| 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) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2291550
Однофазні полумостового ИНВЕРТОР
Ім'я винахідника: Магазіннік Лев Теодорович (RU); Магазіннік Григорій Герценовіч
Ім'я патентовласника: Державна освітня установа вищої професійної освіти "Ульяновський державний технічний університет"
Адреса для листування: 432027, г.Ульяновск, Північний Вінець, 32, ГОУ ВПО "Ульяновський державний технічний університет", Проректору з наукової роботи
Дата початку дії патенту: 2005.08.09
Запропоновано однофазний полумостовой інвертор, що містить напівміст у вигляді двох послідовно з'єднаних в провідному напрямку транзисторів і двох зворотних діодів. Другий напівміст утворений двома послідовно з'єднаними конденсаторами. У діагональ змінного струму включена навантаження переважно трансформаторного типу, а діагональ постійного струму пов'язана з відповідними полюсами джерела живлення, шунтуватися сглаживающим конденсатором. Особливість полягає в тому, що в схему додатково введено чотирьохобмоткову трансформатор з трьома однаковими первинними обмотками і однією вторинною обмоткою, підключеної до системи управління. Первинні обмотки утворюють біфілляр в контурі навантаження, а в разі наскрізного короткого замикання превентивно обмежують струм короткого замикання на рівні струму намагнічування трансформатора. Технічний результат - підвищення надійності захисту.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до області електротехніки, а саме до однофазних полумостовим інверторів, переважно з трансформаторної навантаженням.
Однофазні полумостового інвертори знайшли широке застосування в різних вторинних джерелах живлення, зокрема, їх застосовують в деяких модифікаціях зварювальних трансформаторів інверторного типу [1-3].
Відомі схеми таких інверторів [4] містять в силовій частині (фіг.1) напівміст у вигляді двох послідовно з'єднаних транзисторів 1, 2 і двох зворотних діодів 3, 4. Друга половина моста утворена двома послідовно з'єднаними конденсаторами 5, 6, а в діагональ змінного струму моста 1, 2, 5, 6 включена навантаження 7.
Діагональ постійного струму моста підключена до джерела живлення U п через дросель 8, включений послідовно між одним з полюсів, наприклад плюсовим, джерела живлення U п і однойменною висновком діагоналі постійного струму моста 1, 2, 5, 6. Дросель 8 шунтований зворотним діодом 9, а паралельно виходу джерела живлення U п включений згладжує конденсатор 10. управління інвертором здійснюється від типової системи управління 11 (див. ріс.33-10 і 33-12) [4]. Перевагою полумостового інвертора є простота схеми, а й відсутність постійної складової в діагоналі навантаження, що і дозволяє ефективно використовувати полумостовой інвертор для трансформаторної навантаження. Дросель 8 зі зворотним діодом 9 є типовим вузлом відомих інверторів і забезпечує зменшення крутизни наростання струму транзисторів 1, 2, що особливо важливо при наскрізних коротких замикань інвертора, тобто при одночасному відмиканні транзисторів 1 і 2.
Цей пристрій є найбільш близьким пристроєм того ж призначення до заявленого винаходу за сукупністю ознак і приймається за прототип. До причин, що перешкоджає досягненню зазначеного нижче технічного результату при використанні прототипу, є те, що дросель 8 (фіг.1), зменшуючи крутизну наростання струму, одночасно зменшує і смугу пропускання частот інвертора, і тому його індуктивність повинна бути невеликою, що, в свою чергу, знижує надійність захисту інвертора при наскрізних коротких замикань.
Технічний результат - підвищення надійності захисту і збільшення діапазону використання за напругою і частотою однофазного полумостового інвертора.
Зазначений технічний результат при здійсненні винаходу досягається тим, що у відомому пристрої, що містить однофазний полумостовой інвертор, який має в силовій частині напівміст у вигляді двох послідовно з'єднаних транзисторів і двох зворотних діодів і другу половину моста, утворену двома послідовно з'єднаними конденсаторами, навантаження, включену в діагональ змінного струму моста, джерело живлення, підключений до діагоналі постійного струму згаданого моста і шунтуватися сглаживающим конденсатором, а й типову систему управління, в силову схему введений додатково чотирьохобмоткову трансформатор з трьома однаковими первинними обмотками і однією вторинною обмоткою, з'єднаної з одним із входів згаданої типової системи управління, причому одна первинна обмотка згаданого трансформатора включена між одним з полюсів джерела живлення і однойменною полюсом діагоналі постійного струму моста, а дві інші первинні обмотки з'єднані між собою відповідно до і зустрічно по відношенню до першої обмотці, їх загальна точка утворює один з висновків діагоналі змінного струму моста і об'єднана з навантаженням, а вільні кінці з'єднані з емітером одного і колектором другого транзистора, утворюючи разом з цими транзисторами і зворотними діодами напівміст інвертора.
Це дозволило обмежити струм наскрізного короткого замикання, розширити смугу пропускання частот інвертора і використання його за напругою, а й збільшити в цілому надійність інвертора.
Суть винаходу пояснюється на фіг.2, на якій представлена схема однофазного полумостового транзисторного інвертора.
 |
 |
Пристрій (фіг.2) містить в силовій частині напівміст в складі двох послідовно з'єднаних транзисторів 1, 2, двох зворотних діодів 3, 4. Між емітером транзистора 1 і колектором транзистора 2 включені згідно один з одним дві однакові обмотки трансформатора 5: обмотка 6 і обмотка 7, а загальна точка цих обмоток утворює один з висновків діагоналі змінного струму моста, другий напівміст якого утворений конденсаторами 8 і 9, загальна точка яких є другим виводом діагоналі згаданого мосту. Вільні висновки конденсаторів 8, 9 як вільні висновки транзисторів 1, 2 підключені до діагоналі постійного струму моста. До діагоналі змінного струму підключена навантаження 10, а джерело живлення U п через послідовно включену в один з його полюсів (на фіг.2 це позитивний полюс) третю обмотку 11 трансформатора 5 з'єднаний з однойменними полюсами діагоналі постійного струму моста. Причому обмотка 11 включена зустрічно по відношенню до обмоток 6 і 7. Вторинна обмотка 12 трансформатора 5 пов'язана з одним із входів типової системи управління 13 полумостовим інвертором, два виходи якої підключені до керуючих входів транзисторів 1 і 2. Безпосередньо до виходу джерела живлення підключений згладжує конденсатор 14.
ПРИСТРІЙ ФУНКЦІОНУЄ наступним чином
Як у відомих полумостового однофазних инверторах, вихід системи управління 13 являє собою звичайний широтно-імпульсний модулятор, який подає на транзистори 1 і 2 протифазні імпульси. Шпаруватість цих імпульсів визначається сигналами завдання (струму, напруги), а частота в сучасних инверторах, що живлять, наприклад, зварювальні трансформатори, досягає 100 кГц.
Нехай включений джерело живлення U п, і конденсатори 8, 9 заряджені кожен до напруги приблизно 0,5 U п. Тоді першим імпульсом з виходу системи управління 13, що надійшли, наприклад, на транзистор 1, транзистор 1 відмикається, і конденсатор 8 розряджається на навантаження 10. При цьому через обмотку 11 і обмотку 6 трансформатора 5 протікає однаковий струм. Так як обмотки мають однакове число витків і включені зустрічно, вони утворюють біфілляр і не вносять реактивний опір в контур навантаження. Конденсатор 9 в цей час заряджається. Якщо навантаження достатня для повного розряду конденсатора 8, то конденсатор 9 до кінця напівперіоду роботи інвертора зарядиться до напруги U п. При відмиканні транзистора 2 біфілляр утворюють обмотки 11 і 7 трансформатора 5.
Таким чином, в робочому режимі інвертора трансформатор 5 не вносить реактанс в контур навантаження, і максимальна частота інвертора обмежена лише параметрами транзисторів 1, 2. Оскільки магнітний потік трансформатора 5 дорівнює в робочому режимі інвертора нулю, напруга на обмотці 12 теж нульове.
