ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ РЕЗОНАНСНЫМ ИНВЕРТОРОМ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ РЕЗОНАНСНЫМ ИНВЕРТОРОМ


RU (11) 2182397 (13) C2

(51) 7 H02M3/155, H02M7/537, B23K9/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 11.01.2009 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2000119997/09 
(22) Дата подачи заявки: 2000.07.26 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.07.26 
(45) Опубликовано: 2002.05.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1802765 А, 15.03.1993. RU 2049612 С1, 10.12.1995. RU 2147156 С1, 27.03.2000. RU 2130685 С1, 20.05.1999. RU 2131640 С1, 10.06.1999. SU 1467708 А2, 23.03.1989. 
(71) Заявитель(и): Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова 
(72) Автор(ы): Белов Г.А.; Баймулкин В.А. 
(73) Патентообладатель(и): Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова 
Адрес для переписки: 428015, г.Чебоксары, Московский пр., 15, ЧувГУ, отдел интеллектуальной собственности 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ РЕЗОНАНСНЫМ ИНВЕРТОРОМ 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в источниках вторичного электропитания, преобразователях для дуговой сварки постоянным током. Технический результат заключаетcя в увеличении диапазона изменения выходного тока и выходной мощности преобразователя. В преобразователе с последовательным резонансным инвертором, содержащим силовые ключи, образующие мост, к одной диагонали которого подключен источник входного напряжения, к другой - соединенные последовательно конденсатор, дроссель и первичная обмотка силового трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и емкостный фильтр подключена к выходным выводам преобразователя, и шунтирующие силовые ключи обратные ключи, одна из общих точек соединения пары обратных ключей подключена к общей точке соединения силовых ключей соответствующего полумоста через дополнительный источник э.д.с. с изменяющейся полярностью. Дополнительный источник э.д.с. может быть выполнен в виде первичной обмотки дополнительного трансформатора, вторичная обмотка которого через вспомогательный выпрямитель подключена к выходным или к входным выводам преобразователя. 5 з.п. ф-лы, 8 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в источниках вторичного электропитания, преобразователях для дуговой сварки постоянным током.

Известен преобразователь с последовательным резонансным инвертором с обратными диодами (см. , например: 1. Mс. Murray W. The thyristor electronic transformer. A power converter using a highfrequency link. - IEEE Trans. Ind. and Gen. Appl. 1971. Vol. 7, 4. P. 451-457; 2. Белов Г.А. Высокочастотные тиристорно-транзисторные преобразователи постоянного напряжения. - М. : Энергоатомиздат, 1987. - 120 с.), содержащий в общем случае четыре ключевых элемента, шунтированных обратными диодами и образующих мост, к первой диагонали которого подключен источник входного напряжения, а ко второй - последовательная цепь из коммутирующего дросселя, конденсатора и первичной обмотки силового трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающий емкостный фильтр соединена с выходными выводами преобразователя. Собственная частота 0 колебательного контура не менее чем в два раза превышает частоту = 2f работы инвертора (f - частота переключения силовых ключей), а внешняя характеристика имеет крутопадающий участок (см. Белов Г. А. Высокочастотные тиристорно-транзисторные преобразователи..., с. 8, 9, 15, 16).

Одним из недостатков преобразователя является ограниченный диапазон изменения выходного тока (выходной мощности). Приведенный к первичной обмотке силового трансформатора граничный ток нагрузки I'н.гр, при котором начинают проводить обратные диоды и начинается крутопадающий участок внешней характеристики преобразователя, определяется выражением (см. Белов Г.А. Высокочастотные тиристорно-транзисторные...)

I'н.гр=4fCкЕвх(1+k), (1)

где f - частота переключения силовых ключей инвертора; Ск - емкость коммутирующего конденсатора; Евх - входное напряжение преобразователя; коэффициент, зависящий от добротности Q колебательного контура; ; L= Lк+LS - суммарная индуктивность колебательного контура, складывающаяся из индуктивности Lк коммутирующего дросселя и суммарной индуктивности рассеяния Ls силового трансформатора; r - суммарное активное сопротивление контура, учитывающее активные потери в обмотках дросселя и трансформатора, дифференциальные сопротивления включенных силовых ключей инвертора и приведенные к первичной обмотке силового трансформатора дифференциальные сопротивления открытых диодов выпрямителя; = r/2L; собственная частота колебательного контура.

С увеличением частоты f переключения силовых ключей инвертора необходимо соответственно увеличивать и собственную частоту 0 колебательного контура, уменьшая индуктивность L или емкость Ск контура. Поскольку индуктивность L ограничена снизу индуктивностью рассеяния Ls силового трансформатора, то в необходимых случаях приходится уменьшать емкость Ск контура, что ведет к уменьшению максимальной выходной мощности преобразователя ( - КПД преобразователя). Действительно, пусть 0= 22f, L=Ls. Тогда, учитывая, что получаем:



Подставив полученное значение Ск в (1), получим максимально достижимый при заданных f, Евх, Ls и k, приведенный к первичной обмотке силового трансформатора граничный ток нагрузки:



или, учитывая, что k1,



Например, при Евх=300 В, f=100 кГц и Ls=50 мкГн получим I'н.гр.mах3А, то есть максимальная выходная мощность преобразователя без учета КПД ограничена 900 Вт.

Кроме того, если в качестве силовых ключей используются тиристоры, то обеспечить их надежную коммутацию затруднительно, поскольку прикладываемое к ним обратное напряжение на этапе запирания определяется прямым напряжением на открывающихся обратных диодах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь (см. патент SU 1802765 A3 по кл. В 23 К 9/00, 9/10. Бюл. 10, 1993), в котором в качестве обратных ключей используются вспомогательные тиристоры, что позволяет улучшить условия коммутации силовых тиристоров. Однако в этом преобразователе, как и в предыдущем, максимальная выходная мощность ограничена.

Заявляемое изобретение решает задачу создания преобразователя с увеличенным диапазоном изменения выходного тока и выходной мощности преобразователя.

Эта задача решается тем, что в преобразователе с последовательным резонансным инвертором, содержащем силовые ключи, образующие мост, к одной диагонали которого подключен источник входного напряжения, к другой - соединенные последовательно конденсатор, дроссель и первичная обмотка силового трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и емкостный фильтр подключена к выходным выводам преобразователя, и шунтирующие силовые ключи обратные ключи, одна из общих точек соединения пары обратных ключей подключена к общей точке соединения силовых ключей соответствующего полумоста через дополнительный источник э.д.с. с изменяющейся полярностью.

Дополнительный источник э. д. с. может быть выполнен в виде первичной обмотки дополнительного трансформатора, вторичная обмотка которого через вспомогательный выпрямитель подключена к выходным или к входным выводам преобразователя.

Кроме того, дополнительный источник э. д.с. может выполняться в виде дополнительной обмотки силового трансформатора.

Обратные ключи, общая точка соединения которых подключена к общей точке соединения силовых ключей соответствующего полумоста через дополнительную обмотку силового трансформатора, могут быть выполнены в виде последовательного соединения диода и транзистора.

Дополнительная обмотка силового трансформатора может быть образована отводом от его первичной обмотки.

На фиг.1. представлена схема предлагаемого преобразователя с дополнительным источником э.д.с. с изменяющейся полярностью, подключенным между общей точкой соединения пары обратных ключей и общей точкой соединения силовых ключей соответствующего полумоста инвертора; на фиг.2 - схема преобразователя, в котором дополнительный источник э.д.с. образован первичной обмоткой дополнительного трансформатора, вторичная обмотка которого через вспомогательный выпрямитель подключена к выходным выводам преобразователя; на фиг.3 - схема преобразователя, в котором дополнительный источник э.д.с. образован первичной обмоткой дополнительного трансформатора, вторичная обмотка которого через вспомогательный выпрямитель подключена ко входу преобразователя; на фиг. 4 - схема преобразователя, в котором дополнительный источник э.д.с. выполнен в виде дополнительной обмотки силового трансформатора, образованной отводом от его первичной обмотки; на фиг.5 - диаграммы токов и напряжений в преобразователе по фиг.1 (индексы токов и напряжений соответствуют порядковым номерам элементов схемы); на фиг.6 - эквивалентные схемы преобразователя по фиг. 2 на двух характерных для него временных интервалах работы: а - на интервале t0-t1 проводимости силовых ключей инвертора, б - на интервале t1-t2 проводимости обратных ключей; на фиг.7 - эквивалентные схемы преобразователя по фиг. 3 на двух временных интервалах работы: а - на интервале t0-t1 проводимости силовых ключей, б - на интервале t1-t2 проводимости обратных ключей; на фиг.8 - внешние характеристики (- - теоретические, ** - экспериментальные) преобразователя по фиг.2 при двух значениях коэффициента трансформации дополнительного трансформатора.

