ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
INDUCTANCE-CAPACITANCE CONVERTER

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электроснабжения, для питания устройств электротермии, оптических квантовых генераторов, а также в устройствах заряда емкостных накопителей, аккумуляторных батарей, в установках магнитно-импульсной обработки металлов, в генераторах накачки импульсных лазеров и других устройствах в качестве преобразователя источника ЭДС в источник тока.
Известен индуктивно-емкостной преобразователь, содержащий последовательный колебательный LC-контур, индуктивный элемент которого выполнен в виде двух катушек с одинаковым числом витков в обмотках, размещенных на общем магнитопроводе с воздушным зазором [1].
К недостаткам данного устройства можно отнести невозможность трансформации электрической энергии, работу устройства только на одной резонансной частоте, большую массу и крупные габариты.
Известен индуктивно-емкостный преобразователь, содержащий резонансный колебательный контур на частоте напряжения источника ЭДС, образованный конденсатором, индуктивностью рассеяния первичной обмотки согласующегося трансформатора и индуктивностью намагничивания трансформатора [2].
В данном устройстве, в отличие от предыдущего аналога, реализована возможность трансформации электрической энергии, улучшены массогабаритные характеристики за счет интеграции двух компонентов: функцию дросселя, который является громоздким и дорогостоящим изделием, выполняет первичная обмотка трансформатора.
К недостаткам данного устройства можно отнести невозможность изменения резонансной частоты.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является индуктивно-емкостный преобразователь, содержащий источник ЭДС, конденсаторный блок, трансформаторный блок, нагрузку, первый датчик напряжения, первый датчик тока, второй датчик напряжения, решающее устройство, блок управления и контроля, второй датчик тока, причем конденсаторный и трансформаторный блоки выполнены с регулированием реактивного сопротивления [3].
В данном устройстве, в отличие от предыдущих аналогов, реализована возможность изменить резонансную частоту.
Недостатками данного устройства являются большая масса и крупные габариты.
Технической задачей изобретения является уменьшение массы, габаритов и стоимости устройства за счет уменьшения числа компонентов при обеспечении возможности трансформации электрической энергии и изменении (регулировании) резонансной частоты устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в известном индуктивно-емкостном преобразователе, содержащем источник ЭДС, конденсаторный блок, трансформаторный блок, нагрузку, датчик тока, датчик напряжения, блок управления и контроля, первый коммутационный блок, дополнительно введенный второй коммутационный блок, причем конденсаторный и трансформаторный блоки выполнены в виде единого конструкторско-технологического компонента, состоящем из первой проводящей обкладки с выводами, расположенными по всей длине обкладки, подключенными к первому коммутационному блоку, и второй проводящей обкладки, выполненной из нескольких секций, с выводами, подключенными ко второму коммутационному блоку, первая и вторая проводящие обкладки свернуты в спираль и разделены диэлектриком, первый коммутационный блок подключает первый вывод источника ЭДС к выводам первой проводящей обкладки единого конструкторско-технологического компонента, а второй коммутационный блок подключает второй вывод источника ЭДС к выводам секций второй проводящей обкладки единого конструкторско-технологического компонента, нагрузка подключена к обкладкам единого конструкторско-технологического компонента через первый и второй коммутационные блоки, причем варианты подключения выводов проводящих обкладок и количество подключаемых секций определяется блоком управления и контроля исходя из условий резонанса и величины требуемого тока нагрузки.
На фиг.1 представлен предлагаемый индуктивно-емкостной преобразователь, состоящий из источника ЭДС 1, единого конструкторско-технологического компонента 2, выполняющего функции конденсаторного и трансформаторного блоков и состоящего из первой проводящей обкладки 3 с выводами 4, расположенными по всей длине обкладки, подключенными к первому коммутационному блоку 5, и второй проводящей обкладки 6, выполненной из нескольких секций, с выводами 7, подключенными ко второму коммутационному блоку 8, блока управления и контроля 9, датчика тока 10, датчика напряжения 11, нагрузки 12. Первая 3 и вторая 6 проводящие обкладки единого конструкторско-технологического компонента свернуты в спираль и разделены диэлектриком (на рисунке не указан).
На фиг.2 представлен единый конструкторско-технологический компонент 2, выполняющий функции конденсаторного и трансформаторного блоков и состоящий из первой проводящей обкладки 3 с выводами 4, расположенными по всей длине обкладки, и второй проводящей обкладки 6, выполненной из нескольких секций, с выводами 7, первая 3 и вторая 6 проводящие обкладки свернуты в спираль и разделены диэлектриком (на рисунке не указан).
Предлагаемый индуктивно-емкостный преобразователь работает следующим образом. В начальный момент времени блок управления и контроля 9 подает сигнал на первый 5 и второй 8 коммутационные блоки для подключения выводов первой 3 и второй 6 проводящих обкладок единого конструкторско-технологического компонента 2 в соответствии с расчетными данными в зависимости от нагрузки. В цепи возникает резонанс.
В блоке управления и контроля 9, по сигналам, поступающим с датчика тока 10 и датчика напряжения 11, происходит вычисление текущих значений емкости и индуктивности, при которых в цепи поддерживается резонанс.
В случае необходимости регулирования выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя блок управления и контроля 9 задает новые параметры, подает сигнал на первый 5 и второй 8 коммутационные блоки для подключения выводов первой 3 и второй 6 проводящих обкладок единого конструкторско-технологического компонента 2 в соответствии с новыми значениями емкости и индуктивности.
В режиме холостого хода нагрузки 12 или в режимах близких к холостому ходу (большое сопротивление нагрузки), значительно возрастает напряжение на едином конструкторско-технологическом компоненте 2. Это может привести к выходу из строя индуктивно-емкостного преобразователя и к повреждению подключенной нагрузки 12. В случае превышения допустимого уровня напряжения на едином конструкторско-технологическом компонента 2, блок управления и контроля 9, получив соответствующую информацию с датчиков тока 10 и напряжения 11, подает сигнал на первый 5 и второй 8 коммутационные блоки для размыкания выводов нагрузки 12. Происходит отключение нагрузки 12, и индуктивно-емкостный преобразователь переходит в первоначальное состояние.
Действующее значение выходного тока не зависит от отклонений частоты и действующего значения напряжения источника ЭДС, от флуктуации параметров элементов единого конструкторско-технологического блока, которые приводят к отклонению собственной частоты элементов единого конструкторско-технологического блока от частоты напряжения источника ЭДС. Также существует возможность ограничения резонансных токов и напряжений, в результате чего устройство остается работоспособным в режимах холостого хода нагрузки.
При этом напряжение на входе и выходе единого конструкторско-технологического компонента пропорционально величине сопротивления нагрузки, а ток нагрузки (выходной ток индуктивно-емкостного преобразователя) остается неизменным при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах.
Таким образом, предлагаемый индуктивно-емкостной преобразователь позволяет уменьшить массу, габариты и стоимость устройства за счет уменьшения числа компонентов, глубокой интеграции элементов.
Источники информации
1. Индуктивно-емкостной преобразователь. Патент РФ на изобретение №2038681 от 27.06.1995. МПК 6 Н02М 7/02.
2. Индуктивно-емкостной преобразователь. Патент РФ на полезную модель №77517 от 20.10.2008. МПК Н02М 5/06.
3. Индуктивно-емкостной преобразователь. Патент РФ на полезную модель №93597 от 27.04.2010. МПК Н02М 5/06.