УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ЗАРЯДНОГО ТОКА КОНДЕНСАТОРА НАГРУЗКИ
DEVICE FOR LIMITING CHARGE CURRENT OF LOAD CAPACITOR

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для ограничения зарядного тока конденсатора, в частности для ограничения зарядного тока конденсатора, подключенного к входу инвертора.
Известно устройство для ограничения зарядного тока конденсатора (http://electrum-av.com/ru/, Новиков П.А. Плавный заряд емкости: что выбрать? Рис. 1).
Известное устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки состоит из резистора, подключенного между источником питания и конденсатором нагрузки, реле с замыкающим контактом, подключенным параллельно резистору и системы управления, обеспечивающей срабатывание реле при увеличении напряжения на конденсаторе нагрузки до заданного уровня или по прошествии определенного времени с момента включения.
Недостатки устройства обусловлены тем, что катушка реле в основном режиме работы устройства остается подключенной к сети, что снижает ресурс ее работы и увеличивает вероятность отказа.
Известно устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству (http://electrum-av.com/ru/, Новиков П.А. Плавный заряд емкости: что выбрать? Рис. 3) - прототип.
Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки состоит из ключа, силовые выводы которого подключены между первым выводом источником питания и первым выводом конденсатора нагрузки, а второй вывод источника питания подключен ко второму выводу конденсатора нагрузки непосредственно, и блока управления, выход которого подключен к управляющему выводу ключа. При включении источника питания система управления в соответствии с заданным алгоритмом генерирует импульсы управления, что вызывает периодическое замыкание ключа и постепенный заряд конденсатора нагрузки с соответствующим ограничением значения зарядного тока.
Недостаток известного устройства для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки обусловлен тем, что у него не контролируются импульсные значения тока заряда в интервалах проводимости ключа. Вместе с тем, при сочетании процесса заряда конденсатора нагрузки с возможными случайными изменениями напряжения источника питания в виде выбросов напряжений, ограничение тока заряда будет отличаться от запрограммированного, и амплитуда импульсов тока на отдельных интервалах коммутации может превысить допустимое значение.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача устранить указанный недостаток, т.е. ввести ограничение тока заряда, за счет чего повысить надежность устройства, а также дополнительно ввести функцию регулирования выходного напряжения, что позволит расширить область применения данного устройства.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, содержащее источник напряжения постоянного тока, ключ и блок управления, при этом первый вывод источника напряжения постоянного тока соединен с первым выводом ключа, а второй вывод источника напряжения постоянного тока соединен с первой выходной клеммой устройства для подключения конденсатора нагрузки, дополнительно введены устройство задания напряжения, второй блок управления, блок ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки, датчик тока, реактор и диод, при этом выход устройства задания напряжения подключен к первому входу второго блока управления, выход второго блока управления подключен через блок ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки к первому входу блока управления, ключ вторым выводом через реактор подключен к первому выводу датчика тока, который своим выходом соединен со вторым входом блока управления, а вторым выводом соединен со второй выходной клеммой для подключения конденсатора нагрузки и со вторым входом второго блока управления, а между вторым выводом ключа и вторым выводом источника напряжения постоянного тока подключен диод катодом ко второму выводу ключа.
В заявленном устройстве для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:
- источник напряжения постоянного тока;
- ключ;
- блок управления;
- первый вывод источника напряжения постоянного тока соединен с первым выводом ключа, а второй вывод источника напряжения постоянного тока соединен с первой выходной клеммой устройства для подключения конденсатора нагрузки.
Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного устройства для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки и его прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:
- введены устройство задания напряжения и второй блок управления, причем второй блок управления своим первым входом подключен к выходу устройства задания напряжения, а вторым входом подключен ко второй клемме конденсатора нагрузки;
- введен блок ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки, подключенный между выходом второго блока управления и первым входом блока управления, выход которого соединен с управляющим входом ключа;
- введен датчик тока, который своим выходом соединен со вторым входом блока управления, а вторым выводом подключен ко второй клемме конденсатора нагрузки;
- введен реактор, подключенный между вторым выводом ключа и первым выводом датчика тока;
- введен диод, подключенный между вторым выводом ключа и первым выводом источника напряжения постоянного тока катодом ко второму выводу ключа.
Отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи для достижения требуемого технического результата.
Признак: «…введены устройство задания напряжения и второй блок управления, причем второй блок управления своим первым входом подключен к выходу устройства задания напряжения, вторым входом подключен ко второй клемме конденсатора нагрузки, а выходом подключен через блок ограничения уровня зарядного тока конденсатора нагрузки к первому входу блока управления, выход которого соединен с управляющим входом ключа» обеспечивает задание и поддержание уровня напряжения на выходе устройства, а также ограничение зарядного тока конденсатора нагрузки, при этом второй блок управления сравнивает сигнал от устройства задания напряжения с напряжением на конденсаторе нагрузки, формирует сигнал рассогласования, который, поступая на вход блока ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки, преобразуется в нем в соответствии с заданным уровнем ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки и поступает на вход блока управления, который управляет ключом.
Признак: «…введен датчик тока, который своим выходом соединен со вторым входом блока управления, а вторым выводом подключен ко второй клемме конденсатора нагрузки» обеспечивает обратную связь по току для поддержания блоком управления заданного уровня ограничения тока заряда конденсатора нагрузки.
Признаки: «…введен реактор, подключенный между вторым выводом ключа и первым выводом датчика тока, …введен диод, подключенный между вторым выводом ключа и первым выводом источника напряжения постоянного тока катодом ко второму выводу ключа» обеспечивают последовательное приращение напряжения на конденсаторе нагрузки в процессе его заряда с ограничением амплитуды импульса тока в интервале проводимости ключа.
На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Указанные существенные признаки, отличающие заявленное устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки от прототипа, в совокупности с признаками, общими для него и прототипа, обеспечивает достижение заявленного технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, на фиг. 2 - графики изменения напряжения на конденсаторе нагрузки и тока нагрузки, снятые в процессе натурного эксперимента.
Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки от источника 1 напряжения постоянного тока содержит ключ 2, блок 3 управления, устройство 4 задания напряжения, второй блок 5 управления, блок 6 ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки, датчик 7 тока, реактор 8, диод 9 и клеммы 10, 11 для подключения конденсатора нагрузки, при этом выход устройства 4 задания напряжения подключен к первому входу второго блока 5 управления, выход второго блока 5 управления подключен через блок 6 ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки к первому входу блока 3 управления, выход блока 3 управления подключен к управляющему входу ключа 2, ключ 2 первым своим выводом соединен с первым выводом источника 1 напряжения постоянного тока, а вторым выводом подключен через реактор 8 к первому выводу датчика 7 тока, датчик 7 тока своим выходом подключен ко второму входу блока 3 управления, вторым выводом подключен ко второму входу второго блока 5 управления и к клемме 10, второй вывод источника 1 соединен с клеммой 11, при этом между вторым выводом ключа 2 и вторым выводом источника 1 постоянного тока подключен диод 9 катодом ко второму выводу ключа.
Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки работает следующим образом.
Второй блок 5 управления сравнивает сигнал от устройства 4 задания напряжения с напряжением на конденсаторе нагрузки и формирует сигнал рассогласования, который поступает на вход блока 6 ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки. Блок 6 ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки ограничивает полученный сигнал рассогласования в соответствии с заданным уровнем ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки и передает его на вход блока 3 управления. Блок 3 управления сравнивает полученный сигнал с выхода блока 6 ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки с сигналом по току от датчика 7 тока и регулирует скважность управляющих импульсов, поступающих на вход ключа 2 таким образом, чтобы ограничить максимальное значение тока заряда конденсатора нагрузки заданным уровнем. В интервале проводимости ключа ток заряда конденсатора нагрузки протекает от источника 1 постоянного тока через открытый ключ 2 и реактор 8, что вызывает приращение напряжения на конденсаторе нагрузки при ограничении импульса тока заряда допустимым значением за счет индуктивности реактора 8. В интервале паузы ключа энергия реактора разряжается через конденсатор нагрузки и диод 9. С каждым последующим импульсом управления напряжение на конденсаторе нагрузки увеличивается, что вызывает уменьшение сигнала рассогласования на выходе второго блока 5 управления и, соответственно, на входе блока 3 управления. В итоге, уменьшается длительность интервала проводимости ключа 2 и выходное напряжение на конденсаторе нагрузки устанавливается равным заданному.
0
к
0
к
к
На фиг. 2 представлен фрагмент снимка экрана осциллографа, на котором показан переходной процесс подключения устройства к источнику 1 напряжения постоянного тока 300 В, где 1 - график изменения напряжения на конденсаторе нагрузки, 2 - график тока нагрузки от времени, t - начало переходного процесса, t - окончание переходного процесса. На интервале t-t ток заряда конденсатора нагрузки поддерживается практически постоянным в соответствии с заданным уровнем ограничения и равен примерно 4 А. После момента t ток определяется нагрузкой, подключенной параллельно конденсатору нагрузки в этом эксперименте. При установившемся напряжении 170 В, определяемом устройством 4 задания напряжения, и сопротивлении нагрузки 120 Ом, подключенном параллельно конденсатору нагрузки к клеммам 10, 11, значение установившегося тока равно 1,7 А.