Преобразователь с последовательным резонансным инвертором (фиг.1) содержит силовые ключи 1 - 4, образующие мост, к первой диагонали которого подключен источник входного напряжения Евх, ко второй диагонали - соединенные последовательно конденсатор 5, дроссель 6 и первичная обмотка 7 силового трансформатора 8. Вторичная обмотка 9 силового трансформатора 8 через выпрямитель 10 и конденсатор 11 емкостного фильтра подключена к выходным выводам 12, 13 преобразователя. Силовые ключи 1-4 шунтированы обратными ключами (например, диодами) 14-17, причем общая точка соединения обратных диодов 14, 15 подключена к общей точке соединения силовых ключей 1, 2 через дополнительный источник э. д.с. Едоп 18 с изменяющейся полярностью, а общая точка соединения обратных диодов 16, 17 подключена к общей точке соединения силовых ключей 3, 4.

Преобразователь на фиг.2 содержит элементы, аналогичные элементам преобразователя на фиг.1, при этом дополнительный источник э.д.с. выполнен в виде первичной обмотки 18 дополнительного трансформатора 19, вторичная обмотка 20 которого через вспомогательный выпрямитель 21 подключена к выходным выводам 12, 13 преобразователя.

Преобразователь на фиг.3 отличается от преобразователя на фиг.2 тем, что вторичная обмотка 20 дополнительного трансформатора 19 через вспомогательный выпрямитель 21 подключена ко входу преобразователя.

В преобразователе на фиг. 4 дополнительный источник э.д.с. выполнен в виде дополнительной обмотки 18 силового трансформатора 8, образованной отводом от его первичной обмотки 7. При этом в качестве силовых ключей 1, 2 и обратных ключей 14, 15 используются, например, соединенные последовательно транзистор и диод, силовых ключей 3, 4 - транзисторы, а обратных ключей 16, 17 - диоды.

В зависимости от требований к параметрам преобразователя в качестве силовых 1-4 и обратных 14, 15 ключей могут быть применены тиристоры, транзисторы или другие силовые ключевые приборы.

Преобразователь на фиг.1 работает следующим образом.

В момент времени t0 (фиг.5) отпираются силовые ключи 1, 4 и соответствующие диоды выпрямителя 10. Силовые ключи 2, 3, обратные диоды 14-17 закрыты. Напряжение на конденсаторе 5 в начале этого интервала u5=-U0 (полярность напряжения на фиг. 1 показана без скобок), напряжение дополнительного источника э.д.с. 18 равно нулю. На интервале t0-t1 в колебательном контуре формируется ток i5, синусоидальной формы, протекающий по цепи: источник входного напряжения Евх - силовой ключ 1 - конденсатор 5 - дроссель 6 - первичная обмотка 7 трансформатора 8 (полярность напряжения на обмотке 7, равного приведенному к этой обмотке напряжению на нагрузке преобразователя Uн, показана на фиг.1 без скобок) - силовой ключ 4. К моменту времени t1 ток i5 уменьшается до нуля, конденсатор 5 перезаряжается до напряжения Um (полярность на фиг.1 показана в скобках).

Допустим, что в момент времени t1 напряжение Um>Евх+U'н+Едоп (где U'н - приведенное к первичной обмотке 7 трансформатора 8 напряжение на нагрузке преобразователя, полярность которого на фиг.1 показана в скобках; Едоп - напряжение дополнительного источника э.д.с. 18 с полярностью, показанной на фиг. 1 без скобок). При этом открываются обратные диоды 14, 17, соответствующие диоды выпрямителя 10 и в колебательном контуре на интервале t1-t2 формируется ток, протекающий по цепи: обкладка "+" конденсатора 5 - дополнительный источник э.д.с. 18 - обратный диод 14 - источник входного напряжения Евх - обратный диод 17 - первичная обмотка 7 трансформатора 8 - обкладка "-" конденсатора 5. На этом интервале к силовому ключу 1 прикладывается обратное напряжение, равное напряжению Едоп дополнительного источника э.д.с. 18, к закрытому силовому ключу 2 - прямое напряжение Евх+Едоп, к силовому ключу 4 - обратное напряжение, равное прямому напряжению на открытом обратном диоде 17, а к закрытому силовому ключу 3 - прямое напряжение Евх. Обратные диоды 15, 16 закрыты обратным напряжением, равным Евх. К моменту времени t2 ток i5 уменьшается до нуля, конденсатор 5 разряжается до напряжения U0. Допустим, что в момент времени t2 напряжение дополнительного источника э.д.с. 18 становится равным нулю.

