close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13277

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.06.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 02M 5/00
G 05F 1/10
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ИНВЕРТОРНОГО ТИПА
(21) Номер заявки: a 20070591
(22) 2007.05.18
(43) 2008.12.30
(71) Заявители: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению"; Открытое акционерное общество "Давид-Городокский электромеханический завод"
(BY)
(72) Авторы: Говор Геннадий Антонович; Авдейчук Сергей Владимирович (BY)
BY 13277 C1 2010.06.30
BY (11) 13277
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатели: Государственное
научно-производственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению"; Открытое акционерное общество "Давид-Городокский электромеханический завод"
(BY)
(56) КОВАЛЕВ Н. Компоненты и технологии. - 2005. - № 1. - С. 16-18.
RU 2025881 C1, 1994.
EA 200501264 A1, 2006.
SU 1543392 A1, 1990.
GB 1490768 A, 1977.
WO 03/098789 A1.
(57)
Источник питания инверторного типа, содержащий преобразователь переменного промышленного напряжения в постоянное напряжение, фазовый регулятор мощности, полумостовой однотактный инвертор резонансного типа, блок управления инвертором и
регулятором мощности, отличающийся тем, что сердечник высокочастотного трансформатора инвертора выполнен из композиционного магнитно-мягкого материала с высокой
индукцией насыщения; резонансный конденсатор инвертора выполнен из двух конденсаторов с суммарной емкостью, определяемой из условий резонанса для среднего значения
индуктивности трансформатора инвертора, и соотношением величин емкостей первого
конденсатора ко второму в пределах от 1 : 1 до 1 : 2, соединенных параллельно через диод,
Фиг. 1
BY 13277 C1 2010.06.30
положительный электрод которого соединен с первым конденсатором, а отрицательный
электрод - со вторым конденсатором, резонансный конденсатор подключен к преобразователю через транзистор регулятора мощности.
Изобретение относится к источникам питания инверторного типа для сварочных аппаратов и ряда других устройств, где требуется преобразование входного промышленного
напряжения, регулирование и поддержание выходных параметров.
Известен источник питания, построенный по схеме однотактного прямоходового инверторного преобразователя [1]. В прямоходовом преобразователе энергия в нагрузку поступает в процессе намагничивания сердечника трансформатора.
Недостатком однотактного прямоходового преобразователя является невозможность
ограничения выходной мощности.
Известен также источник питания по схеме однотактного обратноходового преобразователя [1]. В этом источнике в первом полупериоде сердечник намагничивается, а энергия
в нагрузку поступает только при размагничивании сердечника во втором полупериоде.
Недостатком однотактных преобразователей является их работа по частному циклу
намагничивания сердечника. При использовании в качестве сердечников ферритов в силу
значительной нелинейности петли частный цикл весьма незначителен 0,1-0,2Т. Все это
определяет возможность использования однотактных преобразователей на ферритовых
сердечниках только для малых мощностей до 10-100 Вт.
Также известен источник питания по схеме двухтактного преобразователя, позволяющий при использовании ферритовых сердечников повысить мощность до 1 кВт и выше
[2]. В двухтактной схеме в течение первого полупериода происходит намагничивание сердечника, а во втором - его перемагничивание в противоположном направлении. При этом
энергия в нагрузку поступает как в первом, так и во втором полупериодах.
Недостатком двухтактных преобразователей является отсутствие ограничения пикового потребления энергии от промышленной сети, как в случае обратноходового преобразователя. Кроме того, при работе на переменную нагрузку, например, сварочного
трансформатора в режимах рабочем и короткого замыкания, условия закрытия ключевых
транзисторов меняются. Изменение режима нагрузки может привести к сквозному открытию двух транзисторов двухтактного преобразователя и выходу его из строя.
Наиболее близким по технической сущности является источник питания, содержащий
преобразователь промышленного переменного напряжения в постоянное, фазовый регулятор мощности, однотактный полумостовой инвертор резонансного типа, блок управления инвертором и регулятором мощности [2], в котором энергия в нагрузку поступает при
намагничивании сердечника по частному циклу, а рекуперация магнитной энергии сердечника происходит через диоды при его размагничивании. Указанный преобразователь
принят в качестве прототипа настоящего изобретения.
Недостатком указанного источника питания с однотактным полумостовым преобразователем при использовании ферритовых сердечников является его невысокая мощность.
Кроме того, в указанной схеме преобразователя отсутствует возможность ограничения в
потреблении энергии от промышленной сети.
Задачей настоящего изобретения является разработка простого и надежного источника
питания на основе однотактного полумостового резонансного преобразователя инверторного типа мощностью до 10 кВт с заданным предельным пиковым потреблением энергии
от промышленной сети, регулированием и поддержанием выходных параметров.
Поставленная задача в источнике питания инверторного типа, содержащем преобразователь переменного промышленного напряжения в постоянное напряжение, фазовый регулятор мощности, однотактный полумостовой инвертор резонансного типа, блок
управления инвертором и регулятором мощности, решена тем, что сердечник высокочас2
BY 13277 C1 2010.06.30
тотного трансформатора инвертора выполнен из композиционного магнитно-мягкого материала с высокой индукцией насыщения; резонансный конденсатор инвертора выполнен
из двух конденсаторов с суммарной емкостью, определяемой из условий резонанса для
среднего значения индуктивности трансформатора инвертора, и соотношением величин
емкостей первого конденсатора ко второму в пределах от 1 : 1 до 1 : 2, соединенных параллельно через диод, положительный электрод которого соединен с первым конденсатором, а отрицательный электрод - со вторым конденсатором, резонансный конденсатор
подключен к преобразователю через транзистор регулятора мощности.
Суммарная величина емкости составного конденсатора определяется из условий резонанса для среднего значения индуктивности высокочастотного трансформатора, а соотношение величин емкостей между первым и вторым конденсаторами лежит в пределах от
1 : 1 до 1 : 2.
Настоящее изобретение описано более подробно на примере предпочтительных вариантов их выполнения, которые приведены со ссылкой на прилагаемые чертежи и не ограничивают объем правовой охраны.
Фиг. 1 - схема источника питания с полумостовым резонансным инверторным преобразователем.
Фиг. 2 - формы импульсов управления транзисторами инвертора 15 и форма импульсов управления транзистором регулирования мощности 16.
Заявляемый источник питания, схема которого приведена на фиг. 1, включает в себя
следующие элементы: преобразователь переменного промышленного напряжения в постоянное (AC-DC преобразователь) 1 с конденсатором 2, транзистор 3 Т1 управления
мощностью, составной резонансный конденсатор 4 С2 и 6 С3 полумостового инвертора,
разделяющий диод 5 D1, транзисторы 7 Т2 и 8 Т3 инвертора, высокочастотный трансформатор 9 Тr2, рекуперирующие диоды 10 D2 и 11 D3, трансформатор тока 12 Тr1, блок 13
управления инвертором и регулятором мощности, фазовый регулятор мощности 14.
Заявляемый источник питания работает следующим образом. При подаче сетевого напряжения включается блок 13 управления инвертором и регулятором мощности, вырабатывающий управляющие импульсы (15, фиг. 2) на транзисторах 7 Т2 и 8 Т3 инвертора и
импульсы (16, фиг. 2) на транзисторе Т1 регулятора мощности. При включении переключателя SO при отключенных транзисторах инвертора открывается транзистор Т1 регулятора
мощности. При этом происходит заряд составного конденсатора С2 и С3. После закрытия
транзистора Т1 и одновременного открытия транзисторов инвертора Т2 и Т3 в цепи первичной обмотки высокочастотного трансформатора Тr2 протекает импульс тока. При этом сердечник трансформатора намагничивается до определенного значения магнитной индукции.
При закрытии транзисторов инвертора Т2 и Т3 магнитный сердечник высокочастотного трансформатора размагничивается до исходного нулевого значения магнитной индукции. Индуцируемое при рекуперации энергии магнитного сердечника напряжение
инвертируется посредством диодов D2, D3 и заряжает конденсатор С3. Одновременно с
этим открывается транзистор Т1, заряжающий емкость С2 до номинального значения.
При этом диод D1 выступает в качестве затвора, разделяющего процессы рекуперации
энергии магнитного сердечника и заряда конденсатора С2 от промышленной сети.
В дальнейшем описанный цикл работы инвертора повторяется.
В схеме инвертора (фиг. 1) имеется трансформатор тока 12 (Тr1), сигнал с которого
управляет работой фазового регулятора мощности 14. А именно, низкочастотный фазоимпульсный регулятор поддерживает заданное значение выходного тока нагрузки.
Схему резонансного однотактного полумостового инвертора предпочтительно использовать с сердечником высокочастотного трансформатора на композиционном магнитномягком материале, например на основе железного порошка ASC 100.29 или других железных порошков. Линейная часть кривой намагничивания - намагничивание с минимальными потерями - для композиционного материала составляет величину порядка В = 1 Тл,
тогда как для ферритов с зазором эта величина не превышает В = 0,1-0,2 Тл.
3
BY 13277 C1 2010.06.30
Суммарная емкость составного трансформатора определяется из условий резонанса для
среднего значения индуктивности высокочастотного трансформатора. Для применяемого
композиционного магнитно-мягкого материала на основе железного порошка ASC 100.29
начальная магнитная проницаемость составляет µ0 = 100-150, максимальная магнитная
проницаемость лежит в пределах µ = 500-750. Расчетное значение суммарной емкости резонансного определяется из среднего значения µ = 300-350. Величина разрядной емкости
С3 определяется из минимального значения проницаемости µ = 150-200. В результате соотношение емкостей С2 и С3 будет в пределах от 1 : 1 до 1 : 2.
Преимуществом предлагаемой схемы является тот факт, что эффективное значение
тока как в рабочем режиме, так и при любой пиковой перегрузке, например в случае короткого замыкания во вторичной обмотке, определяется из отношения заряда на конденсаторах С2, С3 ко времени его разряда:
Iэфф = Q/ти = СU2/2ти,
где Q - заряд конденсаторов С2 и С3, С - суммарная емкость конденсаторов С2, С3 резонансного контура, U - напряжение на конденсаторах С2, С3, ти - длительность периода
включения транзисторов инвертора Т2, Т3.
Поскольку значения эффективного тока в рабочем и режиме короткого замыкания задаются параметрами схемы, это позволяет отказаться от необходимости дополнительной
защиты от превышения максимального тока в цепи нагрузки.
В качестве примера изготовлен источник питания с резонансным полумостовым инвертором мощностью до 3 кВт при частоте переключения инвертора 80 кГц. В источнике
использовался высокочастотный трансформатор на композиционном магнитном материале. Размеры сердечника - кольцо 65x35x30 мм. Исследование источника питания для сварочного аппарата показало его надежность как в рабочем режиме, так и в режиме
короткого замыкания. При этом величина выходных параметров источника плавно изменяется от нулевых значений до максимального и стабилизируется в пределах 1 % от заданного значения.
Источники информации:
1. Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - С. 15-20.
2. Ковалев Н. Компоненты и технологии. - № 1. - 2005. - С.16-18.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
141 Кб
Теги
by13277, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа