Устройство стабилизации напряжения постоянного тока

Полезная модель относится к электротехнике и предназначена для стабилизации напряжения источников постоянного тока.
Известно, что в схемах устройств стабилизации наблюдается практическая тенденция к уменьшению массы и объема самих устройств, что может быть достигнуто повышением частоты инверторных звеньев автономного инвертора. Однако переход к рабочим частотам сверхзвукового диапазона выявил ряд ограничений на повышение частоты. Одним из таких ограничений являются частотные свойства полупроводниковых приборов (например, транзисторов) и их критичность к допустимым скоростям нарастания токов и напряжений при коммутации (см. Розанов Ю.К. «Основы силовой электроники», 1992 г., 209 стр.).
Рассмотренная проблема решается путем применения прогрессивных конструкций однофазных трансформаторов с обмотками из материалов с высокой электропроводностью, где обмотки также выполняют функции сердечников. Устройство таких однофазных трансформаторов отличается значительно меньшими величинами габаритов, массы и потерь энергии в обмотках и сердечнике.
Известен трансформатор (см. патент на изобретение RU 2444803), у которого ярма, первичная и вторичная обмотки выполнены из ферромагнитного материала, где первичная и вторичная обмотки характеризуются высокой электропроводимостью, при этом первичная обмотка коаксиально охватывает вторичную обмотку, которые, чередуясь с ярмами, соединены в замкнутую магнитную цепь.
Наиболее близким по техническому решению является устройство стабилизации напряжения постоянного тока (см. патент на изобретение RU 2444832), содержащее автономный инвертор, выпрямитель, систему управления и однофазный трансформатор, содержащий ярма, первичную и вторичную обмотки со средними точками, причем входной вывод положительного потенциала устройства стабилизации соединен с первым и вторым входными выводами автономного инвертора, первым входным выводом системы управления и средней точкой вторичной обмотки однофазного трансформатора, входной вывод отрицательного потенциала устройства стабилизации соединен с выходным выводом отрицательного потенциала устройства стабилизации, вторым и четвертым входным выводом системы управления и средней точкой первичной обмотки однофазного трансформатора, выходной вывод положительного потенциала устройства стабилизации соединен с выходным выводом выпрямителя и третьим входным выводом системы управления, третий и четвертый входные выводы автономного инвертора соединены с первым и третьим выходными выводами системы управления, выходные выводы автономного инвертора соединены с первичной обмоткой однофазного трансформатора и со вторыми четвертым выходными выводами системы управления, входные выводы выпрямителя соединены со вторичной обмоткой однофазного трансформатора.
Недостаток прототипа: относительно высокое значение габаритов и массы трансформатора в устройстве стабилизации напряжения постоянного тока.
Техническим результатом является снижение габаритов и массы трансформатора в устройстве стабилизации напряжения постоянного тока.
Технический результат достигается тем, что в устройстве стабилизации напряжения постоянного тока, содержащем автономный инвертор, выпрямитель, систему управления и однофазный трансформатор, содержащий ярма, первичную и вторичную обмотки со средними точками, причем входной вывод положительного потенциала устройства стабилизации соединен с первым и вторым входными выводами автономного инвертора, первым входным выводом системы управления и средней точкой вторичной обмотки однофазного трансформатора, входной вывод отрицательного потенциала устройства стабилизации соединен с выходным выводом отрицательного потенциала устройства стабилизации, вторым и четвертым входным выводом системы управления и средней точкой первичной обмотки однофазного трансформатора, выходной вывод положительного потенциала устройства стабилизации соединен с выходным выводом выпрямителя и третьим входным выводом системы управления, третий и четвертый входные выводы автономного инвертора соединены с первым и третьим выходными выводами системы управления, выходные выводы автономного инвертора соединены с первичной обмоткой однофазного трансформатора и со вторыми четвертым выходными выводами системы управления, входные выводы выпрямителя соединены со вторичной обмоткой однофазного трансформатора, согласно полезной модели ярма первичная и вторичная обмотки однофазного трансформатора выполнены из ферромагнитного материала, при этом первичная обмотка коаксиально охватывает вторичную обмотку, которые, чередуясь с ярмами, соединены в замкнутую магнитную цепь.
Обоснование критериев охраноспособности полезной модели
Новизна обусловлена тем, что предлагаемая совокупность существенных признаков неизвестна из сведений об уровне техники, а именно: выполнение из ферромагнитного материала ярм, первичной и вторичной обмоток однофазного трансформатора в устройстве стабилизации напряжения постоянного тока, где первичная и вторичная обмотки характеризуются высокой электропроводимостью, при этом первичная обмотка коаксиально охватывает вторичную обмотку, которые, чередуясь с ярмами, соединены в замкнутую магнитную цепь, что обеспечивает значительное снижение массогабаритных показателей устройства.
Промышленная применимость подтверждается возможностью применения в линиях электропередачи постоянного тока и в автономных системах электропитания промышленности и сельского хозяйства.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображена функциональная схема устройства стабилизации напряжения постоянного тока, на фигуре 2 изображен однофазный трансформатор.
Устройство стабилизации напряжения постоянного тока содержит автономный инвертор 1, выпрямитель 2, систему управления 3 и однофазный трансформатор 4, содержащий ярма 5, первичную и вторичную обмотки 6 и 7 со средними точками, причем входной вывод положительного потенциала устройства стабилизации соединен с первым и вторым входными выводами автономного инвертора 1, первым входным выводом системы управления 3 и средней точкой вторичной обмотки 7 однофазного трансформатора 4, входной вывод отрицательного потенциала устройства стабилизации соединен с выходным выводом отрицательного потенциала устройства стабилизации, вторым и четвертым входным выводом системы управления 3 и средней точкой первичной обмотки 6 однофазного трансформатора 4, выходной вывод положительного потенциала устройства стабилизации соединен с выходным выводом выпрямителя 2 и третьим входным выводом системы управления 3, третий и четвертый входные выводы автономного инвертора 1 соединены с первым и третьим выходными выводами системы управления 3, выходные выводы автономного инвертора 1 соединены с первичной обмоткой 6 однофазного трансформатора 4 и со вторым и четвертым выходными выводами системы управления 3, входные выводы выпрямителя 2 соединены со вторичной обмоткой 7 однофазного трансформатора 4. Ярма 5, первичная и вторичная обмотки 6 и 7 однофазного трансформатора 4 выполнены из ферромагнитного материала, при этом первичная обмотка 6 коаксиально охватывает вторичную обмотку 7, которые, чередуясь с ярмами 5, соединены в замкнутую магнитную цепь.
Устройство стабилизации напряжения постоянного тока работает следующим образом.
1
1
2
2
При подаче напряжения на входные выводы устройства автономный инвертор 1 преобразует постоянное напряжение в переменное, а в первичной обмотке 6 однофазного трансформатора 4 под действием тока I, создающего магнитные потоки Ф, наводится ЭДС U. Посредством магнитной связи однофазного трансформатора 4 во вторичной обмотке 7, подключенной к входным выводам выпрямителя, наводится ЭДС U, обеспечивая ток нагрузки I, протекающий в выпрямителе 2, выполняющем функции вольтодобавочного устройства. Стабилизацию уровня выходного напряжения обеспечивает система управления 3, а однофазный трансформатор 4 осуществляет связь и согласование уровней входного и выходного напряжений между автономным инвертором 1 и выпрямителем 2, являясь достаточно малогабаритным и легким элементом в схеме устройства стабилизации напряжения постоянного тока. Так как потери энергии любого трансформатора пропорциональны его весу, то полученное уменьшение веса обеспечивает уменьшение этих потерь.
Заявленное устройство может применяться в силовых и измерительных цепях электронной и электротехнической промышленности в электроэнергетике.