До момента времени t3 обычно выдерживается бестоковая пауза, необходимая для восстановления запирающих свойств ключей, открытых на предыдущем интервале времени работы. На интервале времени t2-t3 силовые ключи 1-4, обратные диоды 14-17 и диоды выпрямителя 10 закрыты.

В момент времени t3 открываются силовые ключи 2, 3 и соответствующие диоды выпрямителя 10; начинается второй полупериод работы преобразователя. На интервале времени t3-t4 ток i5 протекает по цепи: источник входного напряжения Евх - ключ 3 - обмотка 7 трансформатора 8 (полярность напряжения показана на фиг.1 в скобках) - дроссель 6 - конденсатор 5 - ключ 2. Силовые ключи 1, 2 и обратные диоды 14-17 закрыты; напряжение источника 18 равно нулю. К моменту времени t4 ток i5 уменьшается до нуля, конденсатор 5 перезаряжается до напряжения - Um.

В момент времени t4 напряжением на конденсаторе 5 (полярность напряжения показана на фиг.1 без скобок) открываются обратные диоды 15, 16 и соответствующие диоды выпрямителя 10, меняется полярность напряжения (на фиг. 1 показана без скобок) на обмотке 7 трансформатора 8, появляется напряжение Eдоп источника 18 (полярность на фиг.1 показана в скобках). Ток 5 меняет направление и начинает протекать по цепи: обкладка "+" конденсатора 5 - дроссель 6 - обратный диод 16 - источник входного напряжения Евх - обратный диод 15 - источник э.д.с. 18 - обкладка "-" конденсатора 5. На интервале времени t4-t5 к силовому ключу 2 приложено обратное напряжение, равное Едоп, к ключу 2 - прямое напряжение Евх+Едоп, к ключу 3 - обратное напряжение, соответствующее напряжению на открытом диоде 16, к ключу 4 - прямое напряжение, примерно равное Евх. Диоды 14, 17 закрыты обратным напряжением, примерно равным Евх. К моменту времени t5 ток i5 уменьшается до нуля, конденсатор 5 разряжается до напряжения - U0.

До момента времени t6 отпирания очередной пары силовых ключей 1, 4 в схеме выдерживается бестоковая пауза. Далее процессы в схеме повторяются.

Таким образом, в предлагаемом преобразователе в отличие от аналогов и прототипа за счет введения дополнительного источника э.д.с. 18 с изменяющейся полярностью напряжения увеличивается амплитудное значение напряжения Um на конденсаторе 5. Это способствует увеличению граничного тока нагрузки и сдвигу внешней характеристики преобразователя в сторону увеличения выходного тока. Требуемые значения максимального выходного тока (выходной мощности) при заданных значениях Евх, Ls, f можно регулировать выбором величины напряжения Едоп дополнительного источника э.д.с. 18.

Преобразователь на фиг.2 работает аналогично преобразователю на фиг.1. На интервале t0-t1 схема преобразователя может быть представлена эквивалентной схемой на фиг.6, а. Допустим, что напряжение на конденсаторе 5 в начале этого интервала u5=-U0 (полярность на фиг.2 показана без скобок). Используя эквивалентную схему (фиг.6, а) и приняв, что полупроводниковые приборы - идеальные ключи, токи намагничивания трансформаторов малы, выходное напряжение преобразователя идеально сглажено, получаем выражения для тока i5 в колебательном контуре и напряжения u5 на конденсаторе 5:





где собственная частота резонансного контура; 1= r1/2L1; r1 - суммарное активное сопротивление контура, учитывающее активные потери в обмотках дросселя 6 и трансформатора 8, дифференциальные сопротивления открытых силовых ключей и приведенные к первичной обмотке 7 трансформатора 8 дифференциальные сопротивления открытых диодов выпрямителя 10; L1= L6+LS8 - индуктивность LC-контура, складывающаяся из индуктивности дросселя L6 и суммарной индуктивности рассеяния трансформатора 8. К моменту времени t1 ток в контуре спадает до нуля, конденсатор 5 перезаряжается до напряжения Um. В момент времени t1 силовые ключи 1, 4 могут быть выключены (допустим, что они выключаются).

Предположим, что ток нагрузки преобразователя соответствует выполнению условия отпирания обратных диодов 14, 17 и формирования тока в колебательном контуре на интервале t1-t2:



где U'н= Uн/n1 - приведенное к первичной обмотке 7 силового трансформатора 8 выходное напряжение преобразователя; n1=w9/w7 - коэффициент трансформации силового трансформатора 8; w9 - число витков вторичной обмотки 9 трансформатора 8; w7 - число витков первичной обмотки 7 трансформатора 8; = n1/n2; n2=w20/w18 - коэффициент трансформации дополнительного трансформатора 19; w18 - число витков первичной обмотки 18 трансформатора 19, выполняющей роль дополнительного источника э.д.с. с изменяющейся полярностью в преобразователе по фиг.1; w20 - число витков вторичной обмотки 20 трансформатора 19.

В момент времени t1 открываются обратные диоды 14, 17 и соответствующие диоды выпрямителей 10, 21. На интервале t1-t2 схема преобразователя может быть представлена эквивалентной схемой на фиг.6, б. В колебательном контуре на этом интервале формируется ток



а напряжение на конденсаторе 5 меняется по закону:



где собственная частота резонансного контура на интервале t1-t2; 2 = r2/2L2; r2 - суммарное активное сопротивление контура на интервале t1-t2; L2=L6+LS8+LS19 - индуктивность LC-контура, складывающаяся из индуктивности дросселя L6 и суммарных индуктивностей рассеяния трансформаторов 8 и 19. К моменту времени t2 ток i5 в контуре спадает до нуля, конденсатор 5 разряжается до напряжения U0. На интервале t1-t2 к силовому ключу 1 прикладывается обратное напряжение , а к ключу 2 - прямое напряжение . В момент времени t2 обратные диоды 14, 17 и диоды выпрямителей 10, 21 закрываются. До момента времени t3 отпирания следующей пары силовых ключей 2, 3 выдерживается бестоковая пауза, необходимая для восстановления запирающих свойств открытых на предыдущем этапе ключей.

В момент времени t3 отпирается следующая пара силовых ключей 2, 3 и на интервалах времени t3-t4, t4-t5 в контуре формируются импульсы тока i5, аналогичные рассмотренным на интервалах t0-t1, t1-t2. После бестоковой паузы на интервале t5-t6 в момент времени t6 отпираются силовые ключи 1, 2 и процессы в схеме повторяются.

Длительности импульсов тока tи1 и tи2 на интервалах t0-t1 и t1-t2 соответственно получаются из (2) и (5):



В граничном режиме (режим работы, при котором обратные диоды инвертора не отпираются и импульсы тока на интервалах 1-t2, t4-t5 не формируются) U0= Um. Подставив в (3) t=tи1, u5=Um, получаем:



где коэффициент, зависящий от добротности контура на интервале t0-t1. С другой стороны, из (4) следует, что



Из (8) и (9) находим:



подставив которое в (9), получаем:



Граничный приведенный ток нагрузки



где I'н.гp=Iн.гpn1; f=1/T - рабочая частота преобразователя; Т - период работы преобразователя.

Подставив в (6) t=tи2, u5(t2)=U0, находим



где коэффициент, зависящий от добротности контура на интервале t1-t2. Подставив полученное значение U0 и u5=Um при t=tи1 в (3), получаем:



подставив которое в (13) находим:



В режиме короткого замыкания, когда U'н=0:



Средний ток нагрузки, представляющий собой выпрямленный ток i5 на интервале T/2, равен:



Учитывая, что I'н=Iнn1, получаем:





Подставив в (18) Um и U0 из (14) и (15), находим



в режиме короткого замыкания -



Уравнение внешней характеристики преобразователя получается из (19):



Приняв k1k2= k, что вполне допустимо, так как, например, при изменении добротности Q от 5 до 10 коэффициент k меняется от 0,73 до 0,85, и, введя обозначение Iн*=I'н/4fC5Eвх, находим пределы изменения тока в установившемся режиме:



а также соответствующие пределы изменения напряжения Uн*=U'н/Eвх:



Верхняя граница в (22) и нижняя граница в (23) соответствуют короткому замыканию на выходе преобразователя, а другие границы - переходу к режиму источника тока.

