ДЕМПФЕР И ИСПОЛЬЗУЮЩЕЕ ЕГО УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
DAMPER AND DEVICE FOR TRANSFORMATION OF POWER ENERGY THAT USES DAMPER

Область техники
Изобретение относится к преобразованию энергии и, более конкретно, к демпферу и использующему его устройству преобразования электрической энергии.
Уровень техники
Преобразование энергии представляет собой процесс изменения одной формы энергии в другую форму энергии. Для преобразования энергии важно сократить энергетические потери, чтобы повысить эффективность преобразования.
Сущность изобретения
Поэтому, цель изобретения заключается в том, чтобы предложить демпфер, обладающий повышенной эффективностью преобразования, и использующее его устройство преобразования электрической энергии.
В соответствии с аспектом изобретения, демпфер включает в себя резонансный контур, демпфирующий конденсаторный модуль и переключающую схему. Резонансный контур включает в себя демпфирующий индукторный модуль и резонансный конденсатор. Демпфирующий индукторный модуль имеет первый вывод и второй вывод, и он выполнен с возможностью принимать электрическую энергию переменного тока (АС). Резонансный конденсатор имеет первый вывод, электрически соединенный с первым выводом демпфирующего индукторного модуля, и второй вывод. Переключающая схема электрически соединена со вторыми выводами резонансного конденсатора и демпфирующего индукторного модуля, и с демпфирующим конденсаторным модулем. Переключающая схема выполнена с возможностью работать в первой фазе и во второй фазе. При работе в первой фазе переключающая схема устанавливает электрическое соединение между вторыми выводами демпфирующего индукторного модуля и резонансного конденсатора, чтобы сохранить электрическую энергию переменного тока, принятую демпфирующим индукторным модулем в резонансном контуре. При работе во второй фазе переключающая схема позволяет передать в демпфирующий конденсаторный модуль и сохранить в нем электрическую энергию переменного тока, сохраненную в резонансном контуре.
В соответствии с другим аспектом этого изобретения, устройство преобразования электрической энергии включает в себя преобразователь постоянного тока (DC) в переменный ток (АС) и демпфер. Преобразователь постоянного тока в переменный включает в себя схему преобразования постоянного тока в переменный, и развязывающий трансформатор. Схема преобразования постоянного тока в переменный выполнена так, чтобы она была электрически соединена с источником постоянного тока, чтобы принимать постоянный ток от него, и она преобразует постоянный ток в переменный ток. Развязывающий трансформатор имеет входной порт, электрически соединенный со схемой преобразования постоянного тока в переменный, для приема от нее переменного тока, и выходной порт. Развязывающий трансформатор выдает на своем выходном порте переменный ток. Демпфер включает в себя резонансный контур, демпфирующий конденсаторный модуль и переключающую схему. Резонансный контур включает в себя демпфирующий индукторный модуль и резонансный конденсатор. Демпфирующий индукторный модуль имеет первый вывод и второй вывод, и он электрически соединен с выходным портом развязывающего трансформатора, чтобы принимать от него переменный ток. Резонансный конденсатор имеет первый вывод, электрически соединенный с первым выводом демпфирующего индукторного модуля, и второй вывод. Переключающая схема электрически соединена со вторыми выводами резонансного конденсатора и демпфирующего индукторного модуля, и с демпфирующим конденсаторным модулем. Переключающая схема выполнена с возможностью работать в первой фазе и во второй фазе. При работе в первой фазе переключающая схема устанавливает электрическое соединение между вторыми выводами демпфирующего индукторного модуля и резонансного конденсатора, чтобы сохранить электрическую энергию переменного тока, принятую демпфирующим индукторным модулем в резонансном контуре. При работе во второй фазе переключающая схема позволяет передать в демпфирующий конденсаторный модуль и сохранить в нем электрическую энергию переменного тока, сохраненную в резонансном контуре.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества изобретения станут очевидными в последующем подробном описании варианта осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показана принципиальная схема, иллюстрирующая вариант осуществления демпфера в соответствии с изобретением;
на фиг. 2 приведен пример временной диаграммы, иллюстрирующей электрическую энергию переменного тока (AC) и импульсный сигнал;
на фиг. 3 приведен пример временной диаграммы, показывающей работу каждого из переключающих модулей демпфера между включенным состоянием и выключенным состоянием на основе импульсного сигнала;
на фиг. 4 приведена эквивалентная принципиальная схема, показывающая демпфер, работающий в первой фазе, когда переключатели одновременно находятся во включенном состоянии;
на фиг. 5 приведена эквивалентная принципиальная схема, показывающая демпфер, работающий во второй фазе, когда переключатели одновременно находятся в выключенном состоянии; и
на фиг. 6 показана принципиальная схема, иллюстрирующая вариант осуществления устройства преобразования электрической энергии, в соответствии с изобретением.
Подробное описание изобретения
Перед более подробным описанием изобретения следует отметить, что там, где считается целесообразным, ссылочные позиции или концевые участки ссылочных позиций были повторены на различных фигурах, чтобы указать соответствующие или аналогичные элементы, которые, как вариант, могут обладать схожими характеристиками.
Со ссылкой на фиг. 1, показан вариант осуществления демпфера 1 в соответствии с данным изобретением. Демпфер 1 выполнен с возможностью принимать электрическую энергию (Vac) переменного тока (АС). Со ссылкой на фиг. 2, в этом варианте осуществления электрическая энергия (Vac) переменного тока (АС) представляет собой напряжение 110 Вольт с частотой 60 Гц, но не ограничена этими значениями.
D
Обращаясь снова к фиг. 1, демпфер 1 включает в себя резонансный контур 11, демпфирующий конденсаторный модуль (C) и переключающую схему 12.
D
D
D
D
Резонансный контур 11 включает в себя демпфирующий индукторный модуль (L) и резонансный конденсатор (Cr). Демпфирующий индукторный модуль (L) имеет первый вывод и второй вывод, и он выполнен с возможностью принимать электрическую энергию (Vac) переменного тока (АС). Для более подробной информации о модуле (L) демпфирующей катушки индуктивности можно обратиться к Тайваньской модели полезной модели № M470365, и его описание будет здесь опущено. Резонансный конденсатор (Cr) имеет первый вывод, электрически соединенный с первым выводом демпфирующего индукторного модуля (L), и второй вывод.
D
D
D
D
D
D
D
D
Демпфирующий конденсаторный модуль (C) имеет первый вывод, второй вывод и третий вывод. Кроме того, демпфирующий конденсаторный модуль (C) включает в себя первый неполяризованный конденсатор (Cs1), подключенный между первым и третьим выводами демпфирующего конденсаторного модуля (C), второй неполяризованный конденсатор (Cs2), подключенный между вторым и третьим выводами демпфирующего конденсаторного модуля (C), и поляризованный конденсатор (Cp), подключенный между первым и вторым выводами демпфирующего конденсаторного модуля (C). Например, у поляризованного конденсатора (Cp) имеется положительный вывод, подключенный к первому выводу демпфирующего конденсаторного модуля (C), и отрицательный вывод, подключенный ко второму выводу демпфирующего конденсаторного модуля (C). Поляризованный конденсатор (Cp) выполнен так, что его подключают параллельно с перезаряжаемым источником (Vdc) электрической энергии постоянного тока (DC), чтобы заряжать его. Для более подробной информации о модуле (C) демпфирующего конденсатора можно обратиться к Тайваньской модели полезной модели № M477033, и его описание будет здесь опущено.
D
D
D
D
D
Переключающая схема 12 электрически соединена со вторыми выводами резонансного конденсатора (Cr) и демпфирующего индукторного модуля (L), и с демпфирующим конденсаторным модулем (C). Переключающая схема 12 выполнена с возможностью работать в первой фазе и во второй фазе. При работе в первой фазе переключающая схема 12 устанавливает электрическое соединение между вторыми выводами демпфирующего индукторного модуля (L) и резонансного конденсатора (Cr), чтобы сохранить электрическую энергию переменного тока, принятую демпфирующим индукторным модулем (L) в резонансном контуре 11. При работе во второй фазе переключающая схема 12 позволяет передать в демпфирующий конденсаторный модуль (C) и сохранить в нем электрическую энергию переменного тока, сохраненную в резонансном контуре 11.
В частности, переключающая схема 12 включает в себя первый набор 13 диодов, второй набор 14 диодов, первый переключающий модуль 16, второй переключающий модуль 17 и контроллер 15.
D
D
D
D
D
D
Первый набор 13 диодов подключен ко второму выводу демпфирующего индукторного модуля (L) и первому и второму выводам демпфирующего конденсаторного модуля (C). Второй набор 14 диодов подключен ко второму выводу резонансного конденсатора (Cr) и первому и второму выводам демпфирующего конденсаторного модуля (C). В этом варианте осуществления и первый и второй наборы 13, 14 диодов включают в себя первый диод (D3, D5) и второй диод (D4, D6). У первых диодов (D3, D5) имеется анод, подключенный к соответствующим вторым выводам демпфирующего индукторного модуля (L) и резонансного конденсатора (Cr), и катод, подключенный к первому выводу демпфирующего конденсаторного модуля (C). У вторых диодов (D4, D6) имеется анод, подключенный ко второму выводу демпфирующего конденсаторного модуля (C), и катод, подключенный к аноду соответствующего первого диода (D3, D5). Следует отметить, что реализации наборов 13, 14 диодов не ограничены описанными здесь, и они могут отличаться в других реализациях.
D
D
D
Первый переключающий модуль 16 имеет первый вывод, подключенный ко второму выводу демпфирующего индукторного модуля (L), второй вывод, подключенный к третьему выводу демпфирующего конденсаторного модуля (C), и управляющий вывод. Второй переключающий модуль 17 имеет первый вывод, подключенный ко второму выводу резонансного конденсатора (Cr), второй вывод, подключенный к третьему выводу демпфирующего конденсаторного модуля (C), и управляющий вывод. Первый и второй переключающий модули 16, 17 могут работать во включенном состоянии, чтобы допускать протекание тока через себя между первым и вторым своими выводами, и могут работать в выключенном состоянии, чтобы допускать протекание тока через себя от второго своего вывода к первому своему выводу.
Контроллер 15 электрически подключен к управляющим выводам первого и второго переключающих модулей 16, 17, и выполнен с возможностью переключать работу первого и второго переключающих модулей 16, 17 между включенным состоянием и выключенным состоянием посредством импульсного сигнала (Р), как показано на фиг. 2 и 3. В течение первого периода (V) времени, когда импульсный сигнал (Р) имеет первый уровень напряжения (напр., уровень высокого напряжения), первому и второму переключающим модулям 16, 17 дают команду одновременно работать во включенном состоянии. В течение второго периода (U) времени, когда импульсный сигнал (Р) имеет второй уровень напряжения (напр., уровень низкого напряжения), первому и второму переключающим модулям 16, 17 дают команду одновременно работать в выключенном состоянии. В этом варианте осуществления импульсный сигнал (Р) имеет частоту 50 кГц, но не ограничен этим значением.
В этом варианте осуществления первый и второй переключающие модули 16, 17 включают в себя транзистор (Q1, Q2) и диод (D1, D2). Каждый транзистор (Q1, Q2) (напр., биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)) имеет вывод стока (D), вывод истока (S) и вывод затвора (G), которые соответственно подключены к первому, второму и управляющему выводам соответствующего первого и второго переключающих модулей 16, 17. Когда и первый и второй переключающие модули 16, 17 работают во включенном состоянии, их транзистор (Q1, Q2) проводит ток, так что ток может протекать от первого его вывода ко второму выводу через транзистор (Q1, Q2). Когда и первый и второй переключающие модули 16, 17 работают в выключенном состоянии, их транзистор (Q1, Q2) не проводит ток, так что ток не может протекать от первого его вывода ко второму выводу через транзистор (Q1, Q2). Каждый диод (D1, D2) имеет анод и катод, которые соответственно подключены ко вторым и первым выводам соответствующих первого и второго переключающих модулей 16, 17, так что ток может протекать от второго вывода соответствующего первого и второго переключающих модулей 16, 17 к первому выводу соответствующего первого и второго переключающих модулей 16, 17 через диод (D1, D2). Тем не менее, следует отметить, что реализации переключающих модулей 16, 17 могут отличаться в других вариантах осуществления, и они не ограничены описанными в этом документе.
D
D
D
D
D
D
Со ссылкой на фиг. 3 и 5, переключающая схема 12 (см. фиг. 1) работает циклично в первой и второй фазе в соответствии с импульсным сигналом (Р). На фиг. 4 и 5 частично показан демпфирующий индукторный модуль (L), а контроллер 15 (см. фиг. 1) и непроводящие транзисторы (Q1, Q2) не показаны. Как показано на фиг. 4, когда переключающая схема 12 работает в первой фазе, контроллер 15 управляет первым и вторым переключающими модулями 16, 17 так, чтобы они одновременно работали во включенном состоянии (т.е. транзисторы (Q1, Q2) одновременно проводят ток), чтобы установить электрическое соединение между вторыми выводами демпфирующего индукторного модуля (L) и резонансного конденсатора (Cr) (т.е. демпфирующий индукторный модуль (L) и резонансный конденсатор (Cr) соединены параллельно), так что электрическую энергию переменного тока, полученную демпфирующим индукторным модулем (L), сохраняют в резонансном контуре 11. Как показано на фиг. 5, когда переключающая схема 12 работает во второй фазе, контроллер 15 управляет первым и вторым переключающими модулями 16, 17 так, чтобы они одновременно работали в выключенном состоянии (т.е. транзисторы (Q1, Q2) одновременно не проводят ток, и демпфирующий индукторный модуль (L) и резонансный конденсатор (Cr) соединены последовательно), так что электрическую энергию переменного тока, сохраненную в резонансном контуре 11, можно передавать в демпфирующий конденсатор (C) через первый и второй наборы 13, 14 диодов и диоды (D1, D2) и сохранять в нем.
D
D
D
Обращаясь опять к фиг. 1, в итоге, управление переключающей схемой 12 осуществляют посредством импульсного сигнала (Р) (см. фиг. 3) так, чтобы она циклично работала в первой фазе и во второй фазе, и чтобы попеременно происходило следующее: электрическую энергию (Vac) переменного тока принятую посредством демпфирующего индукторного модуля (L) сохраняют в резонансном контуре 11; и электрическую энергию переменного тока, сохраненную в резонансном контуре 11, передают в демпфирующий конденсаторный модуль (C) и сохраняют в нем. После этого электрическую энергию, сохраненную в демпфирующем конденсаторном модуле (C) , можно использовать для зарядки перезаряжаемого источника (Vdc) электрической энергии постоянного тока. Следовательно, потери энергии низки, а эффективность преобразования высока.
Со ссылкой на фиг. 6, показан вариант осуществления устройства преобразования электрической энергии в соответствии с данным изобретением. Устройство преобразования электрической энергии включает в себя преобразователь 2 постоянного тока в переменный ток и демпфер 1, упомянутый выше.
Преобразователь 2 постоянного тока в переменный включает в себя схему 21 преобразования постоянного тока в переменный, и развязывающий трансформатор 22.
Схема 21 преобразования постоянного тока в переменный выполнена так, чтобы она была электрически соединена с перезаряжаемым источником (Vdc) постоянного тока, чтобы принимать постоянный ток от него, и она преобразует постоянный ток в переменный ток.
Развязывающий трансформатор 22 имеет входной порт, электрически соединенный со схемой 21 преобразования постоянного тока в переменный, для приема от нее переменного тока, и выходной порт. Развязывающий трансформатор 22 выдает на своем выходном порте переменный ток.
D
D
В варианте осуществления устройства преобразования электрической энергии демпфирующий индукторный модуль (L) демпфера 1 выполнен так, чтобы его подключали к развязывающему трансформатору 22, чтобы принимать от него электрическую энергию переменного тока. Демпфирующий индукторный модуль (L) выступает в качестве преобразователя при взаимодействии с развязывающим трансформатором 22, и выступает в качестве катушки индуктивности при взаимодействии с переключающей схемой 12. Так как работа демпфера 1 уже была описана, то соответствующие подробности опущены.
В приведенном выше описании в целях объяснения было изложено множество специфических подробностей, чтобы обеспечить полное понимание варианта осуществления. Тем не менее, специалистам в области техники будет очевидно, что на практике могут быть реализованы один или несколько других вариантов осуществления без некоторых из этих специфических деталей. Также следует понимать, что применение во всем этом описании выражений «один вариант осуществления», «вариант осуществления», вариант с указанием порядкового номера и т.д. означает, что определенный признак, конструкция или характеристика могут быть включены в практическую реализацию изобретения. Следует также понимать, что в описании различные признаки иногда сгруппированы в одном варианте осуществления, фигуре или ее описании для упрощения описания и способствования пониманию различных аспектов изобретения.
Хотя изобретение было описано касательно того, что считается примерным вариантом осуществления, понятно, что это изобретение не ограничивается раскрытым вариантом осуществления, но предназначено для охвата различных устройств, включенных в сущность и объем в самой широкой интерпретации, с тем, чтобы охватить все такие модификации и эквивалентные устройства.