RU93597U1 - INDUCTIVE CAPACITY CONVERTER - Google Patents
INDUCTIVE CAPACITY CONVERTER Download PDFInfo
- Publication number
- RU93597U1 RU93597U1 RU2009143543/22U RU2009143543U RU93597U1 RU 93597 U1 RU93597 U1 RU 93597U1 RU 2009143543/22 U RU2009143543/22 U RU 2009143543/22U RU 2009143543 U RU2009143543 U RU 2009143543U RU 93597 U1 RU93597 U1 RU 93597U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- unit
- transformer
- capacitor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Индуктивно-емкостный преобразователь, содержащий источник ЭДС, последовательно соединенный с конденсаторным блоком, трансформаторный блок и нагрузку, отличающийся тем, что введены первый датчик напряжения, первый датчик тока, второй датчик напряжения, решающее устройство, блок управления и контроля, второй датчик тока, контактор, при этом первый датчик напряжения первым входом соединен с выходом источника ЭДС и с первым входом конденсаторного блока, первый выход которого соединен со вторым входом первого датчика напряжения и со входом первого датчика тока, первый выход которого связан со входом второго датчика напряжения и с первым входом трансформаторного блока, второй вход/выход которого является первым выходом/входом решающего устройства, второй выход/вход которого является вторым входом/выходом конденсаторного блока, выходы первого и второго датчиков напряжения, а также второй выход первого датчика тока связаны соответственно с третьим, четвертым и пятым входами решающего устройства, шестой вход/выход которого соединен с выходом/входом блока управления и контроля, седьмой вход решающего устройства соединен с первым выходом второго датчика тока, вход которого связан с третьим выходом трансформаторного блока, а второй выход второго датчика тока - с первым входом контактора, второй вход которого соединен с восьмым выходом решающего устройства, а выход контактора - с входом нагрузки, причем конденсаторный и трансформаторный блоки выполнены с регулированием реактивного сопротивления, при этом конденсаторный блок содержит n+1 конденсаторов, (где n - любое целое неотрицательное число, определяющее ди� An inductive-capacitive converter containing an EMF source connected in series with a capacitor unit, a transformer unit and a load, characterized in that the first voltage sensor, the first current sensor, the second voltage sensor, a solver, a control and monitoring unit, a second current sensor, a contactor are introduced wherein the first voltage sensor by the first input is connected to the output of the EMF source and to the first input of the capacitor unit, the first output of which is connected to the second input of the first voltage sensor and to the input the first current sensor, the first output of which is connected to the input of the second voltage sensor and with the first input of the transformer unit, the second input / output of which is the first output / input of the solver, the second output / input of which is the second input / output of the capacitor unit, the outputs of the first and second voltage sensors, as well as the second output of the first current sensor are connected respectively to the third, fourth and fifth inputs of the solver, the sixth input / output of which is connected to the output / input of the control unit and For, the seventh input of the solver is connected to the first output of the second current sensor, the input of which is connected to the third output of the transformer unit, and the second output of the second current sensor is connected to the first input of the contactor, the second input of which is connected to the eighth output of the solver, and the output of the contactor load input, and the capacitor and transformer blocks are made with reactance regulation, while the capacitor block contains n + 1 capacitors, (where n is any non-negative integer that defines
Description
Индуктивно-емкостный преобразователь относится к области электротехники и может быть использован в системах питания и распределения электрической энергии в качестве преобразователя источника ЭДС в источник тока для питания устройств электротермии, оптических квантовых генераторов, для заряда емкостных накопителей, аккумуляторных батарей, в установках магнитно-импульсной обработки металлов, в генераторах накачки импульсных лазеров, в машинах конденсаторной контактной электросварки, в установках техники физических экспериментов и т.д.Inductive-capacitive converter belongs to the field of electrical engineering and can be used in power supply and distribution of electrical energy as a converter of an EMF source into a current source for powering electrothermal devices, optical quantum generators, for charging capacitive storage devices, rechargeable batteries, in magnetic pulse processing plants metals, in pulsed laser pump generators, in capacitor contact electric welding machines, in equipment for physical experiments and etc.
Практически во всех источниках электропитания неизменным током, использующих индуктивно-емкостный преобразователь (ИЕП), в качестве согласующего элемента и (или) гальванической развязки применяются трансформаторы, в которых присутствуют индуктивность намагничивания Lµ и индуктивность рассеяния LS.In almost all direct current power sources using an inductance-capacitive converter (IEP), transformers are used as a matching element and (or) galvanic isolation, in which there are magnetization inductance L µ and leakage inductance L S.
Известна Г-образная схема Бушеро (Белостоцкий Б.Р., Любавский Ю.В., Овчинников В.М. Основы лазерной техники. М., «Советское радио», 1972, стр.245, рис.4.7.а), которая представляет собой устройство, состоящее из настроенного в резонанс последовательного колебательного LC-контура, подключенного к источнику гармонической ЭДС (источник ЭДС), причем нагрузка подключена параллельно конденсатору.Known for the Bushero L-shaped scheme (Bilostotsky B.R., Lyubavsky Yu.V., Ovchinnikov V.M. Fundamentals of laser technology. M., "Soviet Radio", 1972, p. 245, Fig. 4.7.a), which It is a device consisting of a series-tuned oscillatory LC circuit connected to a harmonic EMF source (EMF source), the load being connected in parallel to the capacitor.
Существуют также различные модификации резонансных контуров индуктивно-емкостных преобразователей, среди которых наибольшее применение нашли преобразователи с симметричной Т-образной резонансной схемой, содержащей настроенные в резонанс на частоте питающей сети конденсатор и дроссель, выполненный из двух последовательно соединенных частей, причем нагрузка подключается через согласующий трансформатор (Белостоцкий Б.Р., Любавский Ю.В., Овчинников В.М. Основы лазерной техники. М., «Советское радио», 1972, стр.245, рис.4.7.б). При этом напряжение на первичной и вторичной обмотках трансформатора пропорционально величине сопротивления нагрузки, а ток нагрузки остается неизменным при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах.There are also various modifications of the resonant circuits of inductive-capacitive converters, among which the most widely used are converters with a symmetric T-shaped resonant circuit containing a capacitor and inductor made of two series-connected parts tuned to resonance at the mains frequency, and the load is connected via a matching transformer (Belostotsky B.R., Lyubavsky Yu.V., Ovchinnikov V.M. Fundamentals of laser technology. M., "Soviet Radio", 1972, p. 245, Fig. 4.7.b). In this case, the voltage on the primary and secondary windings of the transformer is proportional to the value of the load resistance, and the load current remains unchanged when the load resistance changes over a wide range.
Недостатками указанных схем являются повышенные массогабаритные и стоимостные показатели из-за наличия двух электромагнитных элементов - дросселя резонансного колебательного контура и согласующего трансформатора. Резонансный колебательный контур - рассчитан только на определенное (заданное) значение выходного тока, что не позволяет регулировать выходной ток в процессе работы, снижает универсальность устройств и создает необходимость проектирования и применения отдельного индуктивно-емкостного преобразователя для каждого вновь заданного значения выходного тока. Кроме этого существует нежелательная зависимость значения выходного тока ИЕП от изменений частоты и действующего значения напряжения источника ЭДС, а также от флуктуации параметров элементов колебательного контура. Это приводит к сужению возможных пределов изменения сопротивления нагрузки и ухудшает качество рассматриваемого устройства как источника неизменного тока.The disadvantages of these schemes are the increased weight and size and cost indicators due to the presence of two electromagnetic elements - a resonant resonant circuit inductor and a matching transformer. Resonant oscillatory circuit - designed only for a certain (set) value of the output current, which does not allow you to adjust the output current during operation, reduces the versatility of devices and creates the need to design and use a separate inductive-capacitive converter for each newly set value of the output current. In addition, there is an undesirable dependence of the output current value of the IEP on changes in the frequency and the effective voltage of the EMF source, as well as on fluctuations in the parameters of the elements of the oscillatory circuit. This leads to a narrowing of the possible limits of changes in the load resistance and degrades the quality of the considered device as a constant current source.
Известен индуктивно-емкостный преобразователь (см. патент РФ RU 77517 U1, М. кл. Н02М 5/06 (2006.01), опубл. 20.10.2008). Устройство содержит источник ЭДС, конденсаторный блок, состоящий из одного конденсатора, трансформаторный блок, состоящий из нерегулируемого трансформатора и нагрузку. Источник ЭДС последовательно соединен с конденсаторным блоком, трансформаторным блоком и нагрузкой, при этом емкость конденсаторного блока и индуктивность трансформаторного блока, состоящая из индуктивности рассеяния первичной обмотки и индуктивности намагничивания нерегулируемого трансформатора, содержащегося в трансформаторном блоке, образуют резонансный колебательный контур на частоте напряжения источника ЭДС, причем:Known inductive-capacitive converter (see RF patent RU 77517 U1, M. CL H2M 5/06 (2006.01), publ. 20.10.2008). The device contains an EMF source, a capacitor unit consisting of a single capacitor, a transformer unit consisting of an unregulated transformer and a load. The EMF source is connected in series with the capacitor block, the transformer block and the load, while the capacitance of the capacitor block and the inductance of the transformer block, consisting of the leakage inductance of the primary winding and the magnetization inductance of the unregulated transformer contained in the transformer block, form a resonant oscillatory circuit at the frequency of the voltage of the EMF source, moreover:
где ωe - круговая частота питающей сети (источника ЭДС),where ω e is the circular frequency of the supply network (emf source),
ωk=ωе - собственная круговая частота колебательного контура,ω k = ω e is the natural circular frequency of the oscillatory circuit,
LS - индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора, содержащегося в трансформаторном блоке,L S is the leakage inductance of the primary winding of the transformer contained in the transformer block,
Lµ - индуктивность намагничивания трансформатора, содержащегося в трансформаторном блоке,L µ - magnetization inductance of the transformer contained in the transformer block,
LT - индуктивность трансформаторного блока,L T is the inductance of the transformer block,
С - емкость конденсаторного блока.C is the capacitance of the capacitor block.
Согласно принципу действия рассматриваемый индуктивно-емкостный преобразователь работает следующим образом.According to the principle of operation, the inductive-capacitive converter under consideration works as follows.
В колебательном LC-контуре, образованном емкостью конденсаторного блока и индуктивностью трансформаторного блока и настроенном на частоту питающей сети, возникает резонанс напряжений.In the oscillating LC circuit formed by the capacitance of the capacitor unit and the inductance of the transformer unit and tuned to the frequency of the supply network, voltage resonance occurs.
При этом напряжение на входе и выходе трансформаторного блока пропорционально величине сопротивления нагрузки, а ток нагрузки остается неизменным при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах. Действующее значение тока нагрузки определяется, как:In this case, the voltage at the input and output of the transformer block is proportional to the value of the load resistance, and the load current remains unchanged when the load resistance changes over a wide range. The effective value of the load current is determined as:
где Ue - действующее значение напряжения источника ЭДС,where U e is the effective voltage value of the EMF source,
и требует проектирования и изготовления трансформаторного блока с заданной величиной LS+Lµ трансформатора, а также конденсаторного блока с заданной величиной емкости С.and requires the design and manufacture of a transformer block with a given value of L S + L µ transformer, as well as a capacitor block with a given value of capacitance C.
В данном устройстве, в отличие от предыдущего аналога отпадает необходимость использовать в колебательном контуре дроссель, который является громоздким и дорогостоящим изделием, поэтому данный индуктивно-емкостный преобразователь имеет улучшенные массогабаритные и стоимостные показатели. Однако, как и в предыдущем аналогичном устройстве, резонансный колебательный контур рассчитан только на определенное (заданное) значение выходного тока, что не позволяет регулировать выходной ток в процессе работы, снижает универсальность устройства и создает необходимость проектирования и применения отдельного индуктивно-емкостного преобразователя для каждого вновь заданного значения выходного тока. Кроме этого существует нежелательная зависимость значения выходного тока устройства от изменений частоты и действующего значения напряжения источника ЭДС, а также от флуктуации параметров элементов колебательного контура. Это приводит к сужению возможных пределов изменения сопротивления нагрузки и ухудшает качество рассматриваемого устройства как источника неизменного тока.In this device, unlike the previous analogue, there is no need to use a throttle in the oscillating circuit, which is a bulky and expensive product, therefore this inductive-capacitive converter has improved weight and size and cost indicators. However, as in the previous similar device, the resonant oscillatory circuit is designed only for a certain (set) value of the output current, which does not allow you to adjust the output current during operation, reduces the versatility of the device and creates the need to design and use a separate inductive-capacitive converter for each again set value of the output current. In addition, there is an undesirable dependence of the value of the output current of the device on changes in the frequency and the effective voltage of the EMF source, as well as on fluctuations in the parameters of the elements of the oscillatory circuit. This leads to a narrowing of the possible limits of changes in the load resistance and degrades the quality of the considered device as a constant current source.
При изменении напряжения источника ЭДС согласно формуле (2) происходит соответствующее изменение действующего значения выходного тока.When the voltage of the EMF source changes according to formula (2), a corresponding change in the effective value of the output current occurs.
При изменении частоты напряжения сети (источника ЭДС), когда ωe≠ωk, нарушается условие резонанса:When the frequency of the mains voltage (EMF source) changes, when ω e ≠ ω k , the resonance condition is violated:
При этом действующее значение тока нагрузки прямо пропорционально отношению частот m, равного отношению частоты питающей сети (источника ЭДС) к собственной резонансной частоте колебательного контура:In this case, the current value of the load current directly proportional to the ratio of the frequencies m, equal to the ratio of the frequency of the supply network (EMF source) to the natural resonant frequency of the oscillatory circuit:
где ωe - круговая частота питающей сети,where ω e is the circular frequency of the supply network,
- действующее значение тока нагрузки на частоте источника ЭДС ωe=ωk. - the effective value of the load current at the frequency of the emf source ω e = ω k .
Флуктуации параметров индуктивности и емкости колебательного контура в процессе работы также приводят к нарушению условия (3) и, следовательно, к нежелательным изменениям выходного тока индуктивно - емкостного преобразователя.Fluctuations in the parameters of the inductance and capacitance of the oscillatory circuit during operation also lead to a violation of condition (3) and, consequently, to undesirable changes in the output current of the inductive-capacitive converter.
Следует также отметить, что в режиме холостого хода нагрузки, или в режимах близких к холостому ходу (большое сопротивление нагрузки), при резонансе в последовательном колебательном контуре, образованном емкостью конденсаторного блока и индуктивностью трансформаторного блока, напряжение на реактивных элементах блоков в добротность раз больше, чем напряжение источника ЭДС. Большие напряжения на конденсаторном и трансформаторном блоках могут привести к выходу из строя, подключенной нагрузки, а также к повреждению элементов схемы устройства, после чего индуктивно-емкостный преобразователь становится неработоспособным.It should also be noted that in idle load mode, or in modes close to idle (high load resistance), with resonance in a series oscillatory circuit formed by the capacitance of the capacitor block and inductance of the transformer block, the voltage on the reactive elements of the blocks is a factor of several times higher, than the voltage of the emf source. High voltages on the capacitor and transformer blocks can lead to failure, the connected load, as well as damage to the circuit elements of the device, after which the inductive-capacitive converter becomes inoperative.
Данный индуктивно-емкостный преобразователь выбран в качестве прототипа.This inductive-capacitive converter is selected as a prototype.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель является защита блоков устройства, а также нагрузки от перенапряжений при резонансе, повышение надежности и универсальности известного индуктивно-емкостного преобразователя, исключение необходимости проектирования и применения отдельного индуктивно-емкостного преобразователя для каждого вновь заданного значения выходного тока.The task the proposed utility model is aimed at protecting the device units, as well as overvoltage loads at resonance, increasing the reliability and versatility of the known inductive-capacitive converter, eliminating the need for design and use of a separate inductive-capacitive converter for each newly set output current value.
Достигаемым техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности регулирования выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя в процессе работы, ослабление зависимостей выходного тока от изменений частоты и действующего значения напряжения источника ЭДС, а также от флуктуации параметров элементов резонансного колебательного контура с одновременным сохранением свойств источника неизменного тока при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах, ограничение резонансных токов колебательного контура в режимах холостого хода нагрузки.The achievable technical result of the utility model is the ability to control the output current of the inductive-capacitive converter during operation, weakening the dependences of the output current on changes in the frequency and the effective voltage of the emf source, as well as on fluctuation of the parameters of the elements of the resonant oscillatory circuit while preserving the properties of the constant current source at change in load resistance over a wide range, limiting the resonant currents of the oscillatory circuit RA in idle load conditions.
Достижение указанного технического результата обеспечивается в предлагаемом индуктивно-емкостном преобразователе, содержащем источник ЭДС, первый датчик напряжения, конденсаторный блок, первый датчик тока, второй датчик напряжения, трансформаторный блок, решающее устройство, блок управления и контроля, второй датчик тока, контактор и нагрузку, при этом источник ЭДС выходом соединен с первым входом первого датчика напряжения и с первым входом конденсаторного блока, первый выход которого соединен со вторым входом первого датчика напряжения и со входом первого датчика тока, первый выход которого связан со входом второго датчика напряжения и с первым входом трансформаторного блока, второй вход/выход которого является первым выходом/входом решающего устройства, второй выход/вход которого является вторым входом/выходом конденсаторного блока, выходы первого и второго датчиков напряжения, а также второй выход первого датчика тока связаны соответственно с третьим, четвертым и пятым входами решающего устройства, шестой вход/выход которого соединен с выходом/входом блока управления и контроля, седьмой вход решающего устройства соединен с первым выходом второго датчика тока, вход которого связан с третьим выходом трансформаторного блока, а второй выход второго датчика тока с первым входом контактора, второй вход которого соединен с восьмым выходом решающего устройства, а выход контактора со входом нагрузки, причем конденсаторный и трансформаторный блоки выполнены с регулированием реактивного сопротивления, при этом конденсаторный блок содержит n+1 конденсаторов, (где n - любое целое неотрицательное число, определяющее диапазон изменения емкости конденсаторного блока), а трансформаторный блок содержит управляемый трансформатор с регулированием индуктивности.The achievement of the specified technical result is provided in the proposed inductive-capacitive converter containing an EMF source, a first voltage sensor, a capacitor unit, a first current sensor, a second voltage sensor, a transformer unit, a solver, a control and monitoring unit, a second current sensor, a contactor and a load, the emf source is connected to the first input of the first voltage sensor and to the first input of the capacitor unit, the first output of which is connected to the second input of the first voltage sensor and with the input of the first current sensor, the first output of which is connected to the input of the second voltage sensor and the first input of the transformer unit, the second input / output of which is the first output / input of the solver, the second output / input of which is the second input / output of the capacitor unit, the outputs of the first and second voltage sensors, as well as the second output of the first current sensor are connected respectively to the third, fourth and fifth inputs of the solver, the sixth input / output of which is connected to the output / input of the unit control and control, the seventh input of the solver is connected to the first output of the second current sensor, the input of which is connected to the third output of the transformer unit, and the second output of the second current sensor with the first input of the contactor, the second input of which is connected to the eighth output of the solver, and the output of the contactor load input, and the capacitor and transformer blocks are made with reactance regulation, while the capacitor block contains n + 1 capacitors, (where n is any non-negative integer, o limiting the range of variation of the capacitance of the capacitor block), and the transformer block contains a controlled transformer with inductance control.
Структурная схема предлагаемого индуктивно-емкостного преобразователя приведена на фигуре 1.The structural diagram of the proposed inductive capacitive converter is shown in figure 1.
Согласно фиг.1 индуктивно-емкостный преобразователь содержит источник 1 ЭДС, выход которого соединен с первым входом первого 2 датчика напряжения и с первым входом конденсаторного блока 3, первый выход которого соединен со вторым входом первого 2 датчика напряжения и со входом первого 4 датчика тока, первый выход которого связан со входом второго 5 датчика напряжения и с первым входом трансформаторного блока 6, второй вход/выход которого является первым выходом/входом решающего устройства 7, второй выход/вход которого является вторым входом/выходом конденсаторного блока 3, выходы первого 2 и второго 5 датчиков напряжения, а также второй выход первого 4 датчика тока связаны соответственно с третьим, четвертым и пятым входами решающего устройства 7, шестой вход/выход которого соединен с выходом/входом блока 8 управления и контроля, седьмой вход решающего устройства 7 соединен с первым выходом второго 9 датчика тока, вход которого связан с третьим выходом трансформаторного блока 6, а второй выход второго 9 датчика тока с первым входом контактора 10, второй вход которого соединен с восьмым выходом решающего устройства 7, а выход контактора 10 со входом нагрузки 11.According to figure 1, the inductive-capacitive converter contains an EMF source 1, the output of which is connected to the first input of the first 2 voltage sensors and to the first input of the capacitor unit 3, the first output of which is connected to the second input of the first 2 voltage sensors and to the input of the first 4 current sensors, the first output of which is connected to the input of the second 5 voltage sensor and to the first input of the transformer unit 6, the second input / output of which is the first output / input of the solver 7, the second output / input of which is the second input / the output of the capacitor unit 3, the outputs of the first 2 and second 5 voltage sensors, as well as the second output of the first 4 current sensors are connected respectively to the third, fourth and fifth inputs of the solver 7, the sixth input / output of which is connected to the output / input of the control and monitoring unit 8 , the seventh input of the solver 7 is connected to the first output of the second 9 current sensor, the input of which is connected to the third output of the transformer unit 6, and the second output of the second 9 current sensor with the first input of the contactor 10, the second input of which is connected to by direct output decision unit 7, and the output contactor 10 to the input of the load 11.
Индуктивно-емкостный преобразователь работает следующим образом.Inductive-capacitive Converter operates as follows.
В начальный момент времени решающее устройство 7 подает сигнал в конденсаторный блок 3 для подключения, содержащегося в нем балластного сопротивления, контактор 10 при этом разомкнут и ток в нагрузку не поступает. Далее, решающее устройство 7 начинает выдавать команды управления конденсаторным блоком 3 для поочередного включения содержащихся в конденсаторном блоке 3 конденсаторов, при этом емкость конденсаторного блока 3 изменяется от Сmin до Cmax с шагом Сk (где Cmin - минимальная емкость конденсаторного блока, Сmax - максимальная емкость конденсаторного блока, Сk - дискретная величина емкости, определяющая плавность изменения емкости конденсаторного блока 3). Происходит ступенчатое регулирование реактивного сопротивления конденсаторного блока 3 во всем диапазоне его изменения. Причем максимальная емкость конденсаторного блока 3 определяется как:At the initial moment of time, the decisive device 7 sends a signal to the capacitor unit 3 for connecting the ballast resistance contained in it, the contactor 10 is open and the current does not enter the load. Further, the solver 7 starts to issue control commands to the capacitor unit 3 to alternately turn on the capacitors contained in the capacitor unit 3, while the capacitance of the capacitor unit 3 changes from C min to C max in increments of C k (where C min is the minimum capacitance of the capacitor unit, C max is the maximum capacity of the capacitor block, With k is the discrete value of the capacitance, which determines the smoothness of the change in the capacitance of the capacitor block 3). There is a stepwise regulation of the reactance of the capacitor unit 3 in the entire range of its changes. Moreover, the maximum capacity of the capacitor block 3 is defined as:
Значения емкостей Cmin, Cmax и Ck, выбираются исходя из необходимого диапазона и плавности регулирования выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя, а также с учетом возможных флуктуации параметров резонансного контура, изменений частоты и действующего значения напряжения источника 1 ЭДС в процессе работы.The capacitance values C min , C max and C k , are selected based on the required range and smoothness of regulation of the output current of the inductive-capacitive converter, as well as taking into account possible fluctuations of the resonant circuit parameters, frequency changes and the effective voltage of the EMF source 1 during operation.
Изменяя реактивное сопротивление конденсаторного блока 3, решающее устройство 7 одновременно с этим направляет сигналы управления трансформаторным блоком 6 для регулирования индуктивности трансформатора, содержащегося в трансформаторном блоке 6. При этом реактивное сопротивление трансформаторного блока 6 также регулируется, и настраивается в резонанс с реактивным сопротивлением конденсаторного блока 3. В это время в решающем устройстве 7, по сигналам, поступающим с первого 2 и второго 5 датчиков напряжения, а также с первого 4 датчика тока, происходит вычисление текущих значений реактивных сопротивлений конденсаторного 3 и трансформаторного 6 блоков, и сравнение этих значений на каждой ступени регулирования реактивного сопротивления конденсаторного блока 3. После достижения равенства текущих значений реактивных сопротивлений блоков 3 и 6 решающее устройство 7 записывает в память сигналы управления трансформаторным блоком 6 и соотносит их с соответствующими командами управления, поступающими в конденсаторный блок 3. Таким образом, происходит первоначальная настройка индуктивно-емкостного преобразователя для дальнейшей работы. После этого блок 8 управления и контроля задает значение выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя и решающее устройство 7 подает сигнал на замыкание контактора 10 для подключения нагрузки 11, а также сигнал управления в конденсаторный блок для шунтирования балластного сопротивления.By changing the reactance of the capacitor unit 3, the solver 7 at the same time sends control signals to the transformer unit 6 to regulate the inductance of the transformer contained in the transformer unit 6. In this case, the reactance of the transformer unit 6 is also regulated and tuned in resonance with the reactance of the capacitor unit 3 At this time, in the solver 7, according to the signals coming from the first 2 and second 5 voltage sensors, as well as from the first 4 current sensors a, the current values of the reactance of the capacitor 3 and the transformer 6 units are calculated, and these values are compared at each stage of regulation of the reactance of the capacitor unit 3. After reaching the equality of the current values of the reactance of units 3 and 6, the solver 7 records the control signals of the transformer unit 6 and correlates them with the corresponding control commands received in the capacitor unit 3. Thus, the initial setting and inductively-capacitive transducer for further work. After that, the control and monitoring unit 8 sets the output current value of the inductive-capacitive converter and the deciding device 7 sends a signal to close the contactor 10 to connect the load 11, as well as a control signal to the capacitor unit to bypass the ballast.
Регулирование выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя в процессе работы происходит следующим образом. Блок 8 управления и контроля задает значение выходного тока. Сигнал с заданным значением поступает в решающее устройство 7, которое вычисляет необходимое значение реактивного сопротивления конденсаторного блока 3 и формирует команды управления конденсаторным блоком 3 для подключения необходимого количества конденсаторов. Одновременно с этим решающее устройство 7 соотносит команды управления конденсаторным блоком 3 с записанными ранее в память соответствующими сигналами управления трансформаторным блоком 6. Соответствующие сигналы управления трансформаторным блоком 6 извлекаются из памяти решающего устройства 7 и подаются в трансформаторный блок 6 для установки необходимого реактивного сопротивления блока и настройки в резонанс с реактивным сопротивлением конденсаторного блока 3. Для контроля и обратной связи по току, в процессе работы решающее устройство 7 на основании сигнала, поступающего со второго датчика тока, всегда сравнивает значение выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя, с заданным в блоке 8 управления и контроля значением выходного тока. Если значение выходного тока отличается от заданного в блоке 8 управления и контроля, решающее устройство 7 подает сигналы в конденсаторный блок 3 и соответственно в трансформаторный блок 6 для коррекции реактивных сопротивлений блоков 3 и 6 с одновременной настройкой блоков 3 и 6 в резонанс. Коррекция реактивных сопротивлений производится до тех пор, пока не выполнится равенство текущего и заданного значений выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя. Действующее значение выходного тока преобразователя определяется по формуле:The regulation of the output current of the inductive-capacitive converter during operation is as follows. Block 8 control and monitoring sets the value of the output current. The signal with a given value enters the decider 7, which calculates the required reactance value of the capacitor unit 3 and generates control commands of the capacitor unit 3 to connect the required number of capacitors. At the same time, the deciding device 7 correlates the control commands of the capacitor unit 3 with the corresponding control signals of the transformer unit 6 previously stored in the memory. The corresponding control signals of the transformer unit 6 are extracted from the memory of the deciding device 7 and supplied to the transformer unit 6 to set the necessary reactance of the unit and adjust in resonance with the reactance of the capacitor unit 3. For control and current feedback, in the process of operation, a decisive device Based on the signal from the second current sensor, property 7 always compares the output current value of the inductive-capacitive converter with the value of the output current specified in the control and monitoring unit 8. If the value of the output current differs from that specified in the control and monitoring unit 8, the solver 7 supplies the signals to the capacitor unit 3 and, accordingly, to the transformer unit 6 to correct the reactance of units 3 and 6 while tuning the units 3 and 6 into resonance. Correction of reactance is performed until the equality of the current and set values of the output current of the inductive-capacitive converter. The effective value of the output current of the converter is determined by the formula:
где Т - период колебаний напряжения источника ЭДС,where T is the period of voltage fluctuation of the emf source,
IC - действующее значение тока конденсаторного блока,I C is the effective current value of the capacitor unit,
UC - действующее значение напряжения конденсаторного блока,U C is the effective voltage value of the capacitor unit,
uC(t) и uT(t) - мгновенные значения напряжения конденсаторного блока и напряжения на входе трансформаторного блока.u C (t) and u T (t) are the instantaneous values of the voltage of the capacitor block and the voltage at the input of the transformer block.
Из формулы (6) следует, что действующее значение выходного тока (в отличие от прототипа) не зависит от отклонений частоты и действующего значения напряжения источника ЭДС. Из формулы также следует, что действующее значение выходного тока не зависит от флуктуации параметров элементов резонансного колебательного контура, которые приводят к отклонению собственной частоты колебательного контура от частоты напряжения источника ЭДС.From formula (6) it follows that the effective value of the output current (in contrast to the prototype) does not depend on the frequency deviations and the effective voltage value of the emf source. It also follows from the formula that the effective value of the output current does not depend on the fluctuation of the parameters of the elements of the resonant oscillatory circuit, which lead to a deviation of the natural frequency of the oscillatory circuit from the frequency of the voltage of the emf source.
При этом напряжение на входе и выходе трансформаторного блока 6 пропорционально величине сопротивления нагрузки 11, а ток нагрузки (выходной ток индуктивно-емкостного преобразователя) остается неизменным при изменении сопротивления нагрузки 11 в широких пределах.In this case, the voltage at the input and output of the transformer unit 6 is proportional to the value of the load resistance 11, and the load current (output current of the inductive-capacitive converter) remains unchanged when the resistance of the load 11 is changed over a wide range.
В режиме холостого хода нагрузки 11 или в режимах близких к холостому ходу (большое сопротивление нагрузки), значительно возрастает напряжение на конденсаторном 3 и трансформаторном 6 блоках. Это может привести к выходу из строя индуктивно-емкостного преобразователя и к повреждению подключенной нагрузки 11. В случае превышения допустимого уровня напряжения на конденсаторном 3 или трансформаторном 6 блоках, решающее устройство 7, получив соответствующую информацию с первого 2 или второго 5 датчиков напряжения, выдает команду управления в конденсаторный блок 3 для подключения балластного сопротивления, после чего подается сигнал для размыкания контактора 10. Происходит отключение нагрузки 11, и индуктивно-емкостный преобразователь переходит в первоначальное состояние.In idle load 11 or in modes close to idle (high load resistance), the voltage on the capacitor 3 and transformer 6 units increases significantly. This can lead to failure of the inductive-capacitive converter and damage to the connected load 11. In case of exceeding the permissible voltage level on the capacitor 3 or transformer 6 units, the solver 7, having received the corresponding information from the first 2 or second 5 voltage sensors, issues a command control in the capacitor unit 3 for connecting the ballast resistance, after which a signal is sent to open the contactor 10. The load 11 is disconnected, and the inductive-capacitive converter lt will return to its original state.
Как видим, результатом работы предлагаемого индуктивно-емкостного преобразователя является: возможность регулирования выходного тока в процессе работы, причем значение выходного тока не зависит от изменений частоты и действующего значения напряжения источника ЭДС, а также от флуктуации параметров элементов резонансного колебательного контура, одновременно с этим сохраняются свойства источника неизменного тока при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах. Кроме этого, существует возможность ограничения резонансных токов и напряжений, в результате чего заявляемое устройство остается работоспособным в режимах холостого хода нагрузки.As you can see, the result of the proposed inductive-capacitive converter is: the ability to control the output current during operation, and the value of the output current does not depend on changes in frequency and the effective voltage of the emf source, as well as on fluctuation of the parameters of the elements of the resonant oscillatory circuit, at the same time properties of a constant current source when the load resistance changes over a wide range. In addition, there is the possibility of limiting resonant currents and voltages, as a result of which the inventive device remains operational in idle load conditions.
При этом обеспечивается защита блоков индуктивно-емкостного преобразователя, а также нагрузки от перенапряжений, повышается надежность и универсальность устройства, исключается необходимость проектирования и применения отдельного индуктивно-емкостного преобразователя для каждого вновь заданного значения выходного тока.At the same time, the blocks of the inductive-capacitive converter are protected, as well as the load from overvoltage, the reliability and versatility of the device are increased, the need for designing and using a separate inductive-capacitive converter for each newly set output current value is eliminated.
Таким образом, предлагаемый индуктивно-емкостный преобразователь позволяет получить технический результат и решить поставленную задачу.Thus, the proposed inductive-capacitive converter allows to obtain a technical result and solve the problem.
Рассмотрим пример выполнения блоков индуктивно-емкостного преобразователя.Consider an example of the execution of inductive-capacitive converter blocks.
Конденсаторный блок 3 в зависимости от мощности нагрузки может содержать универсальные конденсаторы различных емкостей на основе полипропиленовых пленок со свойствами самовосстановления после пробоя, серии Е5х или Е6x фирмы «Electronicon Kondensatoren», балластное сопротивление, выполненное на основе резистивного блока, управляемые коммутирующие и согласующие устройства фирмы «Тороид», пускатели фирмы «Epcos» и устройства автоматической защиты фирмы «EKF electrotechnica».The capacitor unit 3, depending on the load power, may contain universal capacitors of various capacities based on polypropylene films with self-healing properties after breakdown, E5x or E6x series manufactured by Electronicon Kondensatoren, ballast made on the basis of the resistive unit, controlled switching and matching devices of the company Toroid, Epcos starters and EKF electrotechnica automatic protection devices.
Трансформаторный блок 6 может быть выполнен на основе управляемого трансформатора с регулированием индуктивности и может содержать согласующие устройства и устройства автоматической защиты. В качестве трансформатора с регулированием индуктивности могут быть использованы трансформаторы с развитым магнитным рассеянием, например трансформаторы с подвижным магнитным шунтом или трансформаторы с подвижными обмотками.Transformer unit 6 can be made on the basis of a controlled transformer with inductance regulation and may contain matching devices and automatic protection devices. As a transformer with inductance control, transformers with developed magnetic scattering, for example, transformers with a moving magnetic shunt or transformers with moving windings, can be used.
Контактор 10 может быть выполнен на основе управляемых контакторов и коммутирующих устройств серии КМИ или КТИ фирмы «Iek».Contactor 10 can be made on the basis of controlled contactors and switching devices of the KMI or KTI series of the company "Iek".
В качестве датчиков 4, 9 тока и датчиков 2, 5 напряжения могут быть использованы датчики тока серий CSDA, CSDB, CSDD с цифровым выходом и датчики напряжения серии LV с цифровым выходом фирмы «Honeywell».As current sensors 4, 9 and voltage sensors 2, 5, CSDA, CSDB, CSDD series current sensors with a digital output and LV series voltage sensors with a digital output from Honeywell can be used.
Решающее устройство 7 может быть выполнено на программируемых логических микросхемах QL902M-QL904M фирмы «Quicklogic».The solver 7 can be performed on programmable logic chips QL902M-QL904M company "Quicklogic".
Блок 8 управления и контроля может быть выполнен на базе промышленного компьютера, например Front Deskwall 1242 фирмы «Frontman».Block 8 control and monitoring can be performed on the basis of an industrial computer, for example, Front Deskwall 1242 company "Frontman".
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143543/22U RU93597U1 (en) | 2009-11-24 | 2009-11-24 | INDUCTIVE CAPACITY CONVERTER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143543/22U RU93597U1 (en) | 2009-11-24 | 2009-11-24 | INDUCTIVE CAPACITY CONVERTER |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93597U1 true RU93597U1 (en) | 2010-04-27 |
Family
ID=42673215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009143543/22U RU93597U1 (en) | 2009-11-24 | 2009-11-24 | INDUCTIVE CAPACITY CONVERTER |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU93597U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450413C1 (en) * | 2010-12-03 | 2012-05-10 | Сергей Геннадьевич Конесев | Inductance-capacitance converter |
| RU2625719C2 (en) * | 2015-09-07 | 2017-07-18 | Лев Захарович Дударев | Induction liquid heater |
-
2009
- 2009-11-24 RU RU2009143543/22U patent/RU93597U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450413C1 (en) * | 2010-12-03 | 2012-05-10 | Сергей Геннадьевич Конесев | Inductance-capacitance converter |
| RU2625719C2 (en) * | 2015-09-07 | 2017-07-18 | Лев Захарович Дударев | Induction liquid heater |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107078729A (en) | Zero-voltage switch half-bridge converter | |
| Keeling et al. | Variable tuning in LCL compensated contactless power transfer pickups | |
| WO2011046453A1 (en) | Inductively controlled series resonant ac power transfer | |
| EP2612412A1 (en) | Inductive power transfer pick up circuits | |
| WO2014038976A1 (en) | Static reactive power compensator | |
| JP2015513081A (en) | Test system and method for testing high voltage technology equipment | |
| RU93597U1 (en) | INDUCTIVE CAPACITY CONVERTER | |
| Xia et al. | Inhibition of current harmonics in LCL/LCC wireless power transfer system | |
| RU2570351C1 (en) | Network filter | |
| Saltanovs | Multi-capacitor circuit application for the wireless energy transmission system coils resonant frequency adjustment | |
| RU2588592C1 (en) | Network filter | |
| WO1996042038A1 (en) | Tuned a.c. power systems compensator having variable reflective impedance for linear and non-linear reactive load compensation | |
| CN209120077U (en) | A kind of uninterruptible power supply inverter output circuit of resistance to load shock | |
| Kindl et al. | Analysis of coupling elements for wireless power transfer with primary side compensation | |
| RU174881U1 (en) | ENERGY-SAVING DEVICE FOR 3-PHASE NETWORK | |
| RU2479088C1 (en) | Filter-compensating device | |
| CN2755839Y (en) | Partial tuning filter based on crack core or magnetic valve controllable reactor | |
| CN100498346C (en) | Transient high-current signal generator | |
| RU145566U1 (en) | STABILIZING CONVERTER OF AC THREE-PHASE VOLTAGE TO DC | |
| RU2470451C1 (en) | Single-phase semi-bridge transistor inverter | |
| RU2637112C1 (en) | Independent voltage inverter to supply load through transformer with low coupling coefficient between its windings | |
| RU101284U1 (en) | INDUCTIVE-CAPACITY CONVERTER OF AC SOURCE TO AC SOURCE | |
| Trautmann et al. | Dimensioning and comparison of common compensation topologies for IPT systems | |
| CN103036450B (en) | Gate control system power supply | |
| RU88221U1 (en) | COMPENSATION AUTOMATIC SETTING SYSTEM |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20171125 |