Для сравнения, пределы изменения тока в установившемся режиме работы прототипа имеют вид (см. Белов Г.А. Высокочастотные тиристорно-транзисторные преобразователи...):



Таким образом, предлагаемый преобразователь имеет более широкий диапазон изменения выходного тока.

На фиг. 8 приведены результаты экспериментальных исследований макета преобразователя при = 0 и = 0,5, которые подтверждают приведенные теоретические соотношения (сплошные линии - теоретические).

Преобразователь на фиг.3 работает аналогично преобразователю на фиг.2, но отпирание обратных диодов 14, 17 в момент времени t1 и формирование тока в колебательном контуре на интервале времени t1-t2 (фиг. 5) происходят при выполнении условия:



Допустим, что к моменту времени t0 напряжение на конденсаторе 5 u5(t0)= -U0 (полярность на фиг.3 показана без скобок), обратные диоды 14-17 и диоды выпрямителей 10, 21 закрыты. В момент времени 0 отпираются силовые ключи 1, 4. В колебательном контуре возникает ток, протекающий по цепи: источник входного напряжения Евх, силовой ключ 1, конденсатор 5, дроссель 6, первичная обмотка 7 трансформатора 8, силовой ключ 4. При этом отпираются диоды выпрямителя 10 и на первичной обмотке 7 трансформатора 8 устанавливается напряжение u7= U'н= Uн/n1 (полярность на фиг.3 показана без скобок). На интервале времени t0-t1, справедлива эквивалентная схема преобразователя, приведенная на фиг.7, а. Ток i5 в диагонали преобразователя и напряжение u5 на конденсаторе 5 определяются соотношениями (2) и (3), как и для преобразователя на фиг.2. К моменту времени t1 ток i5 уменьшается до нуля, конденсатор 5 перезаряжается до напряжения Um (полярность на фиг.3 показана в скобках).

Допустим, что выполняется условие (25). Тогда в момент времени t1, отпираются обратные диоды 15, 16 и в колебательном контуре начинает протекать ток по цепи: обкладка "+" конденсатора 5 - первичная обмотка 18 трансформатора 19 - обратный диод 14 - источник входного напряжения Евх - обратный диод 17 - первичная обмотка 7 трансформатора 8 - дроссель 6 - обкладка "-" конденсатора 5. При этом открываются соответствующие диоды выпрямителя 21 и на обмотке 20 трансформатора 19 устанавливается напряжение Евх, на обмотке 18 - напряжение Eвх/n2 (полярность напряжения на обмотке 18 на фиг.3 показана без скобок). Также открываются диоды выпрямителя 10 и на обмотке 7 трансформатора 8 устанавливается напряжение U'н (полярность на фиг.3 показана в скобках). Для этого интервала работы справедлива эквивалентная схема преобразователя на фиг.7, б. В колебательном контуре формируется ток



а напряжение на конденсаторе 5 меняется по закону:



где n2=w20/w18 - коэффициент трансформации трансформатора 19; w20 и w18 - числа витков обмоток соответственно 20 и 18 трансформатора 19.

К моменту времени t2 ток i5 в контуре уменьшается до нуля, конденсатор 5 разряжается до напряжения U0. На интервале t1-t2 к силовому ключу 1 прикладывается обратное напряжение u1=u18=-Eвх/n2, а к силовому ключу 2 - прямое напряжение В момент времени t2 обратные диоды 14, 17 и диоды выпрямителей 10, 21 закрываются.

В момент времени t3 отпирается следующая пара силовых ключей 2, 3 и в колебательном контуре начинает протекать ток по цепи: источник входного напряжения Евх - ключ 3 - обмотка 7 трансформатора 8 (полярность напряжения на фиг. 3 показана в скобках) - дроссель 6 - конденсатор 5 (полярность напряжения показана в скобках) - ключ 2. Эквивалентная схема преобразователя соответствует фиг. 7, а. На интервалах времени t3-t4, t4-t5 в контуре формируются импульсы тока i5, аналогичные рассмотренным на интервалах t0-t1, t1-t2. После бестоковой паузы на интервале t5-t6 в момент времени t6 отпираются силовые ключи 1, 2 и процессы в схеме повторяются.

Для преобразователя на фиг.3 справедливы следующие соотношения (выводятся аналогично соотношениям для преобразователя на фиг.2):















или, если положить k1k2=k,



Уравнение внешней характеристики преобразователя получается из (33):



Приняв k1k2=k, находим пределы изменения тока в установившемся режиме:



Таким образом, и этот вариант преобразователя имеет более широкий диапазон изменения выходного тока, который может устанавливаться выбором коэффициента n2.

В преобразователе на фиг.4 дополнительный источник э.д.с. образуется дополнительной обмоткой 18 силового трансформатора 8. При этом процессы в схеме также соответствуют кривым на фиг.5. В момент времени t0 включаются силовые ключи 1, 4 и в колебательном контуре начинает протекать ток по цепи: источник входного напряжения Eвх -ключ 1 - обмотка 7 трансформатора 8 - конденсатор 5 - дроссель 6 - ключ 4 (полярность напряжения на обмотке 7 трансформатора 8 на фиг.4 показана без скобок). Транзисторы обратных ключевых элементов 14, 15 заперты. Коэффициент трансформации силового трансформатора на интервалах времени 0-t1, t3-t4 n1=w9/w7.

В момент времени t1 отпирается транзистор обратного ключа 14 и открывается обратный диод 17. Ток в диагонали моста начинает протекать по цепи: обкладка "+" конденсатора 5 (полярность напряжения на фиг.4 показана в скобках) - последовательно соединенные обмотки 7 и 18 трансформатора 8 - транзистор и диод ключа 14 - источник входного напряжения Евх - обратный диод 17 - дроссель 6 - обкладка "-" конденсатора 5. Коэффициент трансформации трансформатора 8 на интервалах времени t1-t2, t4-t5 n2=w9/(w7+w18). Если обозначить получаются соотношения, аналогичные соотношениям (2)-(23).

Таким образом, и в варианте преобразователя на фиг.4 диапазон изменения выходного тока преобразователя увеличивается.

Экспериментальные исследования проводились на макете преобразователя, реализованного по схеме полумостового инвертора с емкостным делителем (конденсаторы типа К50-29-22,0 мкФ-300 В). Напряжение питания преобразователя - 300 В, граничное напряжение на нагрузке - 40 В при граничном токе нагрузки 3 А. Частота преобразования - 20 кГц. В макете применены транзисторы типа КТ 858 А с пропорционально-токовым управлением, обратные диоды и диоды выпрямителя типа КД 213 Б, конденсаторы выходного фильтра типа К50-24-470,0 мкФ-63 В (4 шт. параллельно). Силовой трансформатор намотан на трех сердечниках К36х24х8 из феррита М2000НМ1, числа витков: w1 - 52 витка (ПЭВ-2 0,4х3); w2 - 18 витков (ПЭВ-2 0,4х6). Дополнительный трансформатор намотан на двух сердечниках К32х20х10 из феррита М2000НМ1, числа витков: w1 - 26 витков (ПЭВ-2 0,4х3); w2 - 18 витков (ПЭВ-2 0,4х6). Суммарная индуктивность колебательного контура - 130 мкГн, конденсатор 5 - типа К78-2-0,066 мкФ-1000В. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Преобразователь с последовательным резонансным инвертором, содержащий силовые ключи, образующие мост, к одной диагонали которого подключен источник входного напряжения, к другой - соединенные последовательно конденсатор, дроссель и первичная обмотка силового трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и емкостный фильтр подключена к выходным выводам преобразователя, и шунтирующие силовые ключи обратные ключи, отличающийся тем, что хотя бы одна из общих точек соединения пары обратных ключей подключена к общей точке соединения силовых ключей соответствующего полумоста через дополнительный источник э. д. с. с изменяющейся полярностью.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный источник э. д. с. выполнен в виде первичной обмотки дополнительного трансформатора, вторичная обмотка которого через вспомогательный выпрямитель подключена к выходным выводам преобразователя.

3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный источник э. д. с. выполнен в виде первичной обмотки дополнительного трансформатора, вторичная обмотка которого через вспомогательный выпрямитель подключена к входным выводам преобразователя.

4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный источник э. д. с. выполнен в виде дополнительной обмотки силового трансформатора.

5. Преобразователь по п. 4, отличающийся тем, что обратные ключи, общая точка соединения которых подключена к общей точке соединения силовых ключей соответствующего полумоста через дополнительную обмотку силового трансформатора, выполнены в виде последовательного соединения диода и транзистора.

6. Преобразователи по п. 4 и 5, отличающийся тем, что дополнительная обмотка силового трансформатора образована отводом от его первичной обмотки.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru