PL223090B1 - Izolowany rezonansowy zasilacz prądu stałego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest izolowany rezonansowy zasilacz prądu stałego, stosowany zwłaszcza w warunkach wymagających wysokonapięciowej izolacji pomiędzy obwodami wejściowymi i wyjściowymi, do stosowania bezpośrednio w komorach wysokonapięciowych rozdzielnic średniego napięcia.

Większość znanych izolowanych rezonansowych zasilaczy prądu stałego ma izolację pomiędzy obwodem pierwotnym i wtórnym na poziomie pojedynczych kilowoltów. Ponadto obudowa znanych zasilaczy nie posiada karbowania i składa się z dwóch, całkowicie odseparowanych przestrzeni, przez co nie zapewnia odpowiednio długiej drogi przepływu dla powierzchniowych prądów pełzających.

Znanym rozwiązaniem są klasyczne układy zasilaczy z izolacją obwodów wejściowych i wyjściowych. Rozwiązania te nie wykorzystują zjawiska rezonansu do zwiększenia skuteczności przekazu energii oraz izolacja pomiędzy obwodami jest realizowana poprzez wykonanie uzwojeń za pomocą izolowanych przewodów lub rozdzielenia uzwojeń przez nawinięcie ich w odsuniętych od siebie miejscach na wspólnym rdzeniu. Ten sposób izolacji jest wystarczający do poziomu kilku kilowoltów. Ponadto obudowa zewnętrzna takich zasilaczy, przez brak odpowiedniego karbowania, nie spełnia warunku odpowiednio długiej drogi dla prądów pełzających.

Inne znane rozwiązanie wysokonapięciowego zasilacza wykorzystującego obwody rezonansowe opisane jest w patencie US2013045023 (A1). Zasilacz ten wykorzystuje zjawisko rezonansu elementów piezoelektrycznych i nie posiada sprzężenia magnetycznego. Taka konstrukcja uniemożliwia też trwałe odseparowanie obwodu wejściowego i wyjściowego w postaci umieszczenia ich w osobnych komorach.

Inne znane rozwiązanie zasilacza rezonansowego opisane jest w patencie PL385472 (A1). Zasilacz ten posiada izolację pomiędzy wejściem i wyjściem wykonaną w postaci odseparowanych uzwojeń w transformatorze, ograniczającą poziom napięcia izolacji do maksymalnie kilku kilowoltów.

Inne znane rozwiązania zasilacza rezonansowego opisane są w opisach patentowych US2006262576 (A1), US2006176714 (A1), EP1684405 (A1), US2006077600 (A1), US2005281059 (A1) i US2006114697 (A1). Zasilacze te posiadają izolację pomiędzy wejściem i wyjściem wykonaną w postaci odseparowanych uzwojeń w transformatorze oraz poprzez transoptor sprzężenia zwrotnego, co ogranicza poziom napięcia izolacji do maksymalnie kilku kilowoltów. Niemożliwe jest umies zczenie obwodów wejściowego i wyjściowego w osobnych komorach.

Inne znane rozwiązania zasilaczy rezonansowych opisane są w patentach PL395844 (A1), PL 395846 (A1), PL348014 (A1), WO2013017456(A1). W rozwiązaniach tych nie jest zapewniona izolacja pomiędzy obwodami wejściowymi i wyjściowymi oraz nie posiadają uzwojeń sprzężonych magnetycznie.

Innym znanym rozwiązaniem jest zasilacz rezonansowy opisany w patencie PL313150(A1). Zasilacz ten posiada równoległy obwód rezonansowy i nie zapewnia wysokiej izolacji przez brak trwałego odseparowanie obwodu wejściowego i wyjściowego w postaci umieszczenia ich w osobnych komorach.

Izolowany rezonansowy zasilacz prądu stałego według wynalazku zbudowany jest z nawiniętego na rdzeniu uzwojenia nadawczego i uzwojenia odbiorczego nawiniętego na drugim rdzeniu, które są ułożone na wprost siebie, z zachowaniem sprzężenia magnetycznego i umieszczone po obu stronach diamagnetycznej przegrody izolacyjnej trwale połączonej z obudową będącą izolatorem. Uzwojenie nadawcze jest dołączone przez kondensator, z którym tworzy szeregowy obwód rezonansowy, do generatora rezonansowego, do którego jest doprowadzone napięcie wejściowe. Uzwojenie odbiorcze natomiast dołączone jest przez kondensator, z którym tworzy szeregowy obwód rezonansowy, do prostownika rezonansowego, z którego jest pobierane napięcie wyjściowe.

Zaletą izolowanego rezonansowego zasilacza prądu stałego według wynalazku jest możliwość uzyskania izolacji pomiędzy napięciem wejściowym i wyjściowym na poziomie kilkudziesięciu kilowo ltów, wymaganym w elektroenergetyce, przy czym odpowiednie rozmiary izolatora i grubość przegrody izolacyjnej umożliwiają zapewnienie również wyższych napięć izolacji. Konstrukcja obudowy w postaci dwukomorowego izolatora posiadającego z zewnątrz karby, połączonego trwale z wewnętrzną przegrodą, zapewnia odpowiednio długą drogę dla prądów pełzających. Wysoka skuteczność przekazu energii poprzez pole magnetyczne i niewielkie straty energii dzięki pracy w rezonansie gwarantują niewielki poziom samonagrzewania się układów zasilacza.

PL 223 090 B1

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania przedstawionym schem atycznie na rysunku.

Izolowany rezonansowy zasilacz prądu stałego zbudowany jest w obudowie będącej izolatorem IZ, wewnątrz którego znajduje się trwale z nim połączona diamagnetyczna przegroda izolacyjna PI, rozdzielająca izolator IZ na dwie komory. W jednej z nich umieszczony jest generator rezonansowy GR, zasilany napięciem wejściowym NWE, do którego poprzez kondensator CN dołączone jest szeregowo uzwojenie nadawcze UN nawinięte na rdzeniu RN. Po drugiej stronie diamagnetycznej przegrody izolacyjnej PI znajduje się nawinięte na rdzeniu RO uzwojenie odbiorcze UO, dołączone szeregowo poprzez kondensator CO do prostownika rezonansowego PR z którego pobierane jest napięcie wyjściowe NWY. Rdzenie RN i RO umieszczone są po obu stronach diamagnetycznej przegrody izolacyjnej PI w taki sposób, aby sprzężenie magnetyczne SM pomiędzy rdzeniami było najsilniejsze. Dzięki temu pole magnetyczne wzbudzone przez uzwojenie nadawcze UN, pracujące w rezonansie szeregowym z kondensatorem CN, wzbudzanym przez generator rezonansowy GR, oddziałuje na rdzeń RO. Skoncentrowane w rdzeniu RO pole magnetyczne indukuje prąd na nawiniętym na nim uzwojeniu odbiorczym UO, które tworzy szeregowy układ rezonansowy z kondensatorem CO, dołączony do prostownika rezonansowego PR, na którego wyjściu otrzymujemy napięcie wyjściowe NWY. Częstotliwość pracy generatora rezonansowego GR jest dobrana do rezonansu szeregowego wynikającego z indukcyjności uzwojenia nadawczego UN i pojemności kondensatora CN oraz rezonansu szeregowego wynikającego z indukcyjności uzwojenia odbiorczego UO i pojemności kondensatora CO. Dzięki temu można uzyskać maksymalny prąd płynący z generatora rezonansowego GR i najsilniejsze sprzężenie magnetyczne SM umożliwiające optymalny przekaz energii poprzez diamagnetyczną przegrodę izolacyjną PI.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Izolowany rezonansowy zasilacz prądu stałego zawierający izolator, generator, prostownik, kondensatory, uzwojenia i rdzenie, znamienny tym, że zawiera uzwojenie nadawcze (UN) nawinięte na rdzeniu (RN) i uzwojenie odbiorcze (UO) nawinięte na rdzeniu (RO), ułożone na wprost siebie, z zachowaniem sprzężenia magnetycznego (SM), umieszczone po obu stronach diamagnetycznej przegrody izolacyjnej (PI) trwale połączonej z obudową będącą izolatorem (IZ), przy czym uzwojenie nadawcze (UN) jest dołączone przez kondensator (CN), z którym tworzy szeregowy obwód rezonansowy, do generatora rezonansowego (GR), do którego jest doprowadzone napięcie wejściowe (NWE), a uzwojenie odbiorcze (UO) dołączone jest przez kondensator (CO), z którym tworzy szeregowy obwód rezonansowy, do prostownika rezonansowego (PR), z którego jest pobierane napięcie wyjściowe (NWY).