УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОЩНОСТИ С ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИМ КОНТУРОМ

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к устройствам для преобразования мощности, и в частности, к устройству для преобразования мощности с энергосберегающим контуром, выполненному с возможностью электромагнитного преобразования мощности только при необходимости изменения напряжения.
Уровень техники
Приобретая бытовые электрические/электронные приборы, большинство покупателей склоняются к выбору товаров, отвечающих международному стандарту энергоэффективности (Energy Star). Energy Star - международный стандарт, разработанный в США для потребительских товаров с низким потреблением электроэнергии. Согласно опросам в отношении покупательских предпочтений более семидесяти процентов потребителей хотели бы приобрести изделия, имеющие сертификат Energy Star, а большая часть покупателей считает изделия такого типа товарами длительного пользования. Наличие наклейки, свидетельствующей о том, что устройство соответствует международному стандарту энергосбережения, указывает на тот факт, что продукт обладает более высокой эффективностью использования электроэнергии и обеспечивает экономию энергии и денежных средств для работы.
Обычное устройство для преобразования мощности (Фиг.9) имеет автотрансформатор 60, первый переключатель 61, второй переключатель 62 и выходной переключатель 63.
Автотрансформатор 60 имеет обмотку, первый конец которой соединен с проводом под напряжением N источника питания, а второй конец включен между первым переключателем 61 и вторым переключателем 62. Обмотка имеет первое ответвление 601. Второй переключатель далее соединен с выходным переключателем 63.
Первый переключатель 61 имеет общий вывод (СОМ), нормально замкнутый вывод (NC) и нормально разомкнутый вывод (NO), при этом общий вывод соединен с проводом под напряжением источника питания, а нормально замкнутый вывод (NC) и нормально разомкнутый вывод (NO) соответственно соединены со вторым концом и первым ответвлением 601 обмотки.
Второй переключатель 62 имеет общий вывод (СОМ), нормально замкнутый вывод (NC) и нормально разомкнутый вывод (NO), при этом нормально замкнутый вывод (NC) и нормально разомкнутый вывод (NO) соответственно соединены со вторым концом и первым ответвлением 601 обмотки.
Выходной переключатель 63 имеет общий вывод (СОМ), нормально замкнутый вывод (NC) и нормально разомкнутый вывод (NO), при этом общий вывод (СОМ) является выходным разъемом питания, а нормально разомкнутый вывод соединен с общим выводом (СОМ) второго переключателя 62.
Как показано на Фиг.9, управление первым переключателем 61 и выходным переключателем 63 выполнено таким образом, что общий вывод (СОМ) первого переключателя 61 соединен с его нормально замкнутым выводом (NC), общий вывод выходного переключателя 63 соединен с его нормально замкнутым выводом (NC), а обычное устройство для преобразования мощности работает в режиме отключения от нагрузки.
По сравнению с режимом отключения от нагрузки, при котором автотрансформатор 60 работает в режиме повышения напряжения, общий вывод (СОМ) первого переключателя 61 соединен с его нормально разомкнутым выводом (NO) таким образом, что первичная обмотка образована участком обмотки от первого ответвления 601 до первого конца. Общий вывод (СОМ) второго переключателя 62 соединен с его нормально замкнутым выводом (NC) таким образом, что вторичная обмотка образована всем участком обмотки от второго конца до первого. Общий вывод (СОМ) выходного переключателя 63 соединен с его нормально разомкнутым выводом (NO) с возможностью получения выходного напряжения. Поскольку первичная обмотка служит участком вторичной обмотки, а число витков вторичной обмотки превышает число витков первичной обмотки, выходное напряжение повышено.
При работе автотрансформатора 60 в режиме понижения напряжения общий вывод (СОМ) первого переключателя 61 соединен с его нормально замкнутым выводом (NC) таким образом, что первичная обмотка образована всем участком обмотки от второго конца до первого. Общий вывод (СОМ) второго переключателя 62 соединен с его нормально разомкнутым выводом (NO) таким образом, что вторичная обмотка образована участком обмотки от первого ответвления до первого конца. Общий вывод (СОМ) выходного переключателя 63 соединен с его нормально разомкнутым выводом (NO) с возможностью получения выходного напряжения. Поскольку вторичная обмотка служит участком первичной обмотки, а число витков первичной обмотки превышает число витков вторичной обмотки, выходное напряжение понижено.
Другое обычное устройство для преобразования мощности (Фиг.10 и 11), по существу, аналогично рассмотренному выше устройству за исключением того, что обмотка далее имеет второе ответвление 602, расположенное между первым ответвлением 601 и первым концом обмотки. Нормально замкнутый вывод (NC) и нормально разомкнутый вывод (NO) первого переключателя 61 соединены соответственно со вторым концом и вторым ответвлением 602 обмотки. Нормально замкнутый вывод (NC) и нормально разомкнутый вывод (NO) второго переключателя 62 соединены соответственно со вторым концом и первым ответвлением 601 обмотки.
Аналогично, обычное устройство для преобразования мощности может работать в режиме отключения от нагрузки (Фиг.10), при котором общий вывод (СОМ) выходного переключателя 63 соединен с нормально замкнутым выводом (NC) с возможностью отключения устройства и в режиме прямого вывода (Фиг.11), при котором общий вывод (СОМ) выходного переключателя 63 соединен с его нормально разомкнутым выводом (NO), общий вывод второго переключателя 62 соединен с нормально замкнутым выводом, а общий вывод первого переключателя 61 соединен с нормально замкнутым выводом. В режиме прямого вывода возможность повышения или понижения напряжения отсутствует, поскольку первичные и вторичные обмотки имеют одинаковое количество витков.
Аналогично, при работе автотрансформатора 60 в режиме повышения напряжения, общий вывод первого переключателя 61 соединен с его нормально разомкнутым выводом (NO) таким образом, что первичная обмотка образована участком обмотки от второго ответвления 602 до первого конца. Общий вывод (СОМ) второго переключателя 62 соединен с его нормально замкнутым выводом (NC) или нормально разомкнутым выводом (NO) таким образом, что вторичная обмотка образована участком обмотки от второго конца или первого ответвления 601 до первого конца. Общий вывод (СОМ) выходного переключателя 63 соединен с его нормально разомкнутым выводом (NO). Поскольку число витков вторичной обмотки превышает число витков первичной обмотки, выходное напряжение повышено.
При работе автотрансформатора 60 в режиме понижения напряжения общий вывод первого переключателя 61 соединен с его нормально замкнутым выводом (NC) таким образом, что первичная обмотка образована всем участком обмотки от второго конца до первого. Общий вывод (СОМ) второго переключателя 62 соединен с его нормально разомкнутым выводом (NO) таким образом, что вторичная обмотка образована участком обмотки от первого ответвления 601 до первого конца. Общий вывод (СОМ) выходного переключателя 63 соединен с нормально разомкнутым выводом (NO). Поскольку число витков первичной обмотки превышает число витков вторичной обмотки, выходное напряжение понижено.
Рассмотренные выше обычные устройства для преобразования мощности могут быть соединены с электрическими/электронными бытовыми приборами и широко использованы для защиты контура повышения/понижения напряжения или выходного контура. Однако один конец автотрансформатора такого типа 60 должен быть постоянно соединен с контурами. Каждое выполнение автотрансформатором 60 операции повышения/понижения напряжения или прямой вывод входного напряжения приводит к выработке избыточного количества электромагнитной энергии и чрезмерному энергопотреблению.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задача настоящей полезной модели состоит в создании устройства для преобразования мощности с энергосберегающим контуром, включенного между источником напряжения и электрическим/электронным бытовым прибором и выполненного с возможностью повышения или понижения входного напряжения в зависимости от его величины и прямого вывода входного напряжения без дополнительного потребления энергии в случае отсутствия необходимости выполнения операции преобразования напряжения.
Для решения поставленной задачи устройство для преобразования мощности с энергосберегающим контуром содержит схему переключения режимов, схему преобразования, выходной контур и микроконтроллер (MCU).
Схема переключения режимов включает в себя ввод входного напряжения и коммутационный элемент. Коммутационный элемент имеет первый контакт и второй контакт.
Схема преобразования включает автотрансформатор и изолирующий элемент.
Автотрансформатор имеет по меньшей мере одно ответвление, соединенное со вторым контактом коммутационного элемента.
Изолирующий элемент имеет общий вывод, нормально замкнутый вывод и нормально разомкнутый вывод. Общий вывод соединен с первым контактом коммутационного элемента. Нормально разомкнутый вывод соединен с одним концом автотрансформатора.
Выходная схема содержит коммутационный элемент и вывод выходного напряжения.
Коммутационный элемент имеет третий и четвертый контакты. Третий контакт соединен по меньшей мере с одним ответвлением. Четвертый контакт соединен с общим выводом изолирующего элемента.
MCU соединен с коммутационным элементом схемы переключения режимов, изолирующим элементом схемы преобразования, коммутационным элементом выходной схемы и вводом входного напряжения схемы переключения режимов и имеет по меньшей мере один порог напряжения.
MCU выполнен с возможностью сравнения значения входного напряжения со значением порогового напряжения и управления изолирующим элементом и коммутационными элементами схемы переключения режимов и выходного контура с возможностью переключения их контактов и подачи входного напряжения на автотрансформатор для повышения или понижения напряжения, таким образом что на выход постоянно подано выходное напряжение, значение которого соответствует значению порогового напряжения. При отсутствии необходимости преобразования мощности, изолирующий элемент используется для изолирования автотрансформатора от контура преобразования мощности, уменьшая таким образом потребление энергии и повышая эффективность ее использования.
Другие задачи, преимущества и новые признаки полезной модели станут более очевидными при рассмотрении приведенного ниже описания вместе с прилагаемыми чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 показана первая принципиальная схема первого примера осуществления устройства для преобразования мощности с энергосберегающим контуром согласно настоящей полезной модели, работающего в режиме отключения от нагрузки.
На Фиг.2 показана вторая принципиальная схема устройства для преобразования мощности, изображенного на Фиг.1, работающего в режиме энергосбережения.
На Фиг.3 показана третья принципиальная схема устройства для преобразования мощности, изображенного на Фиг.1, работающего в режиме понижения напряжения.
На Фиг.4 показана четвертая принципиальная схема устройства для преобразования мощности, изображенного на Фиг.1, работающего в режиме повышения напряжения.
На Фиг.5 показана первая принципиальная схема второго примера осуществления устройства для преобразования мощности с энергосберегающим контуром согласно настоящей полезной модели, работающего в режиме энергосбережения.
На Фиг.6 показана вторая принципиальная схема устройства для преобразования мощности, изображенного на Фиг.5, работающего в режиме понижения напряжения.
На Фиг.7 показана третья принципиальная схема устройства для преобразования мощности, изображенного на Фиг.5, работающего в режиме повышения напряжения.
На Фиг.8 показана четвертая принципиальная схема устройства для преобразования мощности, изображенного на Фиг.5, работающего в другом режиме повышения напряжения.
На Фиг.9 показана принципиальная схема обычного устройства для преобразования мощности, работающего в режиме отключения от нагрузки.
На Фиг.10 показана принципиальная схема другого обычного устройства для преобразования мощности с двумя ответвлениями, работающего в режиме отключения от нагрузки.
На Фиг.11 показана еще одна принципиальная схема обычного устройства для преобразования мощности, изображенного на Фиг.10, работающего в режиме прямого вывода.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Устройство для преобразования мощности с энергосберегающим контуром (Фиг.1 и 2) согласно настоящей полезной модели включено между источником питания и электрическим/электронным бытовым прибором и содержит схему переключения режимов 10, схему 20 преобразования, выходную схему 30 и микроконтроллер (MCU) 40.
Схема переключения режимов 10 имеет ввод входного напряжения, то есть провод под напряжением/нейтральный провод (L/N) источника питания и коммутационный элемент 11. Коммутационный элемент 11 имеет первый контакт 11A и второй контакт 11B. В настоящем примере осуществления полезной модели коммутационным элементом 11 является реле (Relay1). Указанным вводом входного напряжения является общий вывод (СОМ) реле Relay1.
Схема преобразования 20 содержит изолирующий элемент 21 и автотрансформатор 22. Автотрансформатор 22 имеет обмотку. Обмотка имеет первый конец, подключенный к нейтральному проводу источника напряжения, второй конец и первое ответвление 221 между первым и вторым концами. Изолирующий элемент 21 имеет общий вывод (СОМ), нормально замкнутый вывод 21A и нормально разомкнутый вывод 21B. Нормально разомкнутый вывод 21 В соединен со вторым концом обмотки. Первое ответвление 221 соединено со вторым контактом 11 В коммутационного элемента 11 с образованием первичной обмотки. В настоящем примере осуществления полезной модели изолирующим элементом 21 является еще одно реле (Relay2). Общий вывод (COM) Relay2 соединен с его нормально замкнутым выводом 21A, а между нормально замкнутым выводом 21A и автотрансформатором 22 имеется разомкнутая цепь, так что автотрансформатор 22 изолирован.
Выходная схема 30 имеет коммутационный элемент 31 и выход выходного напряжения, то есть провод под напряжением/нейтральный провод (L/N) источника питания. Коммутационный элемент 31 имеет третий 31A и четвертый 31B контакты. Третий контакт 31A соединен с первым ответвлением 221 обмотки с образованием вторичной обмотки. Четвертый контакт 31В соединен с первым контактом 11A коммутационного элемента 11 и общим выводом (СОМ) изолирующего элемента 21 с образованием схемы преобразования мощности. В настоящем примере осуществления полезной модели, коммутационным элементом 31 является реле (Relay3), а выводом выходного напряжения является общий вывод (COM) Relay3.
MCU 40 соединен с коммутационным элементом 11 схемы переключения режимов 10, изолирующим элементом 21 схемы преобразования 20, катушкой возбуждения коммутационного элемента 31 выходной схемы 30 и вводом входного напряжения схемы переключения режимов 10 и имеет порог напряжения. Сначала с помощью MCU 40 выполнено сравнение значения входного напряжения со значением порогового напряжения. При отличии значения входного напряжения от значения порогового напряжения, управление Relay1, Relay2 и Relay3 посредством MCU 40 осуществлено с возможностью изменения отношения витков вторичной обмотки к виткам первичной обмотки, а, следовательно, и повышения или понижения входного напряжения для постоянного получения на выводе выходного напряжения, значение которого соответствует значению заданного порогового напряжения. В ином случае, устройство для преобразования мощности переведено в энергосберегающий режим работы с помощью Relay1, Relay2 и Relay3, управляемых посредством MCU 40.
При отсутствии напряжения на выходе, либо при работе устройства для преобразования мощности в режиме отключения от нагрузки (Фиг.1), посредством MCU 40 осуществлено управление общим выводом (COM) Relay1, с возможностью его соединения с первым контактом 11A, общим выводом изолирующего элемента 21, соединяемым с контактом 21A и общим выводом (COM) Relay3, соединяемым с третьим контактом 31A.
В режиме прямого вывода входного напряжения на выходной разъем, либо при работе устройства для преобразования мощности в энергосберегающем режиме (Фиг.2), с помощью MCU 40 осуществлено управление общим выводом (COM) Relay1, с возможностью его соединения с первым контактом 11A, общим выводом изолирующего элемента 21, соединяемым с контактом 21A и общим выводом (COM) Relay3, соединяемым с четвертым контактом 31B. Между нормально замкнутым выводом 21A изолирующего элемента 21 и автотрансформатором 22 имеется разомкнутая цепь, изолирующая автотрансформатор 22 от схемы преобразования мощности. Режимы работы Relay1 и Relay3 обеспечивают прямой вывод входного напряжения, значение которого равно значению порогового напряжения, на вывод выходного напряжения, минуя автотрансформатор 22, при этом устройство для преобразования мощности позволяет сэкономить большее количество мощности за счет отсутствия потребления мощности автотрансформатором 22.
При работе устройства для преобразования мощности в режиме понижения напряжения (Фиг.3), управление Relay1, Relay2 и Relay3 с помощью MCU 40 осуществлено таким образом, что общий вывод (COM) Relay1 соединен с его первым контактом 11A, общий вывод Relay2 соединен с нормально разомкнутым выводом 21B, а общий вывод Relay3 соединен с третьим контактом 31A, при этом первичная обмотка образована всем участком обмотки в целом, а вторичная обмотка образована участком обмотки от первого ответвления 221 до первого конца. Т.к. число витков первичной обмотки превышает число витков вторичной обмотки, то входное напряжение, величина которого превышает величину порогового напряжения, понижено до величины порогового напряжения и подано на вывод выходного напряжения.
При работе устройства для преобразования мощности в режиме повышения напряжения (Фиг.4), управление Relay1, Relay2 и Relay3 с помощью MCU 40 осуществлено таким образом, что общий вывод (COM) Relay1 соединен с его вторым контактом 11B, общий вывод (COM) Relay2 соединен с нормально разомкнутым выводом 21B, а общий вывод Relay3 соединен с четвертым контактом 31B, при этом первичная обмотка образована участком обмотки от первого ответвления 221 до первого конца, а вторичная обмотка образована всем участком обмотки в целом. Т.к. число витков первичной обмотки меньше числа витков вторичной обмотки, то входное напряжение, величина которого меньше величины порогового напряжения, повышено до величины порогового напряжения и подано на вывод выходного напряжения.
Второй пример осуществления устройства для преобразования мощности с энергосберегающим контуром (Фиг.5) в соответствии с настоящей полезной моделью, по существу, аналогичен рассмотренному выше примеру, за исключением того, что обмотка дополнительно имеет второе ответвление 222, выполненное между первым ответвлением 221 и первым концом обмотки. При работе устройства для преобразования мощности в энергосберегающем режиме, управление Relay1, Relay2 и Relay3 с помощью MCU 40 осуществлено таким образом, что общий вывод (COM) Relay1 соединен с его первым контактом 11A, общий вывод (COM) Relay2 соединен с нормально замкнутым выводом 21A, а общий вывод (COM) Relay3 соединен с четвертым контактом 31B. Между нормально замкнутым выводом 21А изолирующего элемента 21 и автотрансформатором 22 имеется разомкнутая цепь, изолирующая автотрансформатор 22 от схемы преобразования мощности. Режимы работы Relay1 и Relay3 обеспечивают прямую подачу входного напряжения, величина которого равна величине порогового напряжения, на вывод выходного напряжения, минуя автотрансформатор 22, при этом устройство для преобразования мощности позволяет сэкономить большее количество мощности за счет отсутствия потребления мощности автотрансформатором 22.
При работе показанного на Фиг.5 устройства для преобразования мощности в режиме понижения напряжения (Фиг.6), управление Relay1, Relay2 и Relay3 с помощью MCU 40 осуществлено таким образом, что общий вывод (COM) Relay1 соединен с его первым контактом 11A, общий вывод Relay2 соединен с нормально разомкнутым выводом 21B, а общий вывод Relay3 соединен с третьим контактом 31A, так что первичная обмотка образована всем участком обмотки в целом, а вторичная обмотка образована участком обмотки от первого ответвления 221 до первого конца. Т.к. число витков первичной обмотки превышает число витков вторичной обмотки, то входное напряжение, величина которого превышает величину порогового напряжения, понижено до величины порогового напряжения и подано на вывод выходного напряжения.
При работе устройства для преобразования мощности, изображенного на Фиг.5, в режиме повышения напряжения (Фиг.7), управление Relay1, Relay2 и Relay3 с помощью MCU 40 осуществлено таким образом, что общий вывод (СОМ) Relay1 соединен с его вторым контактом 11 В, общий вывод (COM) Relay2 соединен по выбору с нормально замкнутым выводом 21A или нормально разомкнутым выводом 21 В, а общий вывод Relay3 соединен с третьим контактом 31A, при этом первичная обмотка образована участком обмотки от второго ответвления 222 до первого конца, а вторичная обмотка образована участком обмотки от первого ответвления 221 до первого конца. Т.к. число витков первичной обмотки меньше числа витков вторичной обмотки, то входное напряжение, величина которого меньше величины порогового напряжения, повышено до величины порогового напряжения и подано на вывод выходного напряжения.
При работе устройства для преобразования мощности, изображенного на Фиг.5, в другом режиме повышения напряжения (Фиг.8), управление Relay1, Relay2 и Relay3 с помощью MCU 40 осуществлено таким образом, что общий вывод (COM) Relay1 соединен с его вторым контактом 11B, общий вывод (СОМ) Relay2 соединен с нормально разомкнутым выводом 21B, а общий вывод Relay3 соединен с четвертым контактом 31В, при этом первичная обмотка образована участком обмотки от второго ответвления 222 до первого конца, а вторичная обмотка образована всем участком обмотки в целом. Т.к. число витков первичной обмотки меньше числа витков вторичной обмотки, то входное напряжение, величина которого меньше величины порогового напряжения, повышено до величины порогового напряжения и подано на вывод выходного напряжения.
Согласно рассмотренным выше примерам осуществления полезной модели, с помощью MCU 40 на первом этапе выполнено сравнение величины входного напряжения с величиной порогового напряжения, с последующим управлением тремя реле (Relay1, Relay2 и Relay3) для прохода входного напряжения через первое ответвление 221, второе ответвление 222 и второй конец обмотки автотрансформатора 22 с возможностью перехода в режим повышения или понижения напряжения и последующей выдачи напряжения в соответствии с заданными пороговыми напряжениями. При равенстве величины входного напряжения величине порогового напряжения и отсутствии режимов повышения или понижения напряжения, изолирующий элемент 21 используется для изолирования автотрансформатора 22 от схемы преобразования мощности, исключения потребления мощности автотрансформатором 22 и повышения эффективности энергоиспользования.
Несмотря на тот факт, что в приведенном выше описании были рассмотрены многочисленные характеристики и преимущества настоящей полезной модели, а также детали конструкции и работа полезной модели, настоящее описание носит исключительно иллюстративный характер. Изменения возможны в деталях, в частности, что касается формы, размера и расположения элементов, в пределах принципов полезной модели, значимость которых в полном объеме раскрыта в прилагаемой формуле полезной модели.