RU2669382C1 - Способ генерации электрических квазигармонических колебаний в индуктивно-резистивной нагрузке - Google Patents
Способ генерации электрических квазигармонических колебаний в индуктивно-резистивной нагрузке Download PDFInfo
- Publication number
- RU2669382C1 RU2669382C1 RU2017141616A RU2017141616A RU2669382C1 RU 2669382 C1 RU2669382 C1 RU 2669382C1 RU 2017141616 A RU2017141616 A RU 2017141616A RU 2017141616 A RU2017141616 A RU 2017141616A RU 2669382 C1 RU2669382 C1 RU 2669382C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power
- inductive
- circuit
- switching elements
- load
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003129 oil well Substances 0.000 abstract description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания током ультразвуковой частоты индукционных нагревателей, акустических излучателей или иных индуктивно-резистивных нагрузок, расположенных внутри нефтяных скважин. Заявлен способ генерации сигнала на базе полумостового преобразователя, в диагональ которого включен колебательный контур из последовательно включенных конденсатора и индуктивно-резистивной нагрузки. Способ базируется на поочередной коммутации силовых транзисторов полумоста, вследствие которой происходит преобразование энергии постоянного тока, поступающей от наземного источника питания, в квазигармонические колебания тока в нагрузке. Коммутация ключей происходит в близкой окрестности момента перехода тока нагрузки через 0: размыкание одного - накануне перехода, замыкание другого - после него. Гарантированная временная пауза между активными фазами преобразования сохраняется неизменной, минимально-необходимой для надежной работы силовых ключей. Это позволяет обеспечить режим максимальной мощности полезного сигнала при сохранении высокого кпд и умеренных требованиях к элементам силовой цепи преобразователя. Управление частотой выходного тока, необходимое для нагрузок в виде генератора акустической волны, осуществляется путем изменения полной индуктивности силового колебательного контура преобразователя. 2 ил.
Description
Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для питания индуктивно-резистивной нагрузки переменным током квазигармонической формы. Такой нагрузкой могут быть индукционные нагреватели обсадной трубы скважины с тяжелой высоковязкой нефтью или устройства ультразвукового акустического воздействия на нефтяной коллектор, которым требуется питание от близко расположенного генератора сигналом с частотой ~104 Гц и мощностью ~103 Вт [1]. Это указывает на необходимость разработки новых способов преобразования энергии и создания на этой основе компактных генераторов электрических колебаний, обладающих высокой энергетической эффективностью и надежностью работы в условиях нефтяной скважины.
Известен способ генерации электромагнитных колебаний, реализованный на основе полумостового преобразователя энергии [2], в котором осуществляется ключевой режим работы переключающих элементов. Его недостатком является ступенчатый характер напряжения на нагрузке, что нежелательно при генерации акустических волн из-за непроизводительных затрат энергии на возбуждение высших гармоник сигнала.
Известен способ генерации колебаний в полумостовом преобразователе, который описан в [3] и выбран в качестве прототипа. Здесь постоянное входное напряжение подается на два последовательно включенных переключающих элемента и симметричный емкостной делитель, переключающие элементы включаются поочередно с временной паузой Δt и передают энергию в колебательный контур, включенный между общими точками двух переключающих элементов и конденсаторов делителя, возбуждая в нем квазигармонические электромагнитные колебания. Коммутация переключающих элементов здесь производится в моменты нулевого тока в контуре, что позволяет существенно снизить коммутационные потери, увеличить к.п.д. и надежность преобразователя.
В прототипе осуществляется плавная регулировка и стабилизация напряжения выходного сигнала, достигаемая изменением частоты переключения транзисторов посредством принудительного регулирования временной паузы Δt между их рабочими импульсами. Это снижает среднюю мощность генерации, увеличивает требования к элементам силовой цепи, затрудняет ее размещение в погружаемой капсуле, что является недостатком прототипа. Другим недостатком является невозможность его использования для питания генератора ультразвуковых акустических волн, так как в этом случае от источника питания требуется квазигармонический сигнал с возможностью подстройки его частоты под рабочий акустический резонанс.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение мощности генератора электрических квазигармонических колебаний за счет сокращения временной паузы между рабочими импульсами и обеспечения управления частотой выходного сигнала посредством изменения полной индуктивности колебательного контура.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе, когда постоянное напряжение подается на два последовательно включенных переключающих элемента и симметричный емкостной делитель напряжения, осуществляется поочередное включение переключающих элементов с временной паузой Δt и возбуждаются колебания в контуре, включенном между общими точками двух переключающих элементов и конденсаторов делителя, причем колебания возбуждают в резонансном режиме в контуре, состоящем из последовательно соединенных индуктивно-резистивной нагрузки и конденсатора, переключающие элементы поочередно выключают за время Δt1 до момента перехода тока нагрузки через 0, а включают спустя время Δt2 после перехода тока нагрузки через 0 при выполнении условия Δt1 + Δt2 ≥ Δt, временную паузу Δt фиксируют на уровне минимально-необходимого времени срабатывания переключающих элементов, а управляют частотой колебаний путем изменения полной индуктивности L контура в пределах
где С - емкость контура, ƒ0 - номинальная частота, а 
- требуемый диапазон ее перестройки.
Индуктивность L в формуле (1) определяется суммой L=L1+L2, где L1 - эквивалентная индуктивность нагрузки, L2 - индуктивность катушки настройки. Емкость 
составляют емкости С1 конденсатора колебательного контура и С2 каждого из конденсаторов емкостного делителя напряжения. Ток в нагрузке носит квазигармонический характер. Резонансная круговая частота колебательного контура определяется следующим выражением
а формула (1) является его прямым следствием.
Варьируя индуктивность катушки настройки, можно осуществлять изменение частоты генерируемых электромагнитных колебаний. Оптимальное значение частоты генерации электромагнитных колебаний 
лежит в пределах (10-25) кГц.
Возможный вариант реализации предлагаемого технического решения поясняется схемой, представленной на фиг. 1, в которой приняты следующие обозначения: 1, 2 - переключающие элементы в виде силовых транзисторов со встречными диодами, 3 - емкостной делитель напряжения, 4 - колебательный контур из катушки 5 и конденсатора 6, 7 - датчик тока нагрузки, 8 - устройство управления силовыми транзисторами.
Ток i(t), - см. временную диаграмму фиг. 2, - протекая по первичной обмотке трансформатора датчика тока 7, формирует на выходе датчика тока напряжение u(t), которое действует на входе устройства управления 8. Сигнал преобразуется от аналоговых уровней переключения u1 и u2 к цифровому виду с логическими уровнями «0» и «1», - см. диаграмму UCK на фиг. 2, - последний используется для формирования импульсов управления силовыми ключами 1 и 2. Таким образом, в предлагаемом способе осуществляется формирование в нагрузке квазигармонического тока с частотой, которую подстройкой индуктивности можно сделать равной частоте, обеспечивающей оптимальный (резонансный) режим преобразования электромагнитной энергии в энергию акустической волны.
Надежность реализации предлагаемого способа обусловлена существованием временной паузы Δt. Поскольку величина паузы регулируется надлежащим выбором уровней u1 и u2, она может быть сделана минимально необходимой, тогда мощность выходного электромагнитного сигнала преобразователя будет близка к максимально возможной.
Таким образом, заявленный способ генерации квазигармонических колебаний в индуктивно-резистивной нагрузке обеспечивает повышение полезной мощности и возможность управления их частотой при сохранении к.п.д. на уровне прототипа.
Источники информации:
1. Патент РФ на полезную модель №168526 «Формирователь температурного и акустического полей в скважине». Авт. Богданович Б.Ю. и др. Дата регистрации в Гос. реестре РФ 07.02.2017.
2. Б.Ю. Семенов. Силовая электроника для любителей и профессионалов. Солон-Р. М., 2001 г., 327 с.
3. S. Yang, G. Castino. Резонансный преобразователь мощностью 500 Вт с частотой 100 кГц на МОП-транзисторах. http://irf.ru/pdf/articles/AN-965.pdf, с. 328.
Claims (3)
- Способ генерации электрических квазигармонических колебаний в индуктивно-резистивной нагрузке, заключающийся в том, что подается постоянное напряжение на два последовательно включенных переключающих элемента и симметричный емкостной делитель напряжения, осуществляется поочередная коммутация переключающих элементов с временной паузой Δt, возбуждаются колебания в контуре, включенном между общими точками двух переключающих элементов и конденсаторов делителя, отличающийся тем, что возбуждают колебания в резонансном режиме в контуре в виде последовательно соединенных индуктивно-резистивной нагрузки и конденсатора, причем выключают переключающие элементы поочередно за время Δt1 до момента перехода тока нагрузки через 0, а включают спустя время Δt2 после перехода тока нагрузки через 0 при выполнении условия Δt1+Δt2≥Δt, временную паузу Δt фиксируют на уровне минимально-необходимого времени срабатывания переключающих элементов и управляют частотой колебаний путем изменения полной индуктивности L контура в пределах
- ,
- где С - емкость контура,- номинальная частота, а
- требуемый диапазон ее перестройки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017141616A RU2669382C1 (ru) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Способ генерации электрических квазигармонических колебаний в индуктивно-резистивной нагрузке |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017141616A RU2669382C1 (ru) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Способ генерации электрических квазигармонических колебаний в индуктивно-резистивной нагрузке |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2669382C1 true RU2669382C1 (ru) | 2018-10-11 |
Family
ID=63862215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017141616A RU2669382C1 (ru) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Способ генерации электрических квазигармонических колебаний в индуктивно-резистивной нагрузке |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2669382C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109245658A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-01-18 | 丁毅 | 单相电机的调压装置 |
| RU197581U1 (ru) * | 2020-02-25 | 2020-05-15 | Эдуард Владимирович Малик | Портативный индукционный нагреватель |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5774351A (en) * | 1996-05-21 | 1998-06-30 | National Science Council | Series resonant DC-to-AC inverter system |
| RU2457607C1 (ru) * | 2011-06-23 | 2012-07-27 | Евгений Владимирович Куприянов | Полумостовой транзисторный инвертор |
| RU2458450C2 (ru) * | 2009-07-24 | 2012-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника" | Способ управления автономным согласованным инвертором с квазирезонансной коммутацией |
-
2017
- 2017-11-29 RU RU2017141616A patent/RU2669382C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5774351A (en) * | 1996-05-21 | 1998-06-30 | National Science Council | Series resonant DC-to-AC inverter system |
| RU2458450C2 (ru) * | 2009-07-24 | 2012-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника" | Способ управления автономным согласованным инвертором с квазирезонансной коммутацией |
| RU2457607C1 (ru) * | 2011-06-23 | 2012-07-27 | Евгений Владимирович Куприянов | Полумостовой транзисторный инвертор |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109245658A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-01-18 | 丁毅 | 单相电机的调压装置 |
| RU197581U1 (ru) * | 2020-02-25 | 2020-05-15 | Эдуард Владимирович Малик | Портативный индукционный нагреватель |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1806954B1 (en) | High-frequency heating power supply device | |
| JP6073059B2 (ja) | 手術器用高周波電流提供器及び方法 | |
| JPWO2016080045A1 (ja) | ワイヤレス給電システム | |
| US11863090B2 (en) | Circuit for producing electrical energy | |
| Kushino et al. | Piezoelectric energy harvesting circuit using full-wave voltage doubler rectifier and switched inductor | |
| RU2669382C1 (ru) | Способ генерации электрических квазигармонических колебаний в индуктивно-резистивной нагрузке | |
| JP2019530416A (ja) | コンデンサ感知を用いる共振整流器回路 | |
| Nagarajan et al. | Phase locked loop based pulse density modulation scheme for the power control of induction heating applications | |
| Vasic et al. | Piezoelectric transformer-based DC/DC converter with improved burst-mode control | |
| EP1696547A1 (en) | Discharge lamp operation device and lighting fixture | |
| RU172407U1 (ru) | Управляемый резонансный инвертор тока | |
| JP7151034B2 (ja) | 制御回路、および、ｄｃ／ｄｃコンバータ装置 | |
| JP2002017090A (ja) | 圧電トランスの駆動方法および駆動装置 | |
| JP4879556B2 (ja) | 高電圧充電器 | |
| JP4617855B2 (ja) | 誘導加熱装置 | |
| RU188459U1 (ru) | Блок управления и генерирования мощного ультразвукового сигнала | |
| RU2629946C1 (ru) | Вентильный электропривод колебательного движения | |
| RU2666191C1 (ru) | Устройство для возбуждения пьезоэлементов электроакустических преобразователей | |
| RU194944U1 (ru) | Ключевой двухтактный генератор гармонических колебаний | |
| RU2210100C2 (ru) | Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока | |
| CN112673561B (zh) | 电力变换装置以及电力变换装置的控制方法 | |
| RU43796U1 (ru) | Устройство ультразвуковой очистки теплоагрегатов от отложений | |
| JP2004248441A (ja) | 交流−直流変換装置 | |
| RU2183900C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения в переменное высокой частоты | |
| Hothongkham et al. | Analysis and comparison study of PWM and phase-shifted PWM full-bridge inverter fed high-voltage high-frequency ozone generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191130 |