СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С КВАЗИРЕЗОНАНСНОЙ КОММУТАЦИЕЙ ТОКА

СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С КВАЗИРЕЗОНАНСНОЙ КОММУТАЦИЕЙ ТОКА


RU (11) 2085013 (13) C1

(51) 6 H02M7/519 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - действует 

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

(21) Заявка: 5068591/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.10.06 
(45) Опубликовано: 1997.07.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Авторское свидетельство СССР N 1568173, кл. H 02 M 3/315, 1987. Патент США N 4720667, кл. G 05 F 1/40, 1988. 
(71) Заявитель(и): Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина 
(72) Автор(ы): Чванов В.А.; Сидоров В.И. 
(73) Патентообладатель(и): Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина 

(54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С КВАЗИРЕЗОНАНСНОЙ КОММУТАЦИЕЙ ТОКА 

Использование: изобретение относится к преобразовательной электротехнике и предназначено для использования в качестве высокочастотного источника питания. Сущность изобретения: целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя путем совмещения в нем функций преобразования постоянного питающего напряжения как в постоянное, так и в переменное напряжение, что достигается незначительным усложнением схемы. При этом преобразователь выполняется по двухтактной схеме, что позволяет значительно снизить намагничивающий ток в трансформаторе и размеры преобразователя. Схема преобразователя имеет в своем составе два встречно-параллельно включенных управляемых вентиля, зашунтированных диодами и подключенных к двум последовательно соединенным источникам питания, резонансный контур, включенный между точками соединения вентилей и источников питания, высокочастотный трансформатор, первичная обмотка которого подключена и к зажимам конденсатора резонансного контура. Вторичная обмотка трансформатора, выполненная с нулевым выводом, подключена к нагрузке через управляемые коммутаторы. Параллельно вторичной обмотке включен выпрямительный мост, во вторую диагональ которого включен управляемый шунтирующий элемент. 5 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к статическим преобразователям, и предназначено для использования в качестве высокочастотного источника питания.

Известны однотактные схемы статических преобразователей с последовательным резонансным контуром и квазирезонансной коммутацией тока, работающие в двухполупериодном режиме [1,2] Схемы меют источник питания, нагрузку, фильтр низких частот, сформированный по меньшей мере из дросселя и конденсатора, для фильтрации сигнала, подаваемого к нагрузке, и двунаправленный (управляемый только в прямом направлении протекания тока) однотактный полупроводниковый переключатель, который периодически переводится в рабочее и нерабочее состояние. В рабочем состоянии полупроводниковый переключатель соединяет резонансные конденсатор и дроссель, образуя контур для подачи зарядного тока к конденсатору. При нулевом значении зарядного тока переключатель переводится в нерабочее состояние, что соответствует паузе в кривой тока.

Частота включения однотактного переключателя изменяется в пределах от нуля до управляющей (Fy), которая выбирается меньшей, чем резонансная частота ( где Cp и Lp емкость и индуктивность резонансных конденсатора и дросселя соответственно) с целью обеспечения паузы между рабочими состояниями переключателя.

Достоинствами рассматриваемых преобразователей являются бестоковое выключение управляемых полупроводниковых переключателей и естественная коммутация. Это обеспечивает высокую надежность коммутации и существенно снижает потери на выключение, что особенно важно при работе на повышенных частотах.

К недостаткам преобразователей можно отнести то, что схемы выполнены однотактными, а на выходе может быть получено только постоянное напряжение.

На фиг. 10 в [2] показана схема преобразователя, которую можно использовать в качестве прототипа. В составе преобразователя имеется источник постоянного напряжения, последовательный LC-резонансный контур, подключенный к положительному полюсу источника через управляемый вентиль, шунтированный диодом. Первичная обмотка трансформатора включена параллельно конденсатору резонансного контура, а вторичная через сглаживающий фильтр к нагрузке. Параллельно вторичной обмотке включен шунтирующий элемент.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей преобразователя путем совмещения в нем функций преобразования постоянного питающего напряжения как в постоянное, так и переменное при небольшом усложнении схемы. Преобразователь выполняется по двухтактной схеме, что позволяет значительно снизить намагничивающий ток в трансформаторе и размеры преобразователя в целом.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство-прототип вводится второй источник постоянного напряжения, включенный последовательно с первым, а также второй управляемый вентиль, шунтированный диодом. Через него резонансный контур подключается к отрицательному полюсу второго источника. Вводятся также два переключателя, каждый из которых состоит из двух встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, через которые начало и конец вторичной обмотки трансформатора подключены к одному выводу нагрузки. Вторичная обмотка трансформатора имеет нулевой вывод, подключенный ко второму выводу нагрузки, а шунтирующий элемент выполнен в виде диодного моста, в диагональ которого включен управляемый вентиль, шунтированный диодом.

Структурная схема универсального преобразователя приведена на фиг. 1. На фиг. 2а; 3а; 4а даны диаграммы переключений тиристоров; кривые тока и напряжения на конденсаторе, напряжений на вторичной обмотке трансформатора и на нагрузке на фиг. 2б; 3б; 4б. На фиг. 5 приведена структурная схема системы управления преобразователем.

Схема имеет в своем составе два встречно-параллельно включенных управляемых вентиля 1 и 2, шунтированных диодами, подключенных к двум последовательно соединенным источникам питания 3 и 4, причем управляемый вентиль 1, шунтированный диодом, присоединен к "+" источника 3, а вентиль 2 - к "-" источника 4 питания. Резонансный контур, состоящий из дросселя 5 и конденсатора 6, размещен между общей точкой соединения двух вентилей 1 и 2 и источников питания 3 и 4. На зажимах резонансного конденсатора 6 имеется высокочастотный трансформатор 7 с выводом нулевой точки на вторичной обмотке. Вводятся также два коммутатора, каждый из которых состоит из двух встречно-параллельно включенных управляемых вентилей 8-11, общая точка соединения которых и нулевой вывод вторичной обмотки трансформатора через фильтр, состоящий из дросселя 13 и конденсатора 14, подключены к нагрузке 15. Имеется шунтирующий элемент, выполненный в виде диодного моста из диодов 16-19, в диагональ которого включен управляемый вентиль 20; 21 шунт напряжения, 22-23 шунты тока.

Рассмотрим принцип работы универсального преобразователя в режиме стабилизации и регулирования постоянного напряжения (импульсного преобразователя постоянного напряжения).

В момент t1 (фиг. 2 а, б) управляемый вентиль, шунтированный диодом (например, 1) переводится в рабочее состояние. Ток ic протекает через вентиль в прямом (t1-t2) и через диод в обратном (t2-t3) направлениях. При этом на конденсаторе образуется положительная волна напряжения (полярность обозначена на фиг. 1 без скобок), которая через трансформатор 7, тиристор 8 и фильтр 13, 14 подается на нагрузку 15. Для обеспечения в кривой напряжение паузы tn(t3-t4), что соответствует нерабочему состоянию вентиля с диодом, ток замыкается через диоды 16 и 19, вентиль 20. По истечении времени паузы включается вентиль 2. Полярность напряжения на конденсаторе Uc и обмотках трансформатора дана на фиг. 1 в скобках. На конденсаторе формируется отрицательная волна напряжения, которая с помощью тиристора 11 инвертируется и подается через фильтр на нагрузку. На нагрузке создается постоянное регулируемое за счет изменения длительности паузы или стабилизированное напряжение, а частота на выходе регулируется частотой чередования работы 1 и 2.

Рассмотрим принцип работы универсального преобразователя в режиме преобразования постоянного напряжения в регулируемое по частоте и амплитуде переменное.

При включении вентилей 1 и 8 (фиг. 3) (полярность напряжения на конденсаторе обозначена в скобках) формируется положительная волна напряжения, а при включении вентилей 2 и 9 отрицательная, которые через фильтр подаются на нагрузку. На нагрузке формируется переменное напряжение, регулируемое за счет изменения длительности паузы. На интервале паузы в кривой Uc (в зависимости от направления тока в индуктивности 13) ток замыкается через диоды 16, 20, 19 или 17, 20, 18.

При одновременном включении вентилей 1, 10 (фиг. 4), а после паузы - вентилей 2, 11 на конденсаторе формируются положительная и отрицательная волны напряжения, которые с помощью вентилей 10 и 11 инвертируются и подаются через фильтр на нагрузку.

Схема преобразователя и система управления им может быть реализована на отечественной элементной базе.

В качестве примера рассмотрим структурную схему системы управления преобразователем, работающим в режиме импульсного преобразования постоянного напряжения (фиг. 5). Сигналы с датчика напряжения 24 и генератора опорного напряжения 25 сравниваются на нуль органе 26 и поступает на формирователи импульсов 28-31 управления тиристорами 1, 2, 8, 11. С целью недопущения одновременного проводящего состояния тиристоров 1 и 2, а также 8 и 11 введены шунты тока 22, 23, сигналы с которых поступают на 32, 33.

Предлагаемый универсальный преобразователь может быть использован для питания оборудования медицинской передвижной лаборатории "Айболит".

Источники информации

1. К.Н. Liu и др. Квазирезонансные преобразователи топология и характеристики.

IEEE Transaction on Power Еlectronics, т. PE-2, N 1, 1987, с. 62-71.

2. Lee. Квазирезонансные преобразователи с переключением при нулевом токе, работающие в двухполупериодном режиме. Патент США N 4720667, НКИ 323-271. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Статический преобразователь с квазирезонансной коммутацией тока, содержащий источник постоянного напряжения, последовательный LC-резонансный контур, подключенный к положительному полюсу источника через управляемый вентиль, шунтированный диодом, и трансформатор, первичная обмотка которого включена параллельно конденсатору резонансного контура, а вторичная через сглаживающий фильтр к нагрузке, причем параллельно вторичной обмотке включен шунтирующий элемент, отличающийся тем, что в него введен второй источник постоянного напряжения, включенный последовательно с первым, и второй такой же управляемый вентиль, шунтированный диодом, как и первый, через который резонансный контур подключен к отрицательному полюсу второго источника, два переключателя, каждый из которых состоит из двух встречно-параллельно включенных управляемых вентилей, через которые начало и конец вторичной обмотки трансформатора подключены к одному выводу нагрузки, причем вторичная обмотка трансформатора имеет нулевой вывод, подключенный к второму выводу нагрузки, а шунтирующий элемент выполнен в виде диодного моста, в диагональ которого включен управляемый вентиль.




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