Спосіб регульованого резонансного перетворення постійної напруги

Спосіб регульованого резонансного перетворення постійної напруги, що полягає у створенні 3 79964 накопичувача до джерела живлення через навантаження. Принциповим недоліком вищевказаного способу є неприпустимі перевантаження (збільшення струмів ключів) у випадку перевантажень або короткого замикання в ланцюзі навантаження на номінальній або максимальній частоті. У цьому випадку відбувається нагромадження великої кількості енергії в індуктивних накопичувача х, яка не встигає повернутися до джерела живлення за невеликий проміжок часу (Тк -Т0)/2. Це пов'язане з тим, що має місце примусове обривання струму через ключі, хоча із фронтом, що задається. Таким чином у даному способі необхідним є вживання заходів щодо захисту ключів, що ускладнює його, звужує діапазон регулювання та обмежує область застосування. Пристрій, що реалізує такий спосіб перетворення, являє собою класичний напівмостовий послідовний резонансний перетворювач із ємнісним дільником напруги (ємнісний накопичувач), індуктивний накопичувач із навантаженням включені між стійкою транзисторів напівмоста та середнім виводом ємнісного дільника. Додаткові індуктивні накопичувані включені до гілок або контурів кожного транзистора. Задачею, запропонованого винаходу, є забезпечення великого діапазону регулювання та розширення області застосування. Поставлена задача досягається створенням способу регульованого резонансного перетворення постійної напруги, що полягає у: - створенні коливань з власним періодом То та періодом комутації Тк (Тк >Т0) із використанням ємнісного і індуктивного накопичувана енергії із живленням від джерела постійної напруги та передачею частини енергії до випрямного навантаження, - поверненні надлишку енергії ємнісного накопичувача назад до джерела напруги, - регулюванні напруги навантаження за рахунок зміни Тк , - створенні одночасно із цими або першими коливаннями других коливань із власним періодом Т0 та періодом комутації Тк з використанням того ж ємнісного накопичувача і другого індуктивного накопичувача із живленням від ємнісного накопичувача та передачею частини енергії до випрямного навантаження. Особливістю запропонованого способу є одночасне протікання струмів ключів (без обриву), що дозволяє повернути накопичену енергію індуктивних накопичувачів на максимальній частоті навіть при короткому замиканні. При цьому амплітуда стр умів ключів залишається на рівні номінального значення. Таким чином, спосіб дозволяє працювати в усьому діапазоні частоти та навантажень, що вирішує задачу винаходу. Винахід пояснюється кресленнями на фігура х 1-14, на яких зображено: Фіг.1 - схема запропонованого пристрою; Фіг.2 - епюри струмів та напруг; Фіг.3 - фрагменти еквівалентної схеми пристрою, що пояснюють процеси в інтервалі часу t1-t 2; 4 - Фіг.4 – фрагменти еквівалентної схеми пристрою, що пояснюють процеси в інтервалі часу t2-t 3; - Фіг.5 – фрагменти еквівалентної схеми пристрою, що пояснюють процеси в інтервалі часу t3-t 4; - Фіг.6 - фрагменти еквівалентної схеми пристрою, які пояснюють процеси в інтервалі часу t4-t 5; - Фіг.7 - фрагменти еквівалентної схеми пристрою, що пояснюють процеси в інтервалі часу t5-t 6; - Фіг.8 – фрагменти еквівалентної схеми пристрою, що пояснюють процеси в інтервалі часу t6-t 7; - Фіг.9 - фрагменти еквівалентної схеми пристрою, що пояснюють процеси в інтервалі часу t7-t 8; - Фіг.10 - фрагменти еквівалентної схеми пристрою, що пояснюють процеси в інтервалі часу t8-t 9; - Фіг.11 - фрагменти еквівалентної схеми пристрою, що пояснюють процеси в інтервалі часу t9-t 10; - Фіг.12 - фрагменти еквівалентної схеми пристрою, що пояснюють процеси в інтервалі часу t10-t11 ; - Фіг.13 - фрагменти еквівалентної схеми пристрою, що пояснюють процеси в інтервалі часу t11-(t1+Tк ); - Фіг.14 - родина регулювальних характеристик. Пристрій, що реалізує запропонований спосіб містить керований генератор, що задає імпульси 1, виходи якого з'єднані із затворами транзисторів 2 й 3, які утворюють напівмостову стійку. Емітер транзистора 2 є виводом 1 цієї стійки, а колектор транзистора 3 є виводом 2 стійки. Антипаралельний діод 4 з'єднаний з колектором та емітером транзистора 3. Загальна точка транзисторів 2 і 3 колектор транзистора 2 та емітер транзистора 3 (середній вивід стійки) через ємнісний накопичувач (резонансний конденсатор) 5 підключена до одного з виводів трансформаторно-випрямного навантаження 6. Індуктивні накопичувані (резонансні дроселі) 7, 8 з'єднані послідовно, при цьому їх спільна точка підключена до іншого виводу навантаження 6. Джерело живлення 9 з'єднано з нижнім виводом дроселя 7 та емітером транзистора 2. Верхній вивід дроселя 8 з'єднаний з колектором транзистора 3. Антипаралельний діод 10 підключений до транзистора 2. Спосіб резонансного перетворення здійснюється таким чином. Генератор, що задає імпульси 1 генерує імпульси керування (Фіг.2а,б) тривалістю Т0/2 і регульованим періодом комутації Тк , що по черзі відкривають транзистори 2, 3. В усталеному режимі, в момент часу t1 подають імпульс керування на нижній транзистор 2 при цьому починає протікати синусоїдальний імпульс струму І1 (Фіг.2в) через цей транзистор (перші коливання). Також продовжує протікати струм І2 через антипаралельний діод 4 верхнього транзистора 3 (другі коливання). 5 79964 Інтервал часу t1-t2 становить перший характерний такт роботи. Відповідний фрагмент еквівалентної схеми показаний на Фіг.3. Резонансний конденсатор 5 (з напругою U8, див. Фіг.2 г) перезаряджається через трансформаторновипрямне навантаження 6, що включає у себе трансформатор 6.1, випрямляч 6.2 і власне навантаження 6.3 та перший резонансний дросель 7, що накопичує енергію. У той же час резонансний конденсатор 5 розряджається через другий резонансний дросель 8 (з напругою U8, див. Фіг.2д), що накопичує енергію відповідно до зазначеної полярності. Інтервал часу t2-t 3 становить другий характерний такт роботи. Відповідний фрагмент еквівалентної схеми показаний на Фіг.4. Резонансний конденсатор 5 продовжує перезаряджається через трансформаторно-випрямне навантаження 6 і перший резонансний дросель 7. Резонансний конденсатор 5 розряджається через другий резонансний дросель 8, який вже віддає енергію відповідно до зазначеної полярності. Інтервал часу t3-t4 становить третій характерний такт роботи. Відповідний фрагмент еквівалентної схеми показаний на Фіг.5. Резонансний конденсатор 5 продовжує заряджатися через трансформаторно-випрямне навантаження 6 і перший резонансний дросель 7 (з напругою U7, див. Фіг.2е). В той же час резонансний конденсатор 5 вже заряджається від другого резонансного дроселю 8, що продовжує віддавати енергію відповідно до зазначеної полярності. Інтервал часу t4-t5 становить четвертий характерний такт роботи. Відповідний фрагмент еквівалентної схеми показаний на Фіг.6. Резонансний конденсатор 5 продовжує заряджатися через трансформаторно-випрямне навантаження 6 і перший резонансний дросель 7, що вже віддає енергію відповідно до зазначеної полярності. У той же час резонансний конденсатор 5 продовжує заряджатися від другого резонансного дроселя 8. Інтервал часу t5- t 6 становить п'ятий характерний такт роботи. Відповідний фрагмент еквівалентної схеми показаний на Фіг.7. Резонансний конденсатор 5 заряджається через трансформаторновипрямне навантаження 6 і перший резонансний дросель 7. Інтервал часу t6-17 становить шостий характерний такт роботи. Відповідний фрагмент еквівалентної схеми показаний на Фіг.8. Резонансний конденсатор 5 вже віддає енергію через трансформаторно-випрямне навантаження 6 і перший резонансний дросель 7 до джерела живлення 9. Струм її при цьому змінює свій напрямок. Інтервал часу t 7-t8 становить сьомий характерний такт роботи. Відповідний фрагмент еквівалентної схеми показаний на Фіг.9. Імпульс керування подається на верхній транзистор 3. При цьому 6 починає протікати синусоїдальний імпульс струму І2 (Фіг.2.в) через цей транзистор (другі коливання). Також продовжує протікати струм І1 через антипаралельний діод 10 нижнього транзистора 2 (перші коливання). Резонансний конденсатор 5 віддає енергію через трансформаторно-випрямне навантаження 6 і перший резонансний дросель 7 до джерела живлення 9 і до другого резонансного дроселя 8. Інтервал часу t 8-t 9 становить восьмий характерний такт роботи. Відповідний фрагмент еквівалентної схеми показаний на Фіг.10. Резонансний конденсатор 5 і перший резонансний дросель 7 віддають енергію через трансформаторновипрямне навантаження 6 до джерела живлення 9, а резонансний конденсатор 5 віддає енергію також до другого резонансного дроселя 8. Інтервал часу t 9-t10 становить дев'ятий характерний такт роботи. Відповідний фрагмент еквівалентної схеми показаний на Фіг.11. Всі накопичувачі віддають енергію. Інтервал часу t 10-t11 становить десятий характерний такт роботи. Відповідний фрагмент еквівалентної схеми показаний на Фіг.12. Відбувається перезарядження резонансного конденсатора 5 за рахунок енергії другого резонансного дроселя 8. Інтервал часу t11-t1 становить заключний такт роботи. Відповідний фрагмент еквівалентної схеми показаний на Фіг.13. Відбувається розряд резонансного конденсатора 5. Далі процеси повторюються. Таким чином, на інтервалі часу t 6-t7 відбувається повернення енергії до джерела живлення (зміна напрямку струм у 11). При цьому негативна амплітуда струм у І1 визначається значенням навантаження, а при зменшенні Тк , коли t7 наближається до t6, має місце повернення енергії. Це визначає додаткові переваги способу - позитивна амплітуда струм у не збільшується аж до короткого замикання навантаження. Також відсутня проблема наскрізних стр умів, що спрощує та робить надійним керування транзисторів. Приклад конкретної реалізації винаходу. Перетворювач напруги для станції катодного захисту потужністю 1,8кВт, живився від мережі ~220В, транзистори IRGPC30UD, резонансний конденсатор 5 ємністю 0,15мкФ, резонансні дроселі 7,8 по 25мкГ, період власних коливань Т0=12мкс, коефіцієнт трансформації трансформатора 6,1 дорівнює 1/2, що визначає діапазон номінального навантаження порядку 0,8-2Ом. Для мінімального значення періоду комутації Тк =13мкс (fк =77кГц) і навантаження 1Ом амплітуди струму І1 дорівнюють відповідно +29А та -7А. Для навантаження 0,5Ом амплітуди струму І 1 дорівнюють відповідно +29А та -14А. У випадку короткого замикання: +29А та-21А. На Фіг.14 зображене сімейство регулювальних характеристик, що підтверджують винахід. 7 79964 8 9 79964 10 11 Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 79964 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601