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1、N..年第卷第期长春邮电学院学报lNNNCNCUC.U.TTHHFEE`NT串联谐振恒流充电系统肖顺模’无线电工程系.摘要传统的、C恒压回路衬大容量电容器组充电时存在充电时间长效率低。,,等问题为此利用LC串联谐振恒流概念针付100MW红宝石激光器的,研,两年多的运行表明系统性能稳定可要求制了LC串联谐振恒流充电机。靠:;;关键词红宝石激光器谐振电路/恒流充电串联谐振:.4中图法分类号TM13111它1省,-J!口,,从在目前的电气工程中常常需要对大电容器组进行充电而得到大容量的快速,,。,DC电流为此就必须建立一套充电系统惯用RC恒压回路由于恒压回路结构简单,。,:在
2、小容量的情况下得到了广泛的应用但是在大容量的情况下它暴露出许多缺点。,,首先是恒压回路的充电时间长一般说来对于给定的电容器C要达到额定的充电电,。。压所须的时间约为5RC或更长些另一个缺点是效率低由于在充电回路中串有电,,,阻R在R上的能耗与电容器C上的贮能是相等的所以其效率最高为50%显然恒压回路对大容量的电容器组充电既不方便又不经济。解决的办法是将原来的恒压系统改为恒。,、流系统为此提出了许多恒流系统的方案如马达驱动的连续可变的自动变压器感应、。调节器LC串联谐振回路等其中LC串联谐振恒流概念是一位美国人在194。年提出〔’〕,仁2口,的60年代在热核工程上首先得到
3、应用近来在巨脉冲激光工程中也确定了它的。,应用地位这里针对10MW红宝石激光器的要求研制了LC串联谐振恒流供电系。统:收稿日期19910627基本设想和工作原理.,,R,在恒压回路中诸病之源就在于回路中使用了限流电阻若能设法将R去掉。显然,R。则其缺点也随着被克服在恒压回路巾直接把电阻去掉是不允许的而恒流系统就能解决这个。!司题.__卜,一,、、,.、_。。_.、、、___d护、.…,二__.,二`c二。厂}几找们月!追甩谷器C盯充甩甩流I是田万厂采决定时若能找lyJ一个充电电V是时间t,即的线性函数的充电系统。=。,iVI/C()_。。,,=:二,那么充电电流五就必定
4、是一个常数系统的有效负载阴抗R认/I叮C可见*,,。,。刀同V一样也是时间t的线性函数具有这种特性的充电系统就是恒流充电系统在这,。个系统中限流电阻R再也无存在的必要了这时对于给定的电容器C及所要求的充,`.电电压V充电时问t只取决于充电电流I现在的问题归结为找到一个线性电压。系统,一。产生线性电压的方法很多其中最典型的方案就是LC串联谐振恒流系统Lc串联谐振式的恒流系统乙。,如图1和图2所示为了简化Col名我们以图1单相LC谐振回路来单相供电电压几,2L。说明其工作原理图是更为实}!八U几用的天容量IC谐振式的恒流系。统一lr`,Z、X〔,、X厂图图卜若令1单相恒流系
5、统、,分别表示回路总阻抗容抗和感抗则=:::+z一。ZiXR/(iXR)iX.:Z:+z=`,一:::+:Vz二IiXR八iXR)V/ZiX尺/(iXR),百、了叮`、矛产、产、J.,二:::。+::一`éQ月、,Vi天X/(XXiR(XX))组3,:二。二,2:i皆振时即XXX由式()得出:,,:V二ViR/X::Z。再此流过负栽R的电流I就是一个与负载阻抗R无关的常量即2=,,1V/XLO陌流系,。对于三相供电的统同样可以得出类似的结果:=;。一3拭,。+z一:I(iEXiEX)/XXiR(XX))(5),。二:二谐振时即XXX2二,一31i(EE)/X(6),若令
6、E为线电压之幅值时式(6)有:更简单的形式2=1}E}/X(7)·可见不管单相或三相,结果是一样的,在设计时都由已知的电压及所要求的电流来决定。,在上述的恒流系统中负载上的zz电压V是随负载阻抗R的改变而自。,动调整的我们知道LC串联i皆振,2三相恒流系时LC上的电压幅值为供电电压图统`,,:=e=、:V的Q倍巨!1}V}!V}QV(8)。,:。:=,这里由于负载R的存在使得回路的品质因数Q比无R时为低在R0时口=o。,。z,回路中的电流仅由x决定可见它确实有不怕负载短路的自保特性随着R的增大,:,zz,2。z=Q值上升因此V也上升V是与R同步变化的始终保持着1为常量当
7、Ro时,回,1,路Q值达最大一般说来Q值可达0左右此时在L和C上的电压幅值也达最。,,,大若电源电压为220VQ二10则在每一个元件上的最大电压约为2kV这是很危,。险的所以这种系统负载是决不允许开路的,将若把它作为对电容器的充电系统z负载R换成整流元件和电容器C就可以。,了当要求充电电压较低时可使用图4那,样的电路但在电流不能很大充电电压又,较高的情况下由于回路的口值不能做得,很高必须使用具有升压变压器的整流图3充电电压较低的恒流充电回路电路(5,见图)在这里变压器解决了回几。,路Q值不高的问题。T上IJ口.3电路的实际设计加朋.翻硬`
