УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ

Устройство для преобразования энергии
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано в системах преобразования энергии для питания различного рода потребителей в частности, при высоких напряжениях с емкостным накопителем на выходе источника преобразования энергии.
Известно устройство для преобразования напряжения с внешним возбуждением, содержащее задающий генератор с насыщающимся трансформатором, широтно-импульсный модулятор напряжения управления усилителем мощности с трансформатором Т2, к вторичной обмотке которого подключен двухполупериодный выпрямитель с LC фильтром, выделяющем постоянную составляющую, пропорциональную ширине импульсов широтно-импульсного модулятора. А.А. Бас, В.П. Миловзоров, А.К. Мусолин Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. М., «Радио и связь», 1987 г. с. 128, рис. 7-5.
Недостатком устройства является возникновение подмагничивания трансформатора Т2 из-за неравенства напряжений (по амплитуде и длительности) подаваемых на обмотки трансформатора. Различные по величине падения напряжения, возникающие в элементах схемы, увеличивают токи через обмотки трансформатора и транзисторы усилителя мощности, что понижает надежность устройства.
Известно устройство для заряда накопительного конденсатора генератора мощных импульсов, содержащее два входных вывода для подключения источника переменного тока, положительный и отрицательный выходные выводы для подключения заряжаемого накопительного конденсатора, а также вентильно-конденсаторный выпрямитель-учетверитель напряжения, образованный тремя дозирующими конденсаторами и цепочкой из четырех соединенных последовательно-согласно вентилей, катод первого вентиля которой образует положительный, анод четвертого вентиля - отрицательный выходной выводы, первый дозирующий конденсатор одной обкладкой подключен к точке соединения  первого и второго вентилей, а его вторая обкладка подключена к точке соединения третьего и четвертого вентилей, второй дозирующий конденсатор одной обкладкой подключен к точке соединения второго и третьего вентилей непосредственно и через третий дозирующий конденсатор - к отрицательному выходному выводу, точка соединения третьего и четвертого вентилей образует первый входной вывод, при этом вывод другой обкладки второго дозирующего конденсатора образует второй входной вывод устройства. Патент РФ №2364021, МПК Н03К 3/53, Н02М 3/335, 2009 г.
Недостатком устройства является узкие функциональные возможности, а именно, отсутствие возможности питания постоянным напряжением и возможности регулирования величины зарядного напряжения накопительного конденсатора.
Наиболее близким по технической сущности является устройство магнитно-транзисторного преобразователя с насыщающимся трансформатором, который одновременно выполняет функцию времязадающего элемента. Преобразователь выполнен по двухтактной схеме на двух транзисторах, к эмиттерам которых присоединены резисторы, при протекании тока через которые на них выделяется напряжение пропорциональное протекающему току. Параллельно каждому из резисторов подключен переход Б-Э дополнительного транзистора. Коллекторы этих дополнительных транзисторов подключены к базам транзисторов преобразователя. К базе одного транзистора преобразователя подключен резистор Rсм, другим концом соединенный с первым входом источника питания. А.А. Бас, В.П. Миловзоров, А.К. Мусолин. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. М., «Радио и связь», 1987 г. с. 99-100, рис. 5-9, прототип.
Недостатками прототипа является низкая надежность и значительное увеличение помех, проявляющиеся при работе на большую нагрузку, так как при этом в устройстве применяются мощные транзисторы, рассчитанные на большие токи со свойственными им недостатками: инерционность по сравнению с маломощными высокочастотными транзисторами. При этом время переключения и длительность тока переключения увеличиваются, что снижает надежность и увеличивает помехи. Кроме этого есть вероятность незапуска преобразователя при большом токе в нагрузке, например, при большой емкости в нагрузке одной из обмоток трансформатора, что равносильно режиму короткого замыкания обмотки при начале работы устройства.
Техническим результатом является повышение надежности и уменьшение помех.
Технический результат достигается тем, что устройство для преобразования энергии содержащее задающий генератор, состоящий из насыщающегося трансформатора, транзисторов и токоограничивающих резисторов, соединенных с эмиттерами транзисторов, дополнительно содержит усилитель мощности, состоящей из транзисторов, подключенных переходом Б-Э к соответствующим вторичным обмоткам насыщающегося трансформатора через формирователи управляющих сигналов, и трансформатора усилителя мощности, одними концами первичных обмоток, подключенными к коллекторам транзисторов усилителя мощности, а другими концами первичных обмоток соединенными через стабилизатор-регулятор напряжения с первичным источником питания, причем между эмиттерами транзисторов усилителя мощности и эмиттерами транзисторов задающего генератора и базами транзисторов, соединенных переходами Б-Э с токоограничивающими резисторами, введена обратная связь, выпрямитель, соединенный с обмоткой трансформатора усилителя мощности и накопителем энергии.
На чертеже представлено устройство для преобразования энергии. Устройство состоит из задающего генератора 1 на транзисторах VT1 и VT3 подключенных коллекторами к первичным обмоткам W1 и W2 трансформатора Т1, вторые концы которых подключены к плюсовому выводу источнику первичного питания Uвх через стабилизатор-регулятор 5. Обмотка положительной обратной связи W3 трансформатора Т1 подключена через резистор R4 между базами транзисторов VT1, VT3. Эмиттеры транзисторов VT1 и VT3 подключены соответственно к токоограничивающим резисторам R1 и R3 и базам транзисторов VT2 и VT4, коллекторы которых подключены к базам транзисторов VT1 и VT3 соответственно. Эмиттеры транзисторов VT2 VT4 соединены с вторыми концами токоограничивающих резисторов R1 R3 и подключены к минусовому выводу источнику первичного питания. Вторичные обмотки W4 и W5 трансформатора Т1 через цепи 2 и 3 формирующие сигналы управления усилителем мощности 4 подключены между базами и эмиттерами транзисторов VT5 VT6, причем эмиттеры транзисторов VT5 VT6 соединены с эмиттерами транзисторов VT1, VT3, базами VT2, VT4 и токоограничивающими резисторами R1, R3 задающего генератора. Коллекторы транзисторов VT5 VT6 соединены с первичными обмотками W1 и W2 трансформатора Т2, вторые концы которых подключены через стабилизатор напряжения 5 к плюсовому выводу первичного источника Uвх. Обмотка W3 через высоковольтный выпрямитель 6 соединена с накопителем энергии 7.
Устройство работает следующим образом:
При подаче напряжения питания в задающем генераторе 1 начинает протекать ток по цепи: плюсовой вывод источника питания - R2 - (Б-Э) транзистора VT1 - резистор R1 - минусовой вход источника питания. Транзистор VT1 открывается и начинает протекать ток по цепи: плюсовой вход источника питания - обмотка W1 трансформатора Т1 - переход К-Э транзистора VT1 - резистор R1 - минусовой вход источника питания. На коллекторной обмотке W1 трансформатора Т1 наводится напряжение, на остальных обмотках трансформатора Т1 также наводится напряжение. Базовая обмотка W3, через резистор Rб, обеспечивает протекание тока, поддерживая открытым транзистор VT1 и закрытым VT3. Протекая через резистор R1, в цепи эмиттера первого транзистора VT1, на резисторе выделяется напряжение. Через какое-то время трансформатор начнет насыщаться (резко уменьшается индуктивность намагничивания коллекторной обмотки W1 трансформатора) при этом ток начинает увеличиваться и падение напряжения на резисторе R1 в цепи эмиттера также увеличивается. Как только падение напряжения на резисторе R1 достигнет величины открытия дополнительного транзистора VT2, начнется закрытие первого транзистора VT1 и открытие второго транзистора VT3 преобразователя. Изменится полярность напряжения на обмотках трансформатора. Начинается процесс генерации преобразователя. Напряжение с обмоток W4, W5 через цепи 2 и 3 формирующие сигналы управления усилителем мощности 4 поступает на переходы Б-Э транзисторов VT5, VT6. Транзистор VT5 открывается, a VT6 закрывается. Через транзистор VT5 протекает ток от плюсового вывода источника питания через стабилизатор 5, обмотку W1 трансформатора Т2, переход К-Э транзистора VT5, резистор R1, минусовой вывод источника питания. К обмотке W1 трансформатора Т2 прикладывается напряжение равное U выхода стабилизатора 5 минус падение напряжения на переходе К-Э транзистора VT5 и минус падение напряжения на резисторе R1. На вторичной обмотке W3 трансформатора Т2 наводится напряжение определяемое коэффициентом трансформации трансформатора Т2. При смене полярности напряжения на обмотках W4, W5 трансформатора Т1 транзистор VT5 закрывается, а транзистор VT6 открывается и происходит смена полярности на обмотках трансформатора Т2. Напряжение с обмотки W3 через высоковольтный выпрямитель - умножитель напряжения поступает на накопитель энергии 7.
Введенная обратная связь позволила уменьшить (ограничить) токи, проходящие через транзисторы и трансформаторы усилителя мощности и задающего генератора преобразователя напряжения. Ограничение (уменьшение) величины коммутируемых токов через транзисторы и трансформаторы повышает надежности и уменьшает помехи при коммутации. При этом происходит ограничение токов подмагничивания трансформаторов устройства. Одновременно ограничиваются токи заряда накопителя энергии, что позволяет обеспечить плавный заряд накопителя энергии.
Величина напряжения заряда накопителя энергии определяется уровнем выходного напряжения стабилизатора 5. Регулирование уровня запасаемой энергии в накопителе, в зависимости от необходимости, позволило расширить функциональные возможности применения устройства.