Устройство для преобразования электрической энергии с использованием резонансного контура
переведено с корейского языка
Концепция
Назначение: Устройство преобразования электрической энергии, использующее резонансный контур, позволяющее запускать импульсы с частотой равной резонансной частоте, тем самым увеличивая эффективность преобразования энергии. Устройство: Источник питания постоянного тока (110) повышает входное напряжение с 1,5 В до 320 В. Блок преобразования электрической энергии (120) запускается в соответствии с поданным пусковым импульсом. Блок преобразования электрической энергии включает в себя элемент (123) преобразования энергии, который работает на основе резонансных частот резонансных контуров, которые согласованы с частотой запускающих импульсов. Элемент преобразования энергии изготовлен из компонента, обладающего устойчивостью к звуковому эффекту.
Классификации
H02M7/4826 Преобразование потребляемой мощности постоянного тока в выходную мощность переменного тока без возможности реверсирования с помощью статических преобразователей, использующих разрядные трубки с управляющим электродом или полупроводниковые устройства с управляющим электродом, работающие от резонансного источника постоянного тока, т.е. входное напряжение постоянного тока периодически изменяется, например, резонансные инверторы постоянного тока.
Описание
Устройство для преобразования электрической энергии с использованием резонансного контура
Настоящее изобретение относится к преобразователю электрической энергии и, более конкретно, к устройству для преобразования электрической энергии с использованием резонансного контура.
LC-резонансный контур может накапливать бесконечную энергию, в предположении, что нет потерь на сопротивлении LC-резонансного контура или утечки энергии LC-резонансного контура, величина тока LC-резонансного контура может быть бесконечной, если частота импульсов внешнего источника питания равна собственной внутренней частоте LC-резонансного контура. Однако на практике необходимо интегрировать его с механизмом, который может регулировать выходное напряжение таким образом, чтобы выходное напряжение оставалось постоянным независимо от потребления энергии на выходном каскаде.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства преобразования электрической энергии, способного увеличить эффективность преобразования энергии за счет использования резонансного контура, имеющего резонансную частоту, соответствующую частотной характеристике элемента преобразования энергии.
Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства преобразования электрической энергии, способного увеличить эффективность преобразования энергии путем согласования периода пускового импульса и резонансной частоты для запуска элемента преобразования энергии.
Устройство преобразования электрической энергии, использующее резонансный контур согласно первому изобретению настоящей заявки, генератор импульсов низкого напряжения для генерации сигнала напряжения первой величины и управляющего импульса; генератор импульсов запуска высокого напряжения, сконфигурированный для генерации мгновенного импульса запуска высокого напряжения, управляемого импульсом сигнал; Источник питания постоянного тока для повышения низкого напряжения второй величины до высокого напряжения третьей величины; И устройство преобразования энергии, включающее в себя элемент преобразования энергии, запускаемый в соответствии с пусковым импульсом и работающий в соответствии с резонансной частотой LC-резонансного контура, имеющего период, совпадающий с пусковым импульсом.
Предпочтительно, преобразователь электрической энергии может включать в себя тонкий металлический проводник, окружающую, по меньшей мере, часть внешней части элемента преобразования энергии, и может подавать пусковой импульс на тонкий металлический проводник.
Устройство преобразования электрической энергии, использующее резонансный контур согласно второму изобретению настоящего изобретения, генератор импульсов низкого напряжения для генерации сигнала напряжения первой величины и управляющего импульса импульса; источник питания постоянного тока для повышения низкого напряжения второй величины до высокого напряжения третьей величины; и элемент преобразования энергии, который срабатывает в соответствии с управляющим импульсным сигналом и работает в соответствии с резонансной частотой LC-резонансного контура, период которого совпадает с управляющим импульсным сигналом.
Предпочтительно, чтобы блок преобразования электрической энергии включал в себя силовое полупроводниковое устройство, соединенное последовательно с устройством преобразования энергии и переключаемое управляющим импульсным сигналом.
Предпочтительно, чтобы преобразователь электрической энергии включал в себя элемент защиты от перенапряжения, подключенный параллельно, по меньшей мере, одному конденсатору, составляющему LC-резонансный контур.
Предпочтительно, электрод элемента преобразования энергии может быть выполнен из вольфрама.
Предпочтительно, электрод элемента преобразования энергии может быть покрыт радиоактивным материалом.
Предпочтительно, чтобы конденсатор LC-резонансного контура был конденсатором с использованием тонкопленочного изолятора.
Предпочтительно, чтобы резонансный контур мог работать на резонансной частоте, соответствующей частотной характеристике элемента преобразования энергии.
Предпочтительно, чтобы элемент преобразования энергии представлял собой разрядную трубку.
Предпочтительно, чтобы устройство преобразования энергии было полупроводниковым.
Предпочтительно, чтобы элемент преобразования энергии представлял собой иглу из оцинкованного металла.
Предпочтительно, чтобы он дополнительно содержал трансформатор, имеющий множество вторичных катушек, по меньшей мере с одной катушкой LC-резонансного контура в качестве первичной стороны.
Предпочтительно, чтобы элемент преобразования энергии представлял собой разрядную трубку, а блок генерации высоковольтного пускового импульса включал в себя силовой полупроводниковый элемент, управляемый по управляющему импульсному сигналу, при этом газ в разрядной трубке ионизируется в соответствии с переключением силового полупроводникового элемента. Генерируйте как можно больше пусковых импульсов.
Предпочтительно, чтобы силовое полупроводниковое устройство представляло собой тиристор, IGBT или симистор.
Согласно настоящему изобретению, эффективность преобразования энергии может быть увеличена за счет использования резонансного контура, имеющего резонансную частоту, соответствующую частотной характеристике элемента преобразования энергии.
В соответствии с настоящим изобретением можно максимально повысить эффективность преобразования энергии путем согласования периода пускового импульса и резонансной частоты для запуска элемента преобразования энергии.
На рис. 1 представлена принципиальная схема устройства преобразования электрической энергии в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения;
На рис. 2 - принципиальная схема формирования пускового импульса в соответствии с вариантом настоящего изобретения;
На рис. 3 - принципиальная схема устройства преобразования электрической энергии в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения;
На рис. 4 - принципиальная схема устройства преобразования электрической энергии в соответствии с третьим вариантом настоящего изобретения;
На рис. 5 - представлена принципиальная схема устройства для преобразования электрической энергии в соответствии с четвертым вариантом настоящего изобретения;
На рис. 6 - представлена принципиальная схема устройства для преобразования электрической энергии в соответствии с пятым вариантом настоящего изобретения;
На рис. 7 - представлена принципиальная схема устройства преобразования электрической энергии в соответствии с шестым вариантом настоящего изобретения, а
На рис. 8 - характеристическая кривая IV обычной газоразрядной трубки.
Ниже будут подробно описаны примерные варианты настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Во-первых, при добавлении контрольных цифр к элементам каждого чертежа следует отметить, что одни и те же элементы обозначаются, насколько это возможно, одними и теми же контрольными цифрами, даже если они отображены на разных чертежах. Многие конкретные детали показаны в следующем описании, которое приводится для того, чтобы помочь более общему пониманию настоящего изобретения, и настоящее изобретение может быть применено на практике без этих конкретных деталей. Будет самоочевидным. При описании настоящего изобретения, когда будет определено, что подробное описание связанных с ним известных функций или конфигураций может излишне затенять суть настоящего изобретения, его подробное описание будет опущено.
На рис. 1 представлена принципиальная схема устройства преобразования электрической энергии в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения.
Преобразователь электрической энергии в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения, источник 110 питания постоянного тока для повышения низкого напряжения до высокого напряжения, резонансные контуры (L1, C1) и блок 120 преобразования электрической энергии, включающий в себя элемент 123 преобразования энергии, работающий в соответствии с резонансной частотой C2, и блок 120 преобразования электрической энергии. множество катушек L1 резонансных контуров L1, C1 и C2 в качестве первичных сторон. Трансформатор 130 (Tr1) для генерации вторичного выходного сигнала. Согласно настоящему изобретению элемент 123 преобразования энергии может быть элементом с отрицательным сопротивлением.
Источник питания постоянного тока 110 повышает входное напряжение на 1,5 В до выходного напряжения 320 В. Согласно одному варианту изобретения, выходное напряжение (В) составляет 320 В, емкость (Co) конденсатора в резонансном контуре равна 3 мкФ, (b + a)/(ba) конденсатора в резонансном контуре равно 100, когда резонансная частота f равна 1 кГц, выходная мощность источника 110 питания постоянного тока выражается уравнением 1, приведенным ниже.
Формула 1.jpg
Здесь a: радиус внутреннего электрода сферического конденсатора, b: радиус внешнего электрода сферического конденсатора
В данном случае под энергией электростатического отталкивания понимается энергия электростатического отталкивания, существующая между монетами внутри заряженного конденсатора, и настоящее изобретение преобразует энергию электростатического отталкивания, существующую между монетами внутри конденсатора, в кинетическую энергию электронов. Речь идет о технологии.
Если используется цилиндрический конденсатор, то значение (b + a) / (ba) математически отличается, но это значение, как правило, можно параметризовать в соответствии с измеренным значением для всех конденсаторов другой формы. Наиболее эффективным конденсатором для получения большого количества энергии в целях отбора мощности является конденсатор с большой площадью и небольшим расстоянием между двумя электродными пластинами. Однако, если расстояние между электродными пластинами слишком велико, то существует предел силы добавляемого напряжения, так что использование тонкопленочного конденсатора с использованием изолятора с высоким сопротивлением напряжению является эффективным для уменьшения объема всего устройства.
В приведенном выше примере, даже если предположить, что потери