Пристрій для перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Пристрій для перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході, до складу якого входять: трансформатор, що має дві первинні обмотки та одну вторинну, чотири перемикачі, де силові входи двох з них підключені до першого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, а два других - до другого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, чотири діоди, де два із них підключені до першого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, а два других - до другого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, блок керування, перший вихід якого підключений до керуючого входу першого та четвертого перемикачів, а другий вихід - до керуючого входу другого та третього перемикачів, вторинна обмотка трансформатора підключена до входів змінного струму випрямляча, виходи якого (виходи постійного струму) є виходами пристрою, до яких підключають навантаження, який відрізняється тим, що додатково введено два діоди, причому перший діод підключений до початку першої первинної обмотки та з другої сторони - до початку другої первинної обмотки, другий діод підключений до кінця першої первинної обмотки та з другої сторони - до кінця другої первинної обмотки, початок першої первинної обмотки підключено до силового виходу першого перемикача та через п'ятий діод до силових входів першого та другого перемикачів, а кінець цієї обмотки підключено до силового виходу четвертого перемикача та через четвертий діод до силових входів третього та четвертого перемикачів, початок другої первинної обмотки підключено до силового виходу третього перемикача та через третій діод до силових входів третього та четвертого перемикачів, а кінець цієї обмотки підключено до силового виходу другого перемикача та через шостий діод до силових входів першого та другого перемикачів.

Текст

Пристрій для перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході, до складу якого входять: трансформатор, що має дві первинні обмотки та одну вторинну, чотири перемикачі, де силові входи двох з них підключені до першого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, а два других - до другого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, чотири діоди, де два із них підключені до першого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, а два других - до другого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, блок керування, перший вихід якого підключений до керуючого входу першого та четвертого перемикачів, а другий вихід - до керуючого входу другого та U 2 (19) 1 3 первинної обмотки індукує напругу змінного струму в вторинній обмотці трансформатора, що підключена до входів змінного струму (АС - входи) випрямляча. Виходи постійного струму (DC - виходи) останнього є виходами пристрою, до яких підключають навантаження. Недоліком даного пристрою - аналогу є збільшення масогабаритних параметрів з причини одностороннього насичення осердя трансформатора, що обмежує розмах величини індукції в осерді трансформатора. Це приводить до того, установочна потужність трансформатора і відповідно його розмір та вага вибираються більшими, ніж це необхідно для забезпечення передачі вибраної величини потужності, приблизно, в чотири рази. Відомий також пристрій для перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході виконаний за схемою «push pull» (тягни-штовхай), до складу якого входять трансформатор, дві первинні обмотки якого з'єднані послідовно таким чином, що спільний вивід обмоток підключений до одного з виводів вхідного джерела постійного струму, а крайні виводи первинних обмоток через перемикачі підключені до другого виводу вхідного джерела постійного струму; блок керування, перший вихід якого підключений до керуючого входу першого перемикача, а другий вихід - до керуючого входу другого перемикача; вторинна обмотка трансформатора підключена до входів змінного струму (АС - входи) випрямляча, виходи постійного струму (DC - виходи) якого є виходами пристрою до яких підключають навантаження (Перетворювальна техніка. Підручник ч. 2 /Ю.П. Гончаров, О.В. Будьонний, В.Г. Морозов, М.В. Панасенко, В.Я. Романенко, B.C. Руденко. За ред. B.C. Руденко. - Харків: Фоліо, 2000. - 360 с I8BN 966-03-06970.). Пристрій-аналог функціонує наступним чином. Блок керування генерує імпульси керування, які періодично та по-черзі вмикають та вимикають перемикачі. При відкритому першому перемикачі, другий перемикач при цьому закритий, струм вхідного джерела постійного струму проходить через першу первинну обмотку. При відкритому другому перемикачі, перший перемикач при цьому закритий, струм вхідного джерела постійного струму проходить через другу первинну обмотку. Так як первинні обмотки включені послідовно, в магнітопроводі трансформатора виникає знакозмінний магнітний потік, який наводить напругу змінного струму у вторинній обмотці трансформатора, яка, в свою чергу, підключена до входів змінного струму (АС - входи) випрямляча. Виходи постійного струму (DC - виходи) останнього є виходами пристрою, до яких підключають навантаження. Недоліком цього пристрою - аналогу є низька надійність пристрою з тієї причини, що наведена напруга в первинній обмотці трансформатора, яка підключена до вимкненого перемикача, перевищує вхідну напругу постійного струму майже в два рази, що може привести до електричного пробою перемикача. Другою причиною низької надійності пристрою є небезпека перегріву пристрою за рахунок намагнічування осердя трансформатора постійною складовою струму первинної обмотки , 52135 4 причиною якої є неоднаковість елементів пристрою (перемикачів, обмоток і т. д.) або одночасність перемикання перемикачів. Це приводить до того, що пристрій може вийти з ладу з причин порушення як теплового режиму, так і електричного пробою високою напругою. За прототип корисної моделі що пропонується, прийнятий гібридний пристрій для перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході, до складу якого входять: трансформатор, що має дві первинні обмотки, чотири перемикачі, силові входи двох з них підключені до першого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, а два других - до другого входу живлення, чотири діода, де два із них підключені до першого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, а два других - до другого входу живлення схеми, блок керування, перший вихід якого підключений до керуючого входу першого та четвертого перемикачів, а другий вихід до керуючого входу другого та третього перемикачів, силовий вихід першого перемикача підключено до початку першої первинної обмотки та через четвертий діод до силових входів третього та четвертого перемикачів, силовий вихід третього перемикача підключено до кінця першої первинної обмотки та через другий діод до силових входів першого та другого перемикачів, силовий вихід другого перемикача підключено до кінця другої первинної обмотки та через третій діод до силових входів третього та четвертого перемикачів, а силовий вихід четвертого перемикача підключено до початку другої первинної обмотки та через перший діод до силових входів першого та другого перемикачів; вторинна обмотка трансформатора підключена до входів змінного струму випрямляча, виходи якого (виходи постійного струму) є виходами пристрою, до яких підключають навантаження. (Патент України UA (корисна модель) № 41218 від 12.05.2009. опубликован 12.05.2009. Бюл. № 9, 2009 г. МПК(2009) Н02М 3/28, H01J 37/06 В23К15/00, "Гібридний пристрій для перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході" Автори: Коротинський О.Е., Скопюк М.І., Драченко М.П.) Пристрій - прототип функціонує наступним чином. Блок керування генерує імпульси керування, які періодично та по-черзі замикають та розмикають перемикачі. При замкнених першому та третьому перемикачах, другий та четвертий перемикачі при цьому розімкнуті, струм живлення схеми пристрою проходить через першу первинну обмотку в прямому напрямку. При розмиканні першого та третього перемикачів, струм, причиною якого є напруга самоіндукції першої обмотки, протікає через другий та четвертий діоди та першу первинну обмотку. При замкненому другому та четвертому перемикачах, перший та третій перемикачі при цьому розімкнуті, струм живлення пристрою проходить через другу первинну обмотку в протилежному напрямку, а при розмиканні другого та четвертого перемикачів, струм, причиною якого є напруга самоіндукції другої обмотки, протікає через перший та третій діоди та другу первинну обмотку. При цьому, магнітні потоки, що створюють 5 ся струмами в першій та другій первинних обмотках додаються, з урахуванням їх напрямків, в осерді трансформатора. Сумарний знакозмінний магнітний потік індукує напругу змінного струму у вторинній обмотці трансформатора, яка, в свою чергу, підключена до входів змінного струму (АС входи) випрямляча. Виходи постійного струму (DC - виходи) останнього є виходами пристрою, до яких підключають навантаження. Недоліком пристрою - прототипу є недостатня надійність роботи перемикачів через те що під час їх комутації електрична енергія накопичена на власній фізичній ємності перемикача (або перемикаючої структури) виділяється за короткий проміжок часу як тепло в активній зоні перемикача, що приводить до передчасної деградації перемикаючої структури, і як наслідок, зменшення строку надійної роботи перемикача. В основу корисної моделі, що пропонується, поставлена задача оптимізації режиму комутації перемикачів і як наслідок - підвищення ресурсу та надійності роботи всього пристрою в цілому. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в гібридний пристрій для перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході, до складу якого входять: чотири перемикачі, де силові входи двох з них підключені до першого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, а силові входи двох других - до другого входу живлення схеми; чотири діода, де два із них підключені до першого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, а два других - до другого входу живлення схеми; блок керування, перший вихід якого підключений до керуючого входу першого та четвертого перемикачів, а другий вихід - до керуючого входу другого та третього перемикачів; трансформатор, що має дві первинні обмотки та одну вторинну обмотку яка підключена до входів змінного струму випрямляча, виходи якого (виходи постійного струму) є виходами пристрою, до яких підключають навантаження, згідно корисної моделі додатково введено два діоди, причому один із них включений до початку першої первичної обмотки та до початку другої первинної обмотки, другий - до кінця першої первинної обмотки та до кінця другої первинної обмотки, також початок першої та кінець другої первинних обмоток підключено до діодів які підключені до першого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, а кінець першої та початок другої первинних обмоток підключено до діодів які підключені до другого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, також початок першої та кінець другої первинних обмоток підключено до силових виходів перемикачів, які підключені до першого входу живлення схеми пристрою постійним струмом, кінець першої та початок другої первинних обмоток підключено до силових виходів перемикачів, які підключені до другого входу живлення схеми пристрою постійним струмом. У винаході, що пропонується, процес перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході реалізується в межах заявленої схеми наступним чином. Блок керування 52135 6 генерує імпульси керування, які періодично та почерзі замикають та розмикають перемикачі. При замкнених першим та четвертим перемикачах, другий та третій перемикачі при цьому розімкнуті, струм живлення пристрою проходить через першу первинну обмотку. При розмиканні першого та четвертого перемикачів струм, причиною якого є напруга самоіндукції першої обмотки, продовжує протікати через перший та другий діоди, а також надлишок струму повертається до джерела живлення через третій та шостий діоди. При замкнених другим та третім перемикачах, перший та четвертий перемикачі при цьому розімкнуті, струм живлення пристрою проходить через другу первинну обмотку в, а при розмиканні другого та третього перемикачів, струм причиною якого є напруга самоіндукції другої обмотки, продовжує протікати через перший та другий діоди, а також надлишок струму повертається до джерела живлення через четвертий та п'ятий діоди. При цьому, магнітні потоки, що створюються струмами в першій та другій первинних обмотках додаються, з урахуванням їх напрямків, в осерді трансформатора. Сумарний знакозмінний магнітний потік індукує напругу змінного струму у вторинній обмотці трансформатора, яка, в свою чергу, підключена до входів змінного струму (АС - входи) випрямляча. Виходи постійного струму (DC - виходи) останнього є виходами пристрою, до яких підключають навантаження. У запропонованій корисній моделі підвищення надійності роботи перемикачів досягається за рахунок полегшення умов роботи перемикачів, завдяки попередньому перезаряду фізичних ємностей перемикачів струмом, який спрямовується додатково введеними діодами в належному напрямку та в належний час, завдяки чому, перемикання перемикачів проходить при відсутності напруги на перемикачах під час перемикання. Зазначений вище технічний результат, який забезпечується в процесі роботи запропонованого варіанту пристрою для перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході, обумовлений ознаками, які відрізняють цей варіант за сумою ознак, від подібних пристроїв, описаних згідно відомого рівня техніки, зокрема, описаних і як аналоги, і як прототип. Запропонований пристрій пояснюють наведені креслення, де: - на фіг. зображена функціональна схема пристрою для перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході. Згідно корисної моделі, функціональна схема фіг., пристрій для перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході містить трансформатор 1, що має дві первинні 2, 3 та одну вторинну 4 обмотки; чотири перемикачі 5, 6, 7, 8, силові входи двох із них 5,6 підключені до плюсового входу 9 живлення схеми пристрою постійним струмом, а силові входи двох інших 7,8 до мінусового входу 10 живлення схеми пристрою постійним струмом; шість діодів 11, 12, 13, 14, 15, 16 де катоди двох із них 11, 12 підключені до силових входів перемикачів 5,6, а аноди, відповідно, паралельно до силових виходів пере 7 52135 микачів 5, 6; аноди двох інших діодів 13, 14 підключені до силових входів перемикачів 7, 8, а катоди відповідно паралельно до силових виходів перемикачів 7, 8; діод 15 підключений своїм катодом до початку першої первинної обмотки 2 трансформатора 1, та анодом до початку другої первинної обмотки 3 трансформатора 1; діод 16 підключений своїм анодом до кінця першої первинної обмотки 2 та катодом до кінця другої первинної обмотки 3; початок першої первинної обмотки 2 підключений до силового виходу перемикача 5, а її кінець до силового виходу перемикача 8; початок другої первинної обмотки 3 підключений до силового виходу перемикача 7, а її кінець до силового виходу перемикача 6; вторинна обмотка 4 трансформатора 1 підключена до входів змінного струму (АС входи) випрямляча 17, до виходів 18 якого (DC виходи) підключають навантаження. Блок керування 19, який першим своїм виходом 20 підключений до керуючих входів перемикачів 5, 8 та другим своїм виходом 21 підключений до керуючих входів перемикачів 6, 7. Опис роботи пристрою, що заявляється. У корисній моделі, що пропонується процес перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході реалізується в межах заявленої схеми наступним чином. Блок керування 19 генерує імпульси керування, які періодично, попарно та по черзі замикають та розмикають перемикачі 5, 8 та 6, 7, причому наступна пара перемикачів замикається з деякою затримкою відносно моменту розмикання попередньої пари. При замкнених перемикачах 5, 8 і розімкнених 6, 7, вхідний струм живлення схеми пристрою протікає через входи 9, 10, замкнені перемикачі 5, 8 та першу первинну обмотку 2 трансформатора 1. При розмиканні перемикачів 5, 8, перемикачі 6, 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 8 при цьому розімкнені, внаслідок самоіндукції, струм продовжує протікати через первинну обмотку 2, діоди 15, 16 перезаряджає власні ємності «вхід-вихід» перемикачів 5, 6, 7, 8, при цьому, останні перезаряджаються струмом самоіндукції до рівня напруги при якому подальша комутація перемикачів 5, 6, 7, 8 виконується з мінімальними втратами енергії за час комутації. Надлишок струму самоіндукції після перезаряду ємностей повертається назад до джерела живлення пристрою через діоди 12 та 13. Далі блок керування 19 включає перемикачі 6, 7, і струм джерела живлення починає протікати через обмотку 3 трансформатора 1, до моменту їх розмикання. Процеси при розмиканні перемикачів 6, 7 подібні до процесу розмикання перемикачів 5, 8, який описаний вище. Сумарний магнітний потік в осерді трансформатора 1, який створюється струмами, що протікають через обмотки 2, 3, індукує напругу змінного струму у вторинній обмотці 4 трансформатора, яка в свою чергу подається до входу (АС - входи) випрямляча 17. Таким чином, введення двох діодів в пристрій для перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході, приводить до зменшення втрат електричної енергії на перемикачах за рахунок того, що їх перемикання виконується при мінімальному значенні напруги на перемикачах під час їх перемикання, і як наслідок, підвищення коефіцієнту корисної дії пристрою. Підвищення надійності роботи пристрою досягається за рахунок того, що як наслідок зменшення електричних втрат в активній зоні перемикачів під час їх перемикання, зменшується виділення тепла у цій зоні, що позитивно впливає на ресурс перемикачів а також і всього пристрою в цілому. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Device for conversion of dc electric energy in input to dc electric energy in output

Автори англійською

Korotynskyi Oleksandr Yevtykhiiovych, Drachenko Mykola Petrovych, Skopiuk Mykhailo Ivanovych

Назва патенту російською

Устройство для преобразования энергии постоянного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе

Автори російською

Коротинский Александр Евтихиевич, Драченко Николай Петрович, Скопюк Михаил Иванович

МПК / Мітки

МПК: H02M 3/28, H01J 37/06

Мітки: вході, перетворення, постійного, пристрій, енергію, струму, енергії, виході

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/4-52135-pristrijj-dlya-peretvorennya-energi-postijjnogo-strumu-na-vkhodi-v-energiyu-postijjnogo-strumu-na-vikhodi.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для перетворення енергії постійного струму на вході в енергію постійного струму на виході</a>

Подібні патенти