изменениях сопротивления нагрузки.
Сущность технического решения заключается в том, что импульсный генератор, содержащий трехфазный трансформатор, к выходам которого подключен трехфазный выпрямитель, один вывод которого соединен с первым зажимом индуктивного накопителя, а второй вывод подключен к общей шиной, второй зажим индуктивного накопителя присоединен к потенциальным зажимам полностью управляемого ключа и нагрузки, а вторые выводы ключа и нагрузки присоединены к общей шине, причем дополнительно введены трехфазный емкостный балласт, подключенный между трехфазной сетью и трансформатором и цепь коррекции формы импульса, состоящая из разделительного диода, последовательно с которым подключена параллельная RC-цепочка, при этом анод разделительного диода подключен к выходному зажиму индуктивного накопителя, а катод разделительного диода присоединен к потенциальному зажиму RC-цепочки, второй зажим которой присоединен к общей шине, при этом нагрузка включена параллельно ключу.
На фиг. 1 представлена схема заявляемого импульсного генератора.
На фиг. 2 - временные зависимости токов импульсного генератора.
H
K
K
H
Импульсный генератор (фиг. 1) содержит трехфазный емкостный балласт 1, подключенный к первичным обмоткам трехфазного трансформатора 2, вторичные обмотки которого подключены к трехфазному выпрямителю 3, выход которого соединен с индуктивным накопителем L, ко второму зажиму которого присоединен один вывод полностью управляемого ключа S, вывод нагрузки R и анод разделительного диода D корректирующей цепи 4, к катоду которого присоединена параллельная цепочка, состоящая из корректирующей емкости C и резистора R, а вторые выводы ключа S, нагрузки R и корректирующей цепи 4 присоединены к общей шине.
Устройство работает следующим образом.
K
K
H
Величина тока индуктивного накопителя L определяется параметрами емкостного балласта 1 и коэффициентом трансформации трансформатора 2. Ток накопителя L через замкнутый ключ S, время включенного состояния которого определяется величиной паузы импульсного режима, а время выключенного состояния - длительностью импульса тока нагрузки, возрастает за несколько первых импульсов переходного режима до номинального значения. В момент формирования импульса тока нагрузки ключ S размыкается и ток индуктивного накопителя L спадает через нагрузку и корректирующую цепь. Ток разделительного диода D определяется параметрами CR элементов корректирующей цепи 4. Как видно из фиг. 2, за время импульса ток нагрузки R определяется разностью токов индуктивного накопителя L и тока разделительного диода D корректирующей цепи 4, что при должном подборе параметров корректирующей цепи обеспечивает постоянство плоской вершины импульса. Следовательно, спад плоской части вершины импульса практически отсутствует, что позволяет обеспечить выполнение требований, предъявляемых к генераторам прямоугольных импульсов.