ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ


RU (11) 2314627 (13) C1

(51) МПК
H02M 3/337 (2006.01)
H02M 7/519 (2006.01)
H02M 7/538 (2007.01)
H02H 7/122 (2006.01) 

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

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2006124802/09 
(22) Дата подачи заявки: 2006.07.12 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.07.12 
(45) Опубликовано: 2008.01.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2208895 С2, 20.07.2003. RU 2206173 С2, 10.06.2003. RU 39235 U1, 20.07.2004. SU 1337963 А1, 15.09.1987. SU 970555 А1, 30.10.1982. GB 2136222 А, 12.09.1984. US 5309350 А1, 03.05.1994. FR 2420871 А1, 19.10.1979. DE 3244988 А1, 16.06.1983. ЕР 0061744 А2, 06.10.1982. 
(72) Автор(ы): Бродников Сергей Николаевич (RU); Кудряшев Анатолий Анатольевич (RU); Михеев Владимир Викторович (RU); Мыцык Геннадий Сергеевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНТСТВО ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ГОЛОВНОЕ ОСОБОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО "ПРОЖЕКТОР" (RU) 
Адрес для переписки: 111123, Москва, ш. Энтузиастов, 56, ФЕДЕРАЛЬНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНТСТВО ФГУП "ГОЛОВНОЕ ОСОБОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО "ПРОЖЕКТОР" 

(54) ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при построении конверторов и инверторов. Техническим результатом является упрощение и повышение КПД. Преобразователь содержит трансформатор с двумя первичными обмотками, соединенными согласно последовательна. Точка соединения первых концов этих обмоток подключена к положительному выводу источника питания. Вторые концы обмоток через управляемые ключевые элементы, зашунтированные диодами обратного тока, подключены к отрицательному выводу источника питания. Параллельно каждой первичной обмотке трансформатора подключены защитные цепочки из последовательно соединенных конденсатора и диода таким образом, что катоды диодов соединены с положительным выводом источника питания. Преобразователь имеет две разрядные цепочки, составленные из последовательно соединенных между собой разрядной обмотки трансформатора и разрядного диода. Аноды разрядных диодов подключены к отрицательному выводу источника питания, их катоды подключены к одним разноименным концам разрядных обмоток. Другие разноименные концы этих обмоток подключены к общим точкам накопительного конденсатора и защитного диода соответствующих защитных цепочек. Вторичные обмотки трансформатора подключены к соответствующим нагрузкам переменного и постоянного тока. 1 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области электротехники, в частности к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано при построении как конверторов, так и инверторов.

Известен двухтактный преобразователь напряжения, описанный в книге Электронная техника в автоматике // Сб. статей под ред. Ю.И.Конева. Выпуск 16. - М.: Советское радио, стр.101, рис.1. Он содержит четыре ключевых элемента, выполненных на транзисторах, соединенных по мостовой схеме и зашунтированных диодами обратного тока, и согласующий трансформатор. Для снятия перенапряжений на ключевых элементах здесь используются 4 защитные цепочки из последовательно соединенных конденсатора и диода, зашунтированного резистором. Каждая из этих защитных цепочек подключается параллельно одному из ключевых элементов.

Недостатком этого решения являются повышенные потери мощности из-за того, что, во-первых, в каждый момент времени последовательно включены два ключевых элемента, а во-вторых, энергия, накапливаемая в процессе работы в конденсаторах защитных цепочек, рассеивается в резисторах этих цепочек.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту изобретения является двухтактный преобразователь по нулевой схеме, описанный в журнале «Практическая силовая электроника», 2005, №17, стр.6. Он содержит трансформатор, у которого две первичные обмотки одними разноименными концами объединены и подключены к первому выводу источника постоянного напряжения. Другие разноименные концы этих обмоток через управляемые ключевые элементы подключены ко второму выводу этого источника. Для снятия перенапряжений на ключевых элементах в этом преобразователе используется схема, содержащая два диода и два накопительных конденсатора. Конденсаторы соединены последовательно и включены между выводами источника питания, диоды соединены встречно последовательно и включены между разноименными концами первичных обмоток трансформатора, а точки соединения конденсаторов и диодов объединены. Для разряда накопительных конденсаторов используется рекуператор - устройство, возвращающее накопленную в конденсаторах энергию в источник питания.

