ТРАНЗИСТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР
TRANSISTOR GENERATOR

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в различных технологических процессах, идущих с использованием ультразвуковых колебаний.
Известен транзисторный генератор, выполненный на базе полумостовых или мостовых инверторов [Патент RU №2086070 от 27.07.1997]. Он достаточно прост по схемному решению, но имеет существенный недостаток, препятствующий их широкому применению в ультразвуковых технологических процессах - неуправляемые переходные процессы включения-выключения инвертора, причем их опасность для нормальной работы генератора возрастает по мере увеличения питающего напряжения и выходной мощности.
Также известен транзисторный генератор [Драбович Ю.И., Комаров Н.С., Марченко Н.Б. Транзисторные источники питания с бестрансформаторным входом. - Киев: Наукова думка, 1984. - 160 с.; рис. 2а, стр. 14.], взятый в качестве прототипа, как наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому, который содержит входной выпрямитель с силовым входным фильтром, инвертор на транзисторах, управляемый соответствующим драйвером (или системой управления инвертором), с выходным трансформатором, причем драйвер (или система управления инвертором) безусловно управляется командным устройством.
Основным недостатком при использовании подобных генераторов для работы на резонансные и резкопеременные нагрузки типа пьезокерамических излучателей являются тяжелые переходные процессы при пуске и выключении инвертора. Это связано в первую очередь с влиянием силового LC фильтра, который при пуске инвертора вызывает падение питающего инвертор напряжения, а при остановке инвертора соответственно формирует выброс напряжения на фильтровом конденсаторе, причем с увеличением мощности генератора и величины фильтровой индуктивности этот выброс может достигать значительных величин (более двукратного питающего). Для борьбы с данными явлениями используют системы плавного пуска и плавного выключения инверторов, что существенно усложняет конструкцию в целом, так как требует применения управляемого выпрямителя со своей системой управления и ее синхронизации с процессами пуска и выключения. [Техническая коллекция Schneider Electric. Вып. №38, май 2011 г. «Устройства плавного пуска и преобразователи частоты», стр. 10, рис. 10 - http://enres.ru/wp-content/uploads/2012/12/v38.pdf]
Задачей изобретения является повышение надежности работы транзисторного генератора при работе на мощную и резко переменную резонансную нагрузку типа пьезокерамического излучателя за счет снижения влияния переходных процессов включения и выключения инвертора.
Поставленная задача достигается тем, что транзисторный генератор, содержащий силовой выпрямитель, через LC-фильтр подключенный к инвертору с выходным трансформатором, и систему управления инвертором с командным устройством, дополнительно снабжен ограничивающим резистором, управляемым ключом переменного тока, схемой «И» и схемой «ИЛИ», двумя высокочастотными выпрямителями, а также двумя дополнительными обмотками выходного трансформатора инвертора, причем ограничивающий резистор установлен во входной цепи силового выпрямителя, параллельно резистору подсоединен управляемый ключ переменного тока, управляющий вход которого подключен к выходу схемы «И», один вход которой, через первый высокочастотный выпрямитель, связан с первой дополнительной обмоткой выходного трансформатора, а второй вход подсоединен ко второму входу схемы «ИЛИ» и сигнальной шине «ПУСК», причем первый вход схемы «ИЛИ» через второй высокочастотный выпрямитель связан со второй дополнительной обмоткой выходного трансформатора инвертора.
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства.
Схема состоит из неуправляемого выпрямителя 1 с ограничивающим резистором 2 на входе, параллельно которому подсоединен управляемый ключ переменного тока 3. Выход силового выпрямителя 1 через LC-фильтр подключен к инвертору 4 с выходным трансформатором 5. Инвертор управляется системой управления инвертором 6, разрешение на работу которой формирует командное устройство 7. Выходной трансформатор 5 инвертора 4 имеет две дополнительные обмотки 8 и 9, первая из которых через первый высокочастотный выпрямитель 10 подключена к одному входу схемы «И» 11, выход которой подсоединен к управляющему входу управляемого ключа переменного тока 3. Вторая дополнительная обмотка 9 выходного трансформатора 5 через второй высокочастотный выпрямитель 12 подключена к первому входу схемы «ИЛИ» 13, второй вход которой связан с другим входом схемы «И» 11 и с сигнальной шиной «Работа», а выход схемы «И» подсоединен ко входу командного устройства 7.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии при подаче напряжения на вход силового выпрямителя 1 через ограничивающий резистор 2, поскольку управляемый ключ переменного тока 3 выключен, происходит медленный заряд фильтрового конденсатора С и постепенное повышение напряжения на входе инвертора 4. Управляющий работой генератора сигнал «Работа» отсутствует, командное устройство 7 блокирует работу системы управления инвертором 6, инвертор не работает и на обмотках выходного трансформатора 5 высокочастотное напряжение отсутствует.
При подаче сигнала «Работа» срабатывает схема «ИЛИ» 13 и своим выходным сигналом включает командное устройство 7, которое запускает систему управления инвертором 6. За счет имеющегося заряда фильтрового конденсатора С начинает работать инвертор 4 и формирует высокочастотное напряжение на дополнительных обмотках 8 и 9 выходного трансформатора 5. Эти напряжения выпрямляются выпрямителями 10 и 12 и поступают на соответствующие входы схемы «ИЛИ» 13 и схемы «И» 11. Поскольку сигнал «Работа» подается одновременно на входы схем «И» и «ИЛИ», то при одновременном наличии сигналов на входах схемы «И» на ее выходе формируется сигнал включения управляемого ключа переменного тока 3. Его включение обеспечивает «подхват» работы инвертора до критического разряда фильтрового конденсатора С. С другой стороны, наличие выпрямленного высокочастотного сигнала на одном из входов схемы «ИЛИ» обеспечивает формирование разрешающего работу инвертора сигнала от командного устройства и при прекращении сигнала «Работа».
При прекращении сигнала «Работа» сначала переходит в первоначальное состояние схема «И» и выключает управляемый ключ переменного тока. Поскольку инвертор продолжает работать, происходит разряд фильтрового конденсатора, питающее инвертор напряжение уменьшается и, соответственно, снижается выпрямленное высокочастотное напряжение на входе схемы «ИЛИ». При достижении им уровня выключения схемы «ИЛИ» срабатывает командное устройство и останавливает работу системы управления инвертором. Генератор возвращается в исходное состояние.
Таким образом, предлагаемый транзисторный генератор для резонансных нагрузок оказывается прост по исполнению, позволяет использовать самую современную элементную базу и с минимальными схемными дополнениями обеспечивает оптимальные переходные режимы в силовой схеме при включении и выключении инвертора, что в сочетании обеспечивает высокую надежность работы генератора в целом.
Использование стандартной схемы транзисторного инвертора на современной элементной базе и управляющего драйвера, включаемого по типовой схеме (в качестве системы управления инвертором), обеспечивает схемную простоту генератора в целом, а применение предлагаемой простой системы оптимизации переходных процессов включения и выключения силового инвертора позволяет обеспечить высокую надежность устройства даже при работе его на мощные и резко переменные нагрузки.