При одночасному відкритті транзисторів 1 і 2 через несправність в системі управління або, наприклад, через збільшення часу відновлення замикаючих властивостей при розігріві транзистора або з яких-небудь інших причин відбувається наскрізне коротке замикання, і струм проходить, минаючи навантаження (повністю або частково), через всі три первинні обмотки 6, 7, 11 трансформатора 5. Виникає нескомпенсований магнітний потік, з'являється напруга на обмотці 12 трансформатора 5. При цьому наскрізний струм, поки трансформатор 5 не насичений, дорівнює струму намагнічування, тобто мізерно малий і не є небезпечним для транзисторів.
Таким чином, захист від наскрізних коротких замикань діє превентивно, тобто не дає зрости току на час насичення трансформатора 5 до небезпечних величин. Цей час може бути вибрано при розрахунку трансформатора більшим, ніж час спрацьовування захисту на відключення сигналом з обмотки 12. Більш того, відпадає необхідність завищувати запас по часу відновлення замикаючих властивостей транзисторів, так як при короткочасному «перекритті» наскрізний струм незначний, а короткочасні імпульси на виході обмотки 12 можна блокувати селектором тривалості, що не відключаючи інвертор. Відносну встановлену потужність трансформатора 5 по відношенню до силового трансформатору, тобто до навантаження, можна приблизно оцінити з наступних міркувань: час вимкнення і відновлення замикаючих властивостей у сучасних силових транзисторів, наприклад, типу IGBT серії IRG4 не перевищує 0,5-0,6 мкс. Приймемо час насичення трансформатора 5 з подвійним запасом t 1 = 1, 2 мкс. У робочому режимі інвертора втрати в залозі трансформатора 5 взагалі відсутні, тому його сердечник може бути виконаний на магнітомягкого залозі з індукцією в (3-5) разів більше, ніж індукція сердечника силового трансформатора, що виконується зазвичай на феррите. Тоді для частоти 50 кГц
де Р 1 * - відносна встановлена потужність трансформатора 5, Р 2 - потужність силового трансформатора, В 1 - індукція сердечника силового трансформатора, t 2 - напівперіод при частоті 50 кГц, t 1 - час насичення сердечника трансформатора 5, В 2 - індукція в осерді трансформатора 5.
З розрахунку по (1) Р 1 * / Р 2 = 0,024-0,032. Маса силового трансформатора при частоті (50 ÷ 100) кГц (0,5 ÷ 0,7) кг / кВт, звідки очевидно, що масогабаритні показники додатково введеного в пристрій трансформатора 5 мізерно малі, маса не перевищує 0,07 кг. Зауважимо, що маса виключених з пристрою дроселя і зворотного діода значно більше.
Таким чином, зазначений вище технічний результат досягається простими засобами.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. «Castolin G-mbH - Німеччина,« Kraftzwerg », 1994-1996 р.р.
2. «DC200 AL - Технотрон» - Росія (каталог), 1997 г.
3. «Invertec V-130 - S-Linkoln - США (каталог), 1998 г.
4. В.А.Прянішніков - «Електроніка», СПб., «Корона принт», 400 с., 1998 г.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Однофазний полумостовой інвертор, який має в силовій частині напівміст у вигляді двох послідовно з'єднаних транзисторів і двох зворотних діодів і другу половину моста, утворену двома послідовно з'єднаними конденсаторами, навантаження, включену в діагональ змінного струму моста, джерело живлення, підключений до діагоналі постійного струму згаданого моста і шунтуватися сглаживающим конденсатором, а й типову систему управління, що відрізняється тим, що в силову схему пристрою введено додатково чотирьохобмоткову трансформатор з трьома однаковими первинними обмотками і однією вторинною обмоткою, з'єднаної з одним із входів згаданої типової системи управління, причому одна первинна обмотка згаданого трансформатора включена між одним з полюсів джерела живлення і однойменною полюсом діагоналі постійного струму моста, а дві інші первинні обмотки з'єднані між собою відповідно до і зустрічно по відношенню до першої обмотці, їх загальна точка утворює один з висновків діагоналі змінного струму моста і об'єднана з навантаженням, а вільні кінці з'єднані з емітером одного і колектором другого транзисторів, утворюючи разом з цими транзисторами і зворотними діодами напівміст інвертора.
Версія для друку
Дата публікації 17.02.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.