UA127615C2 - POWER SUPPLY - Google Patents
POWER SUPPLY Download PDFInfo
- Publication number
- UA127615C2 UA127615C2 UAA202105027A UAA202105027A UA127615C2 UA 127615 C2 UA127615 C2 UA 127615C2 UA A202105027 A UAA202105027 A UA A202105027A UA A202105027 A UAA202105027 A UA A202105027A UA 127615 C2 UA127615 C2 UA 127615C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- oscillating circuit
- power source
- inductor
- input
- energy
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 37
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 240000005020 Acaciella glauca Species 0.000 claims 1
- 241000972773 Aulopiformes Species 0.000 claims 1
- 241000611750 Coregonus kiyi Species 0.000 claims 1
- 241000357437 Mola Species 0.000 claims 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 claims 1
- 235000019515 salmon Nutrition 0.000 claims 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 10
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 9
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 5
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 4
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 241001274613 Corvus frugilegus Species 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N formaldehyde Substances O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
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
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/305—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
- H02M3/315—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
-
- 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
Abstract
Винахід належить до пристроїв перетворення вхідної електричної енергії у вихідну електричну енергію з необхідними параметрами для живлення відповідних споживачів електричної енергії. Джерело живлення містить первинне джерело живлення постійної напруги, ємнісні елементи і котушку індуктивності, що утворюють коливальний контур, вхід якого з'єднаний з первинним джерелом живлення, а котушка індуктивності, як вихід коливального контуру, з'єднана з навантаженням. Також винахід містить два електронних ключі, що з'єднують кінці котушки індуктивності з входом коливального контуру, генератор періодичних імпульсів, вихід якого з'єднаний із зазначеними ключами з можливістю синхронного відкриття/закриття електронних ключів. При цьому ємнісні елементи виконані у вигляді послідовного з'єднання трьох конденсаторів, яке паралельно підключене до котушки індуктивності. Входом коливального контуру є точки послідовного з'єднання зазначених конденсаторів, а генератор періодичних імпульсів виконаний з можливістю синхронного відкриття/закриття електронних ключів в моменти нульового значення струму, що протікає через котушку індуктивності. Технічним результатом винаходу є підвищення ефективності використання енергії первинного джерела живлення.The invention relates to devices for converting input electrical energy into output electrical energy with the necessary parameters for powering the corresponding consumers of electrical energy. The power source contains a primary power source of constant voltage, capacitive elements and an inductor forming an oscillating circuit, the input of which is connected to the primary power source, and the inductor, as an output of the oscillating circuit, is connected to the load. Also, the invention contains two electronic keys connecting the ends of the inductor coil with the input of the oscillating circuit, a periodic pulse generator, the output of which is connected to the specified keys with the possibility of synchronous opening/closing of the electronic keys. At the same time, the capacitive elements are made in the form of a series connection of three capacitors, which is connected in parallel to the inductor. The input of the oscillating circuit is the points of series connection of the specified capacitors, and the periodic pulse generator is made with the possibility of synchronous opening/closing of electronic keys at moments of zero value of the current flowing through the inductor coil. The technical result of the invention is an increase in the efficiency of using the energy of the primary power source.
Description
Винахід належить до пристроїв перетворення вхідної електричної енергії у вихідну електричну енергію з необхідними параметрами для живлення відповідних споживачів електричної енергії.The invention relates to devices for converting input electrical energy into output electrical energy with the necessary parameters for powering the corresponding consumers of electrical energy.
Широке розповсюдження в електротехніці та енергетиці знайшли імпульсні джерела живлення. В імпульсних джерелах живлення для генерації вихідної напруги використовується ефект накопичення енергії в котушках індуктивності з наступною передачею накопиченої енергії до споживача. За допомогою ключового елемента до котушки індуктивності періодично підводять вхідну напругу. Імпульсний струм, що протікає при цьому через котушку, забезпечує накопичення енергії в її магнітному полі на кожному імпульсі. Запасена таким чином енергія з котушки передається в навантаження безпосередньо або через вторинну обмотку трансформатора. В схемі відсутні силові елементи, що розсіюють електричну потужність, окрім самого навантаження. Ключові елементи працюють в режимі насичення і розсіюють незначну потужність тільки в достатньо короткі тимчасові інтервали. Підвищення частоти переключення ключів дозволяє істотно збільшити потужність і поліпшити масогабаритні характеристики пристрою.Pulsed power sources have become widespread in electrical engineering and energy. In pulsed power supplies, the effect of energy storage in inductor coils is used to generate the output voltage, with subsequent transfer of the stored energy to the consumer. With the help of a key element, the input voltage is periodically supplied to the inductor. At the same time, the pulsed current flowing through the coil ensures the accumulation of energy in its magnetic field at each pulse. Energy stored in this way from the coil is transferred to the load directly or through the secondary winding of the transformer. In the scheme, there are no power elements dissipating electric power, except for the load itself. The key elements work in the saturation mode and dissipate insignificant power only in sufficiently short time intervals. Increasing the frequency of switching keys allows you to significantly increase the power and improve the weight and size characteristics of the device.
Прикладом імпульсного джерела живлення є загальновідома схема, яка широко використовується в електротехніці (пер: /Лір.дг2.ги/рооК/ехроп/піті/3842).An example of a pulsed power source is a well-known scheme that is widely used in electrical engineering (trans: /Lir.dg2.gy/rooK/ekhrop/piti/3842).
Джерело живлення включає котушку індуктивності, яка підключена до первинного джерела електричної енергії (вхідна електрична енергія) та з'єднана з клемами вихідної напруги (вихідна електрична енергія), яка передається на відповідне навантаження. Підключення котушки індуктивності до первинного джерела енергії виконано шляхом з'єднання одного із кінців котушки індуктивності з одним із полюсів первинного джерела електричної енергії через електронний ключ та безпосереднього з'єднання другого кінця котушки індуктивності з другим полюсом первинного джерела електричної енергії. Вхід електронного ключа з'єднаний з виходом генератора однополярних імпульсів.The power source includes an inductor that is connected to the primary source of electrical energy (input electrical energy) and connected to the terminals of the output voltage (output electrical energy) that is transmitted to the corresponding load. The induction coil is connected to the primary energy source by connecting one of the ends of the induction coil to one of the poles of the primary source of electrical energy through an electronic key and directly connecting the second end of the inductor to the second pole of the primary electrical energy source. The input of the electronic key is connected to the output of the unipolar pulse generator.
Пристрій працює наступним чином:The device works as follows:
За допомогою електронного ключа до котушки індуктивності періодично підводиться повна напруга первинного джерела електричної енергії. Імпульсний струм, що протікає через котушку індуктивності при включенні електронного ключа, за рахунок самоіндукції, яка виникає приWith the help of an electronic key, the inductor coil is periodically supplied with the full voltage of the primary source of electrical energy. Impulse current flowing through the inductance coil when the electronic key is turned on, due to self-induction, which occurs when
Зо виключені електронного ключа, забезпечує накопичення енергії в магнітному полі котушки на кожному імпульсі. Запасена таким чином енергія самоіндукції у вигляді електричних імпульсів, передається з котушки індуктивності в контур навантаження. Таким чином здійснюється перетворення електричної енергії первинного джерела у вихідну електричну енергію імпульсного джерела живлення.When the electronic key is turned off, it ensures the accumulation of energy in the magnetic field of the coil at each pulse. The self-induction energy stored in this way in the form of electric pulses is transferred from the inductor to the load circuit. In this way, the electrical energy of the primary source is converted into the output electrical energy of the pulsed power source.
Відоме джерело живлення системи електричного опалювання (патент України на винахід Мо 79817, МПК Е240 13/00, дата подання заявки 25.02.2013).The known power source of the electric heating system (Ukrainian patent for the invention No. 79817, IPC E240 13/00, application date 25.02.2013).
Джерело живлення включає котушку індуктивності, вхідний контур, через який котушка індуктивності підключена до первинного джерела електричної енергії, контур навантаження, через який котушка індуктивності підключена до навантаження, електронні ключі та генератор однополярних імпульсів. Котушка індуктивності підключається до первинного джерела електричної енергії шляхом з'єднання її кінців з різнойменними полюсами первинного джерела електричної енергії через електронні ключі. Вихід генератора однополярних імпульсів з'єднаний з входами електронних ключів із забезпеченням синхронної роботи (синхронного включення/виключання) електронних ключів.The power source includes an inductor, an input circuit through which the inductor is connected to the primary source of electrical energy, a load circuit through which the inductor is connected to the load, electronic switches and a unipolar pulse generator. The inductor is connected to the primary source of electrical energy by connecting its ends to the opposite poles of the primary source of electrical energy through electronic keys. The output of the unipolar pulse generator is connected to the inputs of the electronic keys to ensure synchronous operation (synchronous on/off) of the electronic keys.
Пристрій працює наступним чином:The device works as follows:
Генератор генерує періодичні однополярні імпульси. Зазначені імпульси подаються на входи електронних ключів із забезпеченням синхронної роботи (синхронного включення/виключання) електронних ключів. За допомогою електронних ключів, періодично, на короткий час до котушки індуктивності подається повна напруга первинного джерела електричної енергії. При протіканні струму через котушку індуктивності при включених електронних ключах навколо котушки утворюється електромагнітне поле із заданим енергетичним потенціалом. При розмиканні електронних ключів в котушці індукується ЕРС самоіндукції (при убуванні струму в котушці виникає ЕРС самоіндукції, яка перешкоджає убуванню струму). Енергія самоіндукції накопичується в магнітному полі індуктивної котушки на кожному імпульсі. Запасена таким чином енергія самоіндукції у вигляді електричних імпульсів передається з індуктивної котушки до навантаження при закритих електронних ключах.The generator generates periodic unipolar pulses. The indicated pulses are applied to the inputs of the electronic keys to ensure synchronous operation (synchronous on/off) of the electronic keys. With the help of electronic keys, periodically, for a short time, the full voltage of the primary source of electrical energy is supplied to the inductor. When a current flows through an inductance coil when the electronic keys are turned on, an electromagnetic field with a given energy potential is formed around the coil. When the electronic keys are opened, a self-induction EMF is induced in the coil (when the current decreases in the coil, a self-induction EMF occurs, which prevents the current from decreasing). Self-induction energy accumulates in the magnetic field of the inductor coil at each pulse. Self-induction energy stored in this way in the form of electric pulses is transmitted from the inductive coil to the load when the electronic keys are closed.
Використання двох ключів, що періодично з'єднують кінці котушки з відповідними полюсами первинного джерела електричної енергії, підвищує ефективність перетворення електричної енергії первинного джерела у вихідну електричну енергію імпульсного джерела живлення.The use of two keys that periodically connect the ends of the coil with the corresponding poles of the primary source of electrical energy increases the efficiency of converting the electrical energy of the primary source into the output electrical energy of the pulsed power source.
Загальними ознаками зазначених аналогів та рішення, що заявляється, є: джерело живлення, що містить первинне джерело живлення постійної напруги, котушку індуктивності, зв'язану з первинним джерелом живлення і з'єднану з навантаженням, електронні ключі імпульсного підживлення котушки індуктивності, а також генератор періодичних імпульсів, з'єднаний з зазначеними електронними ключами із забезпеченням їх синхронної роботи.The common features of the mentioned analogs and the proposed solution are: a power source containing a primary power source of constant voltage, an inductor connected to the primary power source and connected to the load, electronic switches for pulse feeding of the inductor, as well as a generator periodic pulses, connected to the specified electronic keys to ensure their synchronous operation.
Зазначені джерела живлення являють собою так званий релаксаційний осцилятор (негармонічний осцилятор), в якому вихід може відрізнятися від гармонічних коливань і може мати прямокутну, трикутну, трапецієподібну та інші форми. У такому осциляторі амплітуда і частота коливань визначаються величиною і частотою зовнішнього періодичного впливу, характеристиками інерційності і дисипації системи. Таке виконання обмежує ефективність перетворення електричної енергії первинного джерела у вихідну електричну енергію імпульсного джерела живлення.The indicated power sources are the so-called relaxation oscillator (non-harmonic oscillator), in which the output may differ from harmonic oscillations and may have rectangular, triangular, trapezoidal and other shapes. In such an oscillator, the amplitude and frequency of oscillations are determined by the magnitude and frequency of the external periodic influence, the inertia and dissipation characteristics of the system. This implementation limits the efficiency of converting the electrical energy of the primary source into the output electrical energy of the pulsed power source.
Як прототип вибрано джерело живлення імпульсного типу, що відоме за патентом України на винахід Мо 116293, МПК НО2М 7/00, НО2М 1/00, НО2М 7/48, НО2М 3/00, НОЗК 4/00, НОЗК 3/53, дата подання заявки 21.06.2016.As a prototype, a pulse-type power source was chosen, which is known under the Ukrainian patent for the invention Mo 116293, IPK НО2М 7/00, НО2М 1/00, НО2М 7/48, НО2М 3/00, NOZK 4/00, NOZK 3/53, date submission of application on 21.06.2016.
Джерело живлення містить: вхідний контур, виконаний з можливістю підключення до первинного джерела постійного струму; силовий контур, що включає котушку індуктивності та конденсатори, що послідовно з'єднані з котушкою індуктивності з утворенням послідовного коливального контуру, зазначені конденсатори є входом коливального контуру, який з'єднаний з первинним джерелом постійного струму, два електронних ключі, які виконані з можливістю періодичного з'єднання кінців котушки індуктивності з входом коливального контуру (з первинним джерелом постійного струму), генератор періодичних імпульсів, вихід якого з'єднаний з входами електронних ключів із забезпеченням синхронного відкриття/закриття зазначених електронних ключів; - контур навантаження, що зв'язаний з котушкою індуктивності.The power source contains: an input circuit, made with the possibility of connecting to a primary source of direct current; a power circuit including an inductor and capacitors connected in series with the inductor to form a series oscillating circuit, these capacitors are the input of the oscillating circuit, which is connected to the primary source of direct current, two electronic switches, which are made with the possibility of periodic connection of the ends of the inductance coil with the input of the oscillating circuit (with the primary source of direct current), the generator of periodic pulses, the output of which is connected to the inputs of the electronic keys to ensure the synchronous opening/closing of the specified electronic keys; - the load circuit connected to the inductor.
Вхідний контур містить два незалежні випрямні блоки (два незалежних джерела постійного струму), при цьому вихідні полюси одного з випрямних блоків з'єднані з входом коливального контуру (з зазначеними конденсаторами, які є входом коливального контуру), а вихідні полюсиThe input circuit contains two independent rectifier blocks (two independent direct current sources), with the output poles of one of the rectifier blocks connected to the input of the oscillating circuit (with the indicated capacitors being the input of the oscillating circuit), and the output poles
Зо іншого випрямного блока з'єднані з кінцями котушки індуктивності через зазначені електронні ключі, керовані генератором періодичних імпульсів.From the other rectifier block, the ends of the inductance coil are connected to the specified electronic keys controlled by the periodic pulse generator.
Ємність конденсаторів та індуктивність котушки вибирають з умови виникнення гармонічних автоколивань в коливальному контурі з частотою в межах 1-80 кГц. Період імпульсів генератора кратний періоду автоколивань в коливальному контурі. Коефіцієнт кратності періоду імпульсів генератора періоду автоколивань в силового контурі вибирають в межах 1-10.The capacity of the capacitors and the inductance of the coil are chosen from the condition of the occurrence of harmonic self-oscillations in the oscillating circuit with a frequency in the range of 1-80 kHz. The period of the generator pulses is a multiple of the self-oscillation period in the oscillating circuit. The coefficient of multiplicity of the pulse period of the generator of the self-oscillation period in the power circuit is chosen within 1-10.
Джерело живлення працює наступним чином:The power source works as follows:
Пристрій підключають до первинного джерела електричної енергії. Генератор генерує періодичні однополярні імпульси. Зазначені імпульси подаються на входи електронних ключів із забезпеченням синхронної роботи (синхронного включення/виключення) електронних ключів. За допомогою електронних ключів, періодично, на короткий час в силовий контур (до котушки індуктивності) подаються імпульси енергії від випрямного блока вхідного контуру. Після подачі першого імпульсу енергії в силовому контурі виникають затухаючі гармонічні електричні коливання, частота яких визначається ємнісними і індуктивними характеристиками елементів коливального контуру. Ступінь затухання автоколивань визначається дисипативними характеристиками коливального контуру, а також величиною навантаження джерела живлення.The device is connected to the primary source of electrical energy. The generator generates periodic unipolar pulses. The specified pulses are applied to the inputs of the electronic keys to ensure synchronous operation (synchronous on/off) of the electronic keys. With the help of electronic keys, periodically, for a short time, pulses of energy from the rectifier block of the input circuit are supplied to the power circuit (to the inductor coil). After the first pulse of energy is applied, damping harmonic electrical oscillations occur in the power circuit, the frequency of which is determined by the capacitive and inductive characteristics of the oscillatory circuit elements. The degree of damping of self-oscillations is determined by the dissipative characteristics of the oscillating circuit, as well as the load of the power source.
Автоколивання в коливальному контурі підтримуються При періодичному "підживленні" коливального контуру енергією, що надходить від первинного джерела до котушки індуктивності через зазначені електронні ключі, в коливальному контурі підтримуються незатухаючі гармонічні автоколивання електричного струму.Self-oscillations in the oscillating circuit are supported When the oscillating circuit is periodically "fed" with energy supplied from the primary source to the inductor through the specified electronic keys, undamped harmonic self-oscillations of the electric current are supported in the oscillating circuit.
Таким чином в описаному джерелі живлення гармонічні автоколивання підтримуються періодичним підключенням коливального контуру (котушки індуктивності) до первинного джерела постійного струму за допомогою електронних ключів, керованих генератором періодичних імпульсів.Thus, in the described power source, harmonic self-oscillations are supported by the periodic connection of the oscillating circuit (inductance coil) to the primary direct current source using electronic switches controlled by a periodic pulse generator.
Спільними ознаками прототипу і рішення, що заявляється, є: джерело живлення, яке містить первинне джерело живлення постійної напруги, ємнісні елементи і котушку індуктивності, що утворюють коливальний контур, вхід якого з'єднаний з первинним джерелом живлення, а котушка індуктивності, як вихід коливального контуру, з'єднана з навантаженням, два електронних ключі, що з'єднують кінці котушки індуктивності з входом коливального контуру, генератор періодичних імпульсів, вихід якого з'єднаний з зазначеними ключами з можливістю бо синхронного відкриття/закриття електронних ключів.Common features of the prototype and the proposed solution are: a power source, which contains a primary constant voltage power source, capacitive elements and an inductor forming an oscillating circuit, the input of which is connected to the primary power source, and an inductor as an output of an oscillating circuit connected to the load, two electronic keys connecting the ends of the inductance coil with the input of the oscillating circuit, a generator of periodic pulses, the output of which is connected to the specified keys with the possibility of synchronous opening/closing of the electronic keys.
У зазначеному пристрої, для підтримки незатухаючих коливань в коливальному контурі використовується тільки енергія первинного джерела живлення. Зазначене знижує відношення вихідної енергії пристрою до енергії, що споживається від первинного джерела живлення, тобто обмежує ефективність використання енергії первинного джерела живлення.In this device, only the energy of the primary power source is used to maintain undamped oscillations in the oscillating circuit. This reduces the ratio of the output energy of the device to the energy consumed from the primary power source, that is, it limits the efficiency of using the energy of the primary power source.
В основу винаходу поставлена задача підвищення ефективності використання енергії первинного джерела живлення.The basis of the invention is the task of increasing the efficiency of using the energy of the primary power source.
Поставлена задача вирішується тим, що в джерелі живлення, яке містить первинне джерело живлення постійної напруги, ємнісні елементи і котушку індуктивності, що утворюють коливальний контур, вхід якого з'єднаний з первинним джерелом живлення, а котушка індуктивності, як вихід коливального контуру, з'єднана з навантаженням, два електронних ключі, що з'єднують кінці котушки індуктивності з входом коливального контуру, генератор періодичних імпульсів, вихід якого з'єднаний із зазначеними ключами з можливістю синхронного відкриття/закриття електронних ключів, відповідно до винаходу, ємнісні елементи виконані у вигляді послідовного з'єднання трьох конденсаторів, яке паралельно підключене до котушки індуктивності входом коливального контуру є точки послідовного з'єднання зазначених конденсаторів, а генератор періодичних імпульсів виконаний з можливістю синхронного відкриття/закриття електронних ключів в моменти нульового значення струму, що протікає через котушку індуктивності.The problem is solved by the fact that in the power source, which contains a primary power source of constant voltage, capacitive elements and an inductor forming an oscillating circuit, the input of which is connected to the primary power source, and the inductor, as the output of an oscillating circuit, is connected to the load, two electronic keys connecting the ends of the inductance coil to the input of the oscillating circuit, a periodic pulse generator, the output of which is connected to the specified keys with the possibility of synchronous opening/closing of the electronic keys, according to the invention, capacitive elements are made in the form series connection of three capacitors, which is connected in parallel to the induction coil by the input of the oscillating circuit, are the points of series connection of the specified capacitors, and the generator of periodic pulses is made with the possibility of synchronous opening/closing of electronic keys at moments of zero value of the current flowing through the induction coil.
Зазначені ознаки є суттєвими ознаками винаходу, так як у своїй сукупності забезпечують досягнення технічного результату - підвищення ефективності використання енергії первинного джерела живлення, тобто підвищення відношення вихідної енергії пристрою до енергії, що споживається від первинного джерела живлення.The specified features are essential features of the invention, as they collectively ensure the achievement of the technical result - increasing the efficiency of using the energy of the primary power source, i.e. increasing the ratio of the output energy of the device to the energy consumed from the primary power source.
Підвищення ефективності використання енергії первинного джерела живлення пояснюється особливостями імпульсного підживлення коливального контуру, які дозволяють використовувати енергію коливального контуру для підтримки незатухаючих автоколивань.The increase in the efficiency of using the energy of the primary power source is explained by the features of the pulse feeding of the oscillating circuit, which allow using the energy of the oscillating circuit to support undamped self-oscillations.
Коливальний контур підживлюється енергією цього ж коливального контуру. Це стає можливим при виконанні коливального контуру у вигляді послідовного з'єднання трьох конденсаторів, яке паралельно підключене до котушки індуктивності, входом якого є точки послідовного з'єднання зазначених конденсаторів, а генератора періодичних імпульсів - з можливістю синхронногоThe oscillating circuit is fed by the energy of the same oscillating circuit. This becomes possible when performing an oscillating circuit in the form of a series connection of three capacitors, which is connected in parallel to an inductor, the input of which is the points of series connection of the specified capacitors, and the generator of periodic pulses - with the possibility of synchronous
Зо відкриття/закриття електронних ключів в моменти нульового значення струму, що протікає через котушку індуктивності.From the opening/closing of electronic keys at the moment of zero value of the current flowing through the inductance coil.
Параметри конденсаторів і котушки індуктивності доцільно вибрати з умови виникнення автоколивань в коливальному контурі з частотою в межах 50-60 Гц.It is advisable to choose the parameters of capacitors and inductors based on the condition of the occurrence of self-oscillations in the oscillating circuit with a frequency of 50-60 Hz.
Періодичність імпульсів генератора доцільно вибрати в межах 1-10 періодів автоколивань в коливальному контурі, а тривалість імпульсів - в межах від 1 до 10 9о періоду автоколивань в коливальному контурі.It is advisable to choose the periodicity of the generator pulses within 1-10 periods of self-oscillations in the oscillating circuit, and the duration of the pulses - within 1 to 10 9o of the period of self-oscillations in the oscillating circuit.
Нижче наводиться опис джерела живлення, що заявляється, з посиланнями на креслення, на яких показано:The following is a description of the claimed power supply with reference to the drawings showing:
Фіг. 1 - Джерело живлення, принципова схема.Fig. 1 - Power supply, schematic diagram.
Фіг. 2 - Джерело живлення, схема коливального контуру.Fig. 2 - Power source, oscillating circuit diagram.
Фіг. З - Джерело живлення, осцилограми коливань напруги і струму на ділянках ланцюга коливального контуру при подачі на котушку індуктивності одиничного імпульсу.Fig. C - Power source, oscillograms of voltage and current fluctuations in sections of the circuit of the oscillating circuit when a single pulse is applied to the inductance coil.
Фіг. 4 - Джерело живлення, осцилограми коливань напруги і струму на ділянках ланцюга коливального контуру при подачі на котушку індуктивності періодичних імпульсів.Fig. 4 - Power source, oscillograms of voltage and current fluctuations in sections of the circuit of the oscillating circuit when periodic pulses are applied to the inductor coil.
Фіг. 5 - Джерело живлення, осцилограми напруги на навантаженні джерела живлення.Fig. 5 - Power supply, voltage oscillograms on the load of the power supply.
Джерело живлення включає вхідний блок 1 з первинним джерелом живлення постійного струму Е і діодами 01, 02, що запобігають витоку енергії коливального контуру в первинне джерело живлення Е, силовий блок 2, що являє собою коливальний контур, індуктивністю якого є первинна обмотка І 1 трансформатора Т, вихідний блок 3, що включає вторинну обмотку 12 трансформатора Т, випрямляч У, згладжуючий конденсатор Сф і навантаження НИ (фіг. 1).The power source includes an input unit 1 with a primary DC power supply E and diodes 01, 02, which prevent the leakage of the energy of the oscillating circuit into the primary power source E, power unit 2, which is an oscillating circuit, the inductance of which is the primary winding I 1 of the transformer T , the output unit 3, which includes the secondary winding 12 of the transformer T, the rectifier U, the smoothing capacitor Сf and the load NI (Fig. 1).
Коливальний контур (фіг. 2) містить ємнісний елемент, виконаний у вигляді трьох послідовно з'єднаних конденсаторів С2-С1-С3, і котушку індуктивності 1, яка є первинною обмоткою трансформатора Т. Послідовне з'єднання конденсаторів С2-С1-С3 паралельно підключене до кінців котушки індуктивності 1. Входом коливального контуру є точки послідовного з'єднання конденсаторів С2-С1 (точка А) і С1-СЗ (точка Б). Зазначений вхід А-Б коливального контуру з'єднаний з вхідним блоком (з джерелом постійного струму Е). Коливальний контур містить засоби підтримки автоколивань в коливальному контурі, які виконані у вигляді двох електронних ключів 01, 02, що з'єднують кінці котушки індуктивності І 1 з входом А-Б коливального контуру, а також генератор періодичних імпульсів С, вихід якого з'єднаний із зазначеними електронними бо ключами О1, 002 із забезпеченням їх синхронного відкриття/закриття в моменти нульового значення струму, що протікає через котушку індуктивності І 1. Синхронізація відкриття/закриття ключів О1, 002 з моментами нульового значення струму, що протікає через котушку індуктивності 1, виконується за допомогою датчика струму (наприклад, датчика Холла) в котушці індуктивності І 1, вихід якого з'єднаний з керуючим входом генератора імпульсів (1. При нульовому значенні струму, що протікає через котушку індуктивності /1, генератор видає команду (імпульси) на відкриття/закриття електронних ключів О1, 022 (на кресленнях не показано).The oscillating circuit (Fig. 2) contains a capacitive element made in the form of three series-connected capacitors C2-C1-C3, and inductor 1, which is the primary winding of transformer T. The series connection of capacitors C2-C1-C3 is connected in parallel to the ends of the inductor 1. The input of the oscillating circuit are the points of the series connection of the capacitors C2-C1 (point A) and C1-CZ (point B). The specified input A-B of the oscillating circuit is connected to the input block (with a direct current source E). The oscillating circuit contains means of supporting self-oscillations in the oscillating circuit, which are made in the form of two electronic keys 01, 02, connecting the ends of the inductor I 1 with the input A-B of the oscillating circuit, as well as a periodic pulse generator C, the output of which is connected with the specified electronic keys О1, 002, ensuring their synchronous opening/closing at the moments of zero value of the current flowing through the inductance coil I 1. Synchronization of the opening/closing of the keys O1, 002 with the moments of the zero value of the current flowing through the inductance coil 1, is performed using a current sensor (for example, a Hall sensor) in the inductor I 1, the output of which is connected to the control input of the pulse generator (1. When the current flowing through the inductor /1 is zero, the generator issues a command (pulses) to opening/closing of electronic keys O1, 022 (not shown in the drawings).
Ємнісні параметри конденсаторів С2, С1, СЗ і індуктивність котушки І 1 вибирають з умови виникнення автоколивань в коливальному контурі з частотою в межах 50-60 Гц. Періодичність імпульсів генератора С вибирають в межах 1-10 періодів автоколивань в коливальному контурі, а тривалість імпульсів - в межах від 1 до 10 95 періоду автоколивань в коливальному контурі.Capacitive parameters of capacitors C2, C1, SZ and the inductance of coil I 1 are selected from the condition of the occurrence of self-oscillations in the oscillating circuit with a frequency of 50-60 Hz. The periodicity of the pulses of the generator C is chosen within 1-10 periods of self-oscillations in the oscillating circuit, and the duration of the pulses is within 1 to 10 95 periods of self-oscillations in the oscillating circuit.
При подачі одиничного імпульсу струму в котушку індуктивності 1 в коливальному контурі виникають затухаючі гармонійні автоколивання.When a single current pulse is applied to the inductance coil 1, damping harmonic self-oscillations occur in the oscillating circuit.
При періодичній подачі імпульсів струму в котушку індуктивності ЇЇ через ключі О1, 02, керовані генератором С, гармонійні автоколивання в контурі носять незатухаючий характер.When current pulses are periodically supplied to the coil of the inductor ІІ through the keys О1, 02, controlled by the generator C, the harmonic self-oscillations in the circuit have an undamped character.
Суттєвим є те, що періодичні підживлючі струмові імпульси подаються в котушку індуктивності Ї7 в моменти, коли струм в котушці індуктивності 1 має нульове значення при максимальному значенні напруги на ній. В зазначені моменти струм, що протікає через обкладки конденсаторів С2, С3, що з'єднані з обкладками конденсатора С1, має максимальне значення. У цей момент часу коливальний контур через ключі С1, 02 підживлюється імпульсною струмовою енергією, що подається до котушку індуктивності І 1. Дотримання цієї умови дозволяє використовувати енергію коливального контуру для підтримки незатухаючих коливань без використання енергії первинного джерела живлення Е. Енергія первинного джерела живлення Е використовується тільки для компенсації струмів витоку конденсатора СІ і інших елементів схеми. Це дозволяє підвищити відношення вихідної енергії до енергії, що споживається від первинного джерела живлення, тобто підвищити ефективність використання енергії первинного джерела живлення.It is essential that periodic energizing current pulses are supplied to the inductor Y7 at the moments when the current in the inductor 1 has a zero value at the maximum value of the voltage on it. At these moments, the current flowing through the plates of capacitors C2, C3, which are connected to the plates of capacitor C1, has a maximum value. At this moment in time, the oscillating circuit through the keys C1, 02 is fed by pulsed current energy supplied to the inductor coil I 1. Compliance with this condition allows you to use the energy of the oscillating circuit to maintain undamped oscillations without using the energy of the primary power source E. The energy of the primary power source E is used only to compensate for the leakage currents of the SI capacitor and other circuit elements. This makes it possible to increase the ratio of the output energy to the energy consumed from the primary power source, that is, to increase the efficiency of using the energy of the primary power source.
На фіг. 3, 4, 5 показані осцилограми напруг і струмів, які пояснюють роботу пристрою.In fig. 3, 4, 5 show oscillograms of voltages and currents, which explain the operation of the device.
На фіг. З показані осцилограми коливань напруги і струму на різних ділянках коливальногоIn fig. C shows oscillograms of voltage and current fluctuations at different sections of the oscillator
Зо контуру при подачі на котушку індуктивності Ї1 одиничного імпульсу: За - коливання напругиFrom the circuit when a single pulse is applied to the inductor Y1: Za - voltage fluctuations
ШІ на котушці індуктивності 1; 36 - коливання струму ШІ 1 в котушці індуктивності І 1; Зв - коливання напруги ОСІ на конденсаторі С1; Зг - коливання струму ІС1 в конденсаторі С1; Зд - коливання напруги ОС2 на конденсаторі С2; Зе - коливання струму ІС2 в конденсаторі С2; Зж - коливання напруги ШСЗ на конденсаторі С3; Зк - коливання струму ІСЗ в конденсаторі С3.AI on inductor 1; 36 - fluctuations of the AI 1 current in the inductor I 1; Sv - oscillation of the AXIS voltage on the capacitor C1; Zg - fluctuations of the current IC1 in the capacitor C1; Zd - voltage fluctuations OS2 on capacitor C2; Ze - fluctuations of the current IC2 in the capacitor C2; Зж - fluctuations of the voltage ШШЗ on the capacitor C3; Zk - fluctuations of the ICZ current in the capacitor C3.
Коливання мають затухаючий характер. Час затухання коливань визначається добротністю коливального контуру і величиною навантаження, приєднаного до контуру.Oscillations have a damping character. The damping time of oscillations is determined by the Q factor of the oscillating circuit and the size of the load connected to the circuit.
На фіг. 4 показані осцилограми коливань напруги і струму на різних ділянках коливального контуру при подачі на котушку індуктивності І 1 періодичних імпульсів: 4а - імпульси струму 11 через ключ О1; 46 - імпульси струму 102 через ключ 02; 4в - коливання напруги ШІ 1 на котушці індуктивності І 1; 4г - коливання струму ІЇ1 в котушці індуктивності І 1; 4д - коливання напругиIn fig. 4 shows oscillograms of voltage and current fluctuations in different sections of the oscillating circuit when periodic pulses are applied to the inductor I 1: 4a - current pulses 11 through the key O1; 46 - current pulses 102 through key 02; 4c - voltage fluctuations of AI 1 on the inductor I 1; 4g - fluctuations of the current IІ1 in the coil of inductance I 1; 4d - voltage fluctuations
СТІ на конденсаторі С1; 4е - коливання струму ІС1 на конденсаторі С1; 4ж - коливання напругиSTI on capacitor C1; 4e - fluctuations of the IC1 current on the capacitor C1; 4h - voltage fluctuations
Сг на конденсаторі С2; 4к - коливання струму ІС2 в конденсаторі С2; 4л - коливання напруги иСЗ на конденсаторі С3; 4м - коливання струму ІСЗ в конденсаторі С3.Cg on capacitor C2; 4k - fluctuations of the IC2 current in the capacitor C2; 4l - fluctuations in the voltage of the DC voltage on the capacitor C3; 4m - fluctuations in the ICZ current in the capacitor C3.
Коливання мають незатухаючий характер, так як коливальний контур періодично підживлюється анергією коливального контуру через ключі ОЇ, 02. У наведеному прикладі періодичність підживлення (періодичність імпульсів генератора с) дорівнює трьом періодам автоколивань в коливальному контурі.Oscillations have an undamped character, since the oscillating circuit is periodically fed by the energy of the oscillating circuit through the keys ОЙ, 02. In the given example, the periodicity of the feeding (the periodicity of the pulses of the generator с) is equal to three periods of self-oscillations in the oscillating circuit.
На фіг. 5 показані осцилограми напруги на елементах вихідного блока 3: 5а - імпульси струму через ключ О1, частота імпульсів генератора С дорівнює ЗТ; 56 - імпульси струму через ключ 02, частота імпульсів генератора С дорівнює ЗТ; 5в - напруга на вторинній обмотці І 2 трансформатора Т, частота імпульсів генератора С дорівнює ЗТ; 5г - напруга на навантаженніIn fig. 5 shows the voltage oscillograms on the elements of the output unit 3: 5a - current pulses through the O1 key, the pulse frequency of the generator C is equal to ZT; 56 - current pulses through key 02, the frequency of pulses of generator C is equal to ЗТ; 5b - the voltage on the secondary winding I 2 of the transformer T, the pulse frequency of the generator C is equal to ЗТ; 5g - voltage on the load
Ви після випрямлення, частота імпульсів генератора С; дорівнює ЗТ, 5д - напруга на навантаженні Ви після згладжування пульсацій, частота імпульсів генератора С дорівнює ЗТ, 5е - імпульси струму через ключ О1, частота імпульсів генератора С дорівнює 2Т; 5ж - імпульси струму через ключ 02, частота імпульсів генератора С дорівнює 2Т; 5к - напруга на вторинній обмотці 2 трансформатора Т, частота імпульсів генератора С дорівнює 2Т; 5л - напруга на навантаженні Ви після випрямлення, частота імпульсів генератора С дорівнює 2Т, 5м - напруга на навантаженні Ви після згладжування пульсацій, частота імпульсів генератора С дорівнює 2ТYou after rectification, the frequency of pulses of the generator C; is equal to ZT, 5d - the voltage on the load Vy after smoothing the ripples, the pulse frequency of generator C is equal to ZT, 5e - current pulses through the key O1, the frequency of pulses of generator C is equal to 2T; 5h - current pulses through key 02, the pulse frequency of generator C is equal to 2T; 5k - the voltage on the secondary winding 2 of the transformer T, the pulse frequency of the generator C is equal to 2T; 5l - the voltage on the load Vy after rectification, the pulse frequency of the generator C is equal to 2T, 5m - the voltage on the load Vy after smoothing the ripples, the pulse frequency of the generator C is equal to 2T
Приклад джерела живлення, в якому реалізоване заявлене рішення бо Параметри елементів схеми:An example of a power source in which the declared solution is implemented because the parameters of the circuit elements:
1. Первинне джерело живлення Е - випрямлена напруга 310 В. 2. Діоди 01, 02-МО2г00516МЗ(МОА110-20). 3. Електронні ключі О1, 02 - транзистори 1МВІ б00РХ-120, 1200 В, 600 А. 4. Конденсатор С1 - плівковий, неполярний 5000 мкФ, 5000 В. 5. Конденсатор С2 - плівковий, неполярний 1000 мкФ, 5000 В. 6. Конденсатор ССЗ - плівковий, неполярний 1000 мкФ, 5000 В. 7. Генератор 20 - контролер Агаціпо теда 2560, прямокутні імпульси тривалістю 1,2 мс, частота імпульсів 50 Гц. 8. Трансформатор Т - повітряний, первинна обмотка містить 296 витків, намотаних мідною фольгою шириною 220 мм, товщиною 0,2 мм на діаметр 160 мм, вторинна обмотка, містить 250 витків, намотаних такою ж мідною фольгою, як і первинна обмотка. 9. Навантаження Ви - активне 3,2 Ом.1. Primary power source E - rectified voltage of 310 V. 2. Diodes 01, 02-МО2г00516МЗ(МОА110-20). 3. Electronic keys O1, 02 - transistors 1МВИ b00РХ-120, 1200 V, 600 A. 4. Capacitor C1 - film, non-polar 5000 μF, 5000 V. 5. Capacitor C2 - film, non-polar 1000 μF, 5000 V. 6. SSZ capacitor - film, non-polar 1000 μF, 5000 V. 7. Generator 20 - controller Agatsipo teda 2560, rectangular pulses with a duration of 1.2 ms, pulse frequency 50 Hz. 8. Transformer T - air, the primary winding contains 296 turns wound with copper foil 220 mm wide, 0.2 mm thick by 160 mm diameter, the secondary winding contains 250 turns wound with the same copper foil as the primary winding. 9. Load You - active 3.2 ohms.
При зазначених параметрах елементів схеми частота автоколивань в коливальному контурі становить 50 Гц. Енергетичні параметри: 1. Потужність, споживана від первинного джерела живлення Е - 713 Вт при постійній напрузі джерела живлення 310 В і споживаному струмі 2,3 А. 2. Потужність, що передається в навантаження Нп-30 кВт при змінній синусоїдальній напрузі на вторинній обмотці І 2 трансформатора Т 310 В і струмі 98-100 А.With the specified parameters of the circuit elements, the frequency of self-oscillations in the oscillating circuit is 50 Hz. Energy parameters: 1. Power consumed from the primary power source E - 713 W at a constant voltage of the power source 310 V and a current consumption of 2.3 A. 2. Power transmitted to the load Нп-30 kW with variable sinusoidal voltage on the secondary winding And 2 transformers T 310 V and currents 98-100 A.
Claims (1)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAA202105027A UA127615C2 (en) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | POWER SUPPLY |
PCT/UA2022/000008 WO2023033778A1 (en) | 2021-09-06 | 2022-02-15 | Power supply |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAA202105027A UA127615C2 (en) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | POWER SUPPLY |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA127615C2 true UA127615C2 (en) | 2023-11-01 |
Family
ID=85412690
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAA202105027A UA127615C2 (en) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | POWER SUPPLY |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA127615C2 (en) |
WO (1) | WO2023033778A1 (en) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3360712A (en) * | 1963-12-27 | 1967-12-26 | Gen Electric | Time ratio control and inverter power circuits |
RU2159497C1 (en) * | 1999-04-13 | 2000-11-20 | Акционерное общество открытого типа "Элси" | Frequency converter control process |
RU2189689C1 (en) * | 2001-08-22 | 2002-09-20 | Закрытое акционерное общество "ЭЛТЕК" | Inverter |
UA104964C2 (en) * | 2013-03-18 | 2014-03-25 | Володимир Олексійович Кльосов | Power supply source of electric heating system |
UA116293C2 (en) * | 2016-06-21 | 2018-02-26 | Володимир Олексійович Кльосов | PULSE POWER SUPPLY |
-
2021
- 2021-09-06 UA UAA202105027A patent/UA127615C2/en unknown
-
2022
- 2022-02-15 WO PCT/UA2022/000008 patent/WO2023033778A1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023033778A1 (en) | 2023-03-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101689807B (en) | Multi-output switching power supply device | |
JP5736887B2 (en) | High voltage inverter device | |
KR20110110805A (en) | Dc/dc-converter and ac/dc-converter | |
TWI575861B (en) | Unidirectional isolated multi-level dc-dc converter and method thereof | |
Bandeira et al. | High voltage power supply using a T-type parallel resonant DC–DC converter | |
US20160043626A1 (en) | Power supply source for an electric heating system | |
JP2014180127A (en) | High voltage inverter | |
TW200746604A (en) | Switching power supply circuit | |
Chang et al. | Analysis and design of a current-source CLCC resonant converter for DBD applications | |
Gong et al. | Design and implementation of a 40-kV, 20-kJ/s capacitor charger for pulsed-power application | |
UA127615C2 (en) | POWER SUPPLY | |
US3248637A (en) | Static inverter for changing unregulated d. c. to a. c. and regulated d. c. | |
WO2019181082A1 (en) | Dc voltage conversion circuit and power supply device | |
Kim et al. | A digital controlled DC-DC converter for electric vehicle applications | |
US10462889B2 (en) | Electrical pulse generator | |
KR101900098B1 (en) | Method for potential-isolated energy transfer with two output DC voltages | |
KR101394018B1 (en) | Power supplying apparatus and wireless power transmitting apparatus | |
Solanki et al. | Design of bidirectional push pull converter for microgrid applications | |
JP2016012975A (en) | Non-contact power supply device, non-contact power receiving device and non-contact power supply system | |
JP6331480B2 (en) | Inverter device and plasma generator | |
CN102554440A (en) | Method and device for operating a resistance welding device | |
UA116293C2 (en) | PULSE POWER SUPPLY | |
JP5824862B2 (en) | High voltage inverter device | |
Bandeira et al. | T-type parallel resonant dc-dc converter for high voltage application | |
RU2637491C1 (en) | Power source of transmit-receive module |