Недостатком этого преобразователя является относительная сложность из-за наличия рекуператора, а также недостаточно высокий КПД из-за потерь мощности в этом рекуператоре.

Целью настоящего изобретения является устранение этого недостатка, то есть упрощение и повышение КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в известный двухтактный преобразователь напряжения, содержащий трансформатор, у которого две первичные обмотки первыми своими разноименными концами объединены и подключены к первому выводу источника питания, вторыми разноименными концами через управляемые ключевые элементы подключены ко второму выводу этого источника, а вторичные обмотки связаны с нагрузками переменного и постоянного тока, а также два защитных диода и два накопительных конденсатора, дополнительно введены две разрядные цепочки из последовательно включенных разрядного диода и разрядной обмотки, причем разноименные концы разрядных обмоток соединены с одноименными электродами разрядных диодов. Разрядные обмотки имеют равное число витков с первичными обмотками. Защитные диоды и накопительные конденсаторы соединены попарно в две защитные цепочки, каждая из которых подключена параллельно одной из первичных обмоток, причем одноименные электроды защитных диодов объединены и подключены к первому выводу источника питания. Концы каждой из разрядных цепочек подключены между вторым выводом источника питания и точкой соединения конденсатора и защитного диода одной из защитных цепочек.

Существо технического решения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная электрическая схема силой части преобразователя, где обозначено:

1 - трансформатор,

2, 3 - первичные обмотки трансформатора,

4 - положительный вывод источника питания,

5, 6 - управляемые ключевые элементы,

7, 8 - диоды обратного тока,

9 - отрицательный вывод источника питания,

10, 12 - защитные конденсаторы,

11, 13 - защитные диоды,

14, 15 -разрядные обмотки трансформатора,

16, 17 - разрядные диоды,

18, 20 - вторичные обмотки трансформатора,

19 - нагрузка переменного тока,

21 - нагрузка постоянного тока,

22 - выпрямитель,

23 - сглаживающий дроссель,

24 - сглаживающий конденсатор.

Преобразователь содержит трансформатор 1 с двумя первичными обмотками 2, 3, соединенными согласно последовательно. Точка соединения первых разноименных концов подключена к положительному выводу 4 источника питания. Вторые концы обмоток 2, 3 через управляемые ключевые элементы 5, 6, выполненные, например, в виде транзисторов, зашунтированных диодами обратного тока 7, 8, соответственно, связаны с отрицательным выводом 9 источника питания. Параллельно первичной обмотке 2 подключена первая защитная цепочка из последовательно соединенных накопительного конденсатора 10 и защитного диода 11, а параллельно первичной обмотке 3 подключена вторая аналогичная защитная цепочка из накопительного конденсатора 12 и защитного диода 13, причем, катоды диодов 11 и 13 объединены и подключены к положительному выводу 4. К точке соединения конденсатора 10 и анода диода 11 подключен один конец разрядной обмотки 14, другой конец которой соединен с катодом разрядного диода 16. Один конец разрядной обмотки 15 подключен к точке соединения конденсатора 12 с анодом диода 13, а второй ее конец соединен с катодом разрядного диода 17. Обмотка 14 и диод 16 образуют первую разрядную цепочку, а разрядные обмотка 15 и диод 17 образуют вторую разрядную цепочку. Разрядную обмотку 14 включают встречно с первичной обмоткой 2 (при обходе по контуру, включающему в себя конденсатор 10), а разрядную обмотку 15 - встречно с обмоткой 1 (при обходе по контуру, включающему в себя конденсатор 12).

При работе преобразователя в режиме инвертора используется вторичная обмотка 18, нагруженная на нагрузку переменного тока 19, а в режиме конвертора используется вторичная обмотка 20, нагруженная на нагрузку постоянного тока 21 через выпрямитель 22 с выходным сглаживающим фильтром на дросселе 23 и конденсаторе 24. В общем случае двухтактный преобразователь может одновременно работать на эти два типа нагрузок.

Рассмотрим работу преобразователя: пусть, например, в открытом состоянии находится ключевой элемент 5, и через него и первичную обмотку 2 протекает ток, равный сумме тока намагничивания трансформатора и приведенного тока нагрузки. По истечении заданного интервала времени, определяемого частотой переключения ключевых элементов 5, 6, на ключевой элемент 5 подают запирающий импульс, и он переходит в закрытое состояние. К моменту запирания ключевого элемента 5 в индуктивности рассеяния первичной обмотки 2 запасается энергия, величина которой пропорциональна значению этой индуктивности и квадрату тока через нее.

При отсутствии защитных мер эта энергия выделилась бы на ключевом элементе 5 в виде большого импульса перенапряжения, приводящего к его пробою и выходу из строя. Устранение этого аварийного режима обеспечивает защитная цепочка из конденсатора 10 и диода 11. Благодаря ей накопленная в индуктивности рассеяния энергия передается в конденсатор 10 по цепи: 2-10-11-2. К этому моменту времени конденсатор 10 заряжен до напряжения источника питания за вычетом из него падения напряжения на ключевом элементе 5. В результате перекачки энергии индуктивности рассеяния обмотки 2 в конденсатор 10 напряжение на нем возрастает на величину, пропорциональную величине этой энергии и обратно пропорциональную значению емкости конденсатора.

Если бы не было цепочки из разрядной обмотки 14 трансформатора 1 и разрядного диода 16, то непрерывная подкачка конденсатора 10 дополнительной энергией при каждой коммутации ключевого элемента 5 приводила бы к росту напряжения на нем до аварийных значений. Наличие цепочки 14, 16 предотвращает это нежелательное накопление энергии. Через нее избыточная энергия возвращается в источник питания.

Аналогичные процессы происходят и в другой симметрично расположенной части преобразователя, включающей в себя ключевой элемент 6, защитную цепочку 11, 13 и разрядную цепочку 15, 17.

Напряжение на защитных конденсаторах 10, 12 колеблется между двумя незначительно отличающимися между собой уровнями. Первоначально до меньшего уровня напряжения конденсаторы 10 и 12 заряжаются через защитные диоды 11 и 13, соответственно, следующим образом: конденсатор 10 заряжается от напряжения на обмотке 2 с полярностью, показанной в скобках, когда открыт ключевой элемент 6, а конденсатор 12 - от напряжения на обмотке 3 при полярности на ней, показанной без скобок, когда открыт ключевой элемент 5. Больший уровень напряжения на конденсаторах формируется после размыкания соответствующего ключевого элемента, когда накопленная в индуктивности рассеяния первичных обмоток энергия передается соответствующему конденсатору. Процесс передачи конденсатору энергии сопровождается появлением на ключевом элементе короткого импульса с максимальным значением, практически равным удвоенному значению напряжения источника питания.

Снижение напряжения на конденсаторах до меньшего уровня происходит с момента отпирания ключевого элемента, к которому этот конденсатор подключен. Например, при отпирании ключевого элемента 5 происходит частичный разряд конденсатора 10 через элементы 10-5-16-14-10. Уровень разряда ограничивается встречной ЭДС обмотки 2, имеющей полярность, показанную без скобок на чертеже.

Дополнительные потери в данном решении определяются практически только потерями в защитных 11, 13 и разрядных 16, 17 диодах, которые незначительны, так как действующее значение тока через них на порядок меньше токов через ключевые элементы.

Таким образом, предложенное решение простыми средствами, гарантированно и с высоким КПД снимает перенапряжения на ключевых элементах преобразователя. Это значительно расширяет область целесообразного применения такой схемы преобразователя.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Двухтактный преобразователь напряжения, содержащий трансформатор с двумя первичными обмотками, первые разноименные концы которых объединены и подключены к первому выводу источника питания, а вторые разноименные концы через управляемые ключевые элементы, зашунтированные диодами обратного тока, подключены ко второму выводу этого источника, и вторичными обмотками, связанными с нагрузками переменного и постоянного тока, а также два защитных диода и два накопительных конденсатора, отличающийся тем, что он снабжен двумя разрядными цепочками из последовательно включенных разрядного диода и разрядной обмотки, по числу витков равной числу витков каждой первичной обмотки, причем разноименные концы разрядных обмоток соединены с одноименными электродами разрядных диодов, защитные диоды и накопительные конденсаторы соединены попарно в две защитные цепочки, каждая из которых подключена параллельно одной из первичных обмоток, одноименные электроды защитных диодов объединены и подключены к первому выводу источника питания, а концы каждой из разрядных цепочек подключены между вторым выводом источника питания и точкой соединения конденсатора и защитного диода одной из защитных цепочек.





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