початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2284639

ИНВЕРТОР напруги

Ім'я винахідника: Банин Роман Валерійович (RU); Кутепов Володимир Миколайович
Ім'я патентовласника: ФГТУ ВПО "Челябінський державний агроінженерний університет"
Адреса для листування: 454080, Челябінськ, пр. Леніна, 75, Челябінський державний університет агроінженерний університет, кафедра "Електричні машини і експлуатація електроустаткування в сільському господарстві"
Дата початку дії патенту: 2005.06.29

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використано для автономного електропостачання споживачів шляхом перетворення напруги джерела постійного струму в змінний. Суть винаходу: схема містить генератор тактових імпульсів, блок запуску інвертора, фільтр живлення, комутуючі транзистори, що підвищує трансформатор. Вхід харчування елементів генератора тактових імпульсів підключений до виходу фільтра харчування, входом пов'язаного з джерелом постійного струму, причому його позитивний полюс підключений до середньої точки первинної обмотки підвищувального трансформатора, паралельно вторинної обмотці якого включено згладжує конденсатор. Висновки первинної обмотки підвищувального трансформатора підключені до відповідних виходів першого і другого комутуючих транзисторів, входами з'єднаних між собою. В якості першого і другого комутуючих транзисторів використані польові транзистори, стоки яких приєднані до негативного полюса джерела постійного струму через паралельно з'єднані між собою додатковий резистор і шунтирующий контакт проміжного реле. Встановлено блок запуску, що дозволяє забезпечити технічний результат - розширити функціональні можливості інвертора напруги, підвищити надійність інвертора напруги під час пуску і (або) збоях в електроживленні. Використання польових транзисторів як комутуючих підвищило перевантажувальну здатність інвертора напруги, його ККД, зменшило дрейф вихідної напруги, поліпшило масогабаритні показники.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використано в промисловості і сільському господарстві для автономного електропостачання споживачів шляхом перетворення напруги джерела постійного струму в змінну напругу.

Відомий перетворювач напруги, описаний в літературі (див. И.Нечаєв. Перетворювач напруги 12/220 В 50 Гц // Радіо. - 2004. - №9, - с.30-31), в якому є генератор тактових імпульсів, фільтр живлення , підсилювач потужності, що підвищує трансформатор і струмове реле захисту від перевантаження.

Перетворювач забезпечує інвертування напруги джерела постійного струму в змінну напругу величиною 220 В частотою 50 Гц.

Недоліками перетворювача є:

- Низький ККД, обумовлений значним падінням напруги в обмотці струмового реле;

- Складність реалізації схеми перетворювача через використання спеціалізованої мікросхеми генератора тактових імпульсів і токового реле спеціального виготовлення;

- Низька надійність схеми через великої кількості елементів і відсутності струмообмежувального резистора на виходах генератора тактових імпульсів, тому що при пробої комутуючих транзисторів виходить з ладу мікросхема генератора тактових імпульсів.

Найбільш близьким за технічною сутністю і досягається ефекту до пропонованого технічного рішення є перетворювач напруги, опублікований в літературі (див. С.Карлащук, В.Карлащук. Перетворювач для електробритви // Радіо. - 1989. - №11, - с.69), що містить генератор тактових імпульсів, утворений задає генератором і подільником частоти, фільтр живлення, попередній підсилювач, підсилювач потужності і підвищувальний трансформатор.

Перетворювач забезпечує інвертування напруги джерела постійного струму величиною 12 В в змінну напругу з діючим значенням 220 В частотою 50 Гц.

Недоліками даного перетворювача є:

- Обмежені функціональні можливості через низьку вихідної потужності, збільшення якої перешкоджають значні перенапруги, що виникають в транзисторах підсилювача потужності при включенні харчування. У зв'язку з цим при проектуванні вибирають транзистори зі значно завищеними робочою напругою, що веде до зменшення номінального вихідного струму цих елементів;

- Низька надійність, обумовлена ​​відсутністю захисту комутуючих транзисторів підсилювача потужності від перенапруг при включенні або короткочасному зникненні живлення;

- Мала перевантажувальна здатність і стійкість до коротких замикань;

- Низький ККД, пов'язаний зі значними комутаційними втратами в транзисторах підсилювача потужності;

- Суттєвий дрейф вихідної напруги, обумовлений зміною опору комутуючих транзисторів в залежності від навантаження;

- Значні масогабаритні показники.

Завданням цього винаходу є розширення функціональних можливостей перетворювача, підвищення його надійності, перевантажувальної здатності, стійкості до коротких замикань, збільшення ККД, підвищення стабільності вихідної напруги і поліпшення масогабаритних показників.

Поставлена ​​задача вирішується інвертором напруги, що містить задає генератор і дільник частоти, які утворюють генератор тактових імпульсів, вхід харчування останнього одним висновком підключений до негативного полюса джерела постійного струму, поєднаного з загальним проводом фільтра харчування, а іншим висновком пов'язаний з виходом фільтра харчування, входом пов'язаного з позитивним полюсом джерела постійного струму, причому позитивний полюс джерела постійного струму і підключений до середньої точки первинної обмотки підвищувального трансформатора, паралельно вторинної обмотці якого включено згладжує конденсатор, а висновки первинної обмотки підвищувального трансформатора підключені до відповідних входів першого і другого комутуючих транзисторів, виходами з'єднаних між собою, шляхом того, що встановлений блок запуску інвертора напруги з проміжним реле, котушка якого одним висновком підключена до з'єднаним між собою виходу фільтра харчування, катода захисного діода і першими висновками розрядного резистора і времязадающего конденсатора, а другі їх висновки підключені до входу логічного елемента і першого висновку времязадающего резистора, другим виводом пов'язаного зі стоком керуючого транзистора і негативним полюсом джерела постійного струму, при цьому інший висновок котушки проміжного реле приєднаний до анода захисного діода і витоку керуючого транзистора, а затвор керуючого транзистора підключений до виходу логічного елемента через струмообмежуючі резистор, причому вхід харчування логічного елемента приєднаний одним проводом до негативного полюса джерела постійного струму, при цьому інший провід підключений до виходу фільтра харчування. В якості першого і другого комутуючих транзисторів використані польові транзистори. Затвори комутуючих транзисторів підключені безпосередньо до першого і другого виходів генератора тактових імпульсів, а стоки транзисторів приєднані до негативного полюса джерела постійного струму через паралельно з'єднані між собою додатковий резистор і шунтирующий контакт проміжного реле.

Це дозволило розширити функціональні можливості інвертора за рахунок підвищення вихідної потужності шляхом установки блоку запуску інвертора напруги. Збільшився ККД інвертора, підвищилася стабільність вихідної напруги, надійність інвертора і покращилися його масогабаритні показники за рахунок спрощення конструкції підсилювача потужності і установки польових транзисторів як комутуючих.

За наявними у авторів відомостями сукупність істотних ознак, що характеризують сутність винаходу, не відома з рівня техніки, що дозволяє зробити висновок про відповідність винаходу критерію "новизна".

На думку авторів, не дивлячись на те, що елементи, складові інвертор напруги, відомі в техніці, але нова сукупність ознак, а саме - встановлення польових транзисторів як комутуючих і блоку запуску, їх взаємозв'язок і властивості, які при цьому виявляються, що дозволяють отримати такий технічний результат, як спрощення конструкції, підвищення вихідної потужності, надійності, перевантажувальної здатності, стійкості до коротких замикань, підвищення ККД інвертора, стабільності вихідної напруги, поліпшення масогабаритних показників - не відомі і не слідують явним чином з відомого рівня техніки, тобто була відома причинно-наслідковий зв'язок вищеперелічених ознак і отриманого технічного результату, що дозволяє зробити висновок про відповідність технічного рішення критерію «винахідницький рівень».

Сукупність суттєвих ознак, що характеризують суть винаходу, в принципі, може бути багато разів використана в промисловості і сільському господарстві з отриманням технічного результату, що полягає в збільшенні вихідної потужності інвертора напруги, що обумовлює забезпечення досягнення поставленої мети - розширення функціональних можливостей інвертора напруги, що дозволяє зробити, висновок про відповідність винаходу критерію "промислова придатність".

Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому представлена ​​принципова електрична схема інвертора напруги.

Інвертор напруги містить тактовий генератор 1, утворений задає генератором 4 і дільником частоти 5, об'єднаних в КМОП-мікросхемі подвійного D-тригера. Вхід харчування генератора тактових імпульсів 1 одним висновком підключений до негативного полюса джерела постійного струму, поєднаного з загальним проводом фільтра харчування 3, а іншим висновком пов'язаний з виходом фільтра харчування 3, входом пов'язаного з позитивним полюсом джерела постійного струму, причому позитивний полюс джерела постійного струму і підключений до середньої точки первинної обмотки підвищувального трансформатора 10, паралельно вторинної обмотці якого включено згладжує конденсатор 11. Висновки первинної обмотки підвищувального трансформатора 10 підключені до відповідних входів першого і другого комутуючих транзисторів 6, 7, виходами з'єднаних між собою. Причому в якості входів комутуючих транзисторів 6, 7 використовуються їх витоки, а стоки цих транзисторів є їх виходами. Крім того, встановлено блок 2 запуску інвертора напруги з проміжним реле, котушка 15 якого одним висновком підключена до з'єднаним між собою виходу фільтра харчування 3, катода захисного діода 14 і першим висновків розрядного резистора 13 і времязадающего конденсатора 12, а другі їх висновки підключені до входу логічного елемента 16 і першого висновку времязадающего резистора 19, другим виводом пов'язаного зі стоком керуючого транзистора 18 і негативним полюсом джерела постійного струму. Інший висновок котушки 15 проміжного реле приєднаний до анода захисного діода 14 і витоку керуючого транзистора 18. Затвор керуючого транзистора 18 підключений до виходу логічного елемента 16 через струмообмежуючі резистор 17. Вхід харчування логічного елемента 16 приєднаний одним проводом до негативного полюса джерела постійного струму, при цьому інший провід підключений до виходу фільтра харчування 3. В якості першого і другого комутуючих транзисторів 6, 7 використані польові транзистори, затвори яких підключені безпосередньо до першого і другого виходів генератора тактових імпульсів 1, а стоки першого і другого комутуючих транзисторів 6, 7 приєднані до негативного полюса джерела постійного струму через паралельно з'єднані між собою додатковий резистор 9 і шунтирующий контакт 8 проміжного реле.

ИНВЕРТОР працює наступним чином

При підключенні до джерела постійного струму починає працювати генератор тактових імпульсів, що живиться з виходу фільтра харчування 3. На першому і другому виходах генератора тактових імпульсів 1 по черзі з'являються прямокутні імпульси частотою 50 Гц.

З першого виходу генератора тактових імпульсів керуючий сигнал надходить на затвор першого комутуючого транзистора 6. Транзистор відкривається. Струм тече від позитивного полюса джерела постійного струму через одну з полуобмоток первинної обмотки підвищувального трансформатора 10, перший коммутирующий транзистор 6 і додатковий резистор 9 до негативного полюса джерела постійного струму. Потім керуючий імпульс на затворі першого комутуючого транзистора 6 зникає. Це призводить до закриття першого комутуючого транзистора 6 і припинення струму через полуобмоткі.

Наступний керуючий імпульс з'являється на другому виході генератора тактових імпульсів 1 і надходить на затвор другого комутуючого транзистора 7. Транзистор відкривається. Струм тече від позитивного полюса джерела постійного струму через іншу полуобмоткі підвищувального трансформатора 10, другий коммутирующий транзистор 7 і додатковий резистор 9 до негативного полюса джерела постійного струму.

В результаті на вторинній обмотці трансформатора з'являється змінна напруга. Для наближення форми вихідної напруги до синусоїдальної служить згладжує конденсатор 11.

Потім описаний процес циклічно повторюється, починаючи з появи імпульсу на першому виході генератора тактових імпульсів 1.

Необхідно відзначити, що в момент пуску при розімкнутому шунтуючих контакті 8 проміжного реле на додатковому резисторі 9 створюється падіння напруги, що забезпечує безпечний пуск інвертора.

Одночасно з початком роботи генератора тактових імпульсів 1 отримує харчування блок запуску 2 інвертора напруги. Починає заряджатися времязадающій конденсатор 12. Струм зарядки тече від позитивного полюса джерела постійного струму через фільтр живлення 3 та времязадающій резистор 19 до негативного полюса джерела постійного струму. Потенціал на вході логічного елемент 16 починає підвищуватися в міру зарядки времязадающего конденсатора 12. При досягненні певного рівня логічний елемент 16 відкривається. На його виході з'являється напруга, що відповідає стану логічної одиниці, і надходить через струмообмежуючі резистор 17 на затвор керуючого транзистора 18. Він відкривається і подає напругу на котушку 15 проміжного реле. Реле спрацьовує і замикає шунтувальним контактом 8 додатковий резистор 9. Інвертор напруги виходить на номінальний режим роботи.

При відключенні і повторному включенні живлення або короткочасному його пропажі логічний елемент 16 закривається, знеструмлюючи котушку 15 проміжного реле. Це забезпечується швидким розрядом времязадающего конденсатора 12 на розрядний резистор 13. Таким чином, повторний запуск інвертора напруги здійснюється з деякою затримкою при розімкнутому контакті 8 проміжного реле. Цим забезпечується безпека запуску інвертора напруги за рахунок падіння напруги на додатковому резисторі 9, що зменшує перенапруження в першому і другому коммутірующх транзисторах.

Завдяки встановленню блоку запуску розширилися функціональні можливості інвертора напруги і підвищилася його надійність. Встановлений блок запуску дозволяє збільшити вихідну потужність і підвищити надійність інвертора напруги під час пуску і (або) збоях в електроживленні.

Установка польових транзисторів як комутуючих дозволила підвищити перевантажувальну здатність інвертора напруги, його ККД, зменшити дрейф вихідної напруги. Крім того, покращилися масогабаритні показники.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Інвертор напруги, що містить задає генератор і дільник частоти, які утворюють генератор тактових імпульсів, вхід харчування останнього одним висновком підключений до негативного полюса джерела постійного струму з'єднаний із загальним проводом фільтра харчування, а іншим висновком пов'язаний з виходом фільтра харчування, входом пов'язаного з позитивним полюсом джерела постійного струму, причому позитивний полюс джерела постійного струму і підключений до середньої точки первинної обмотки підвищувального трансформатора, паралельно вторинної обмотці якого включено згладжує конденсатор, а висновки первинної обмотки підвищувального трансформатора підключені до відповідних входів першого і другого комутуючих транзисторів, виходами з'єднаних між собою, що відрізняється тим , що встановлений блок запуску інвертора напруги з проміжним реле, котушка якого одним висновком підключена до з'єднаним між собою виходу фільтра харчування, катода захисного діода і першими висновками розрядного резистора і времязадающего конденсатора, а другі їх висновки підключені до входу логічного елемента і першого висновку времязадающего резистора , другим виводом пов'язаного зі стоком керуючого транзистора і негативним полюсом джерела постійного струму, при цьому інший висновок котушки проміжного реле приєднаний до анода захисного діода і витоку керуючого транзистора, а затвор керуючого транзистора підключений до виходу логічного елемента через струмообмежуючі резистор, причому вхід харчування логічного елемента приєднаний одним проводом до негативного полюса джерела постійного струму, при цьому інший провід підключений до виходу фільтра харчування, а в якості першого і другого комутуючих транзисторів використані польові транзистори, затвори яких підключені безпосередньо до першого і другого виходів генератора тактових імпульсів, стоки першого і другого комутуючих транзисторів приєднані до негативного полюса джерела постійного струму через паралельно з'єднані між собою додатковий резистор і шунтирующий контакт проміжного реле.

Версія для друку
Дата публікації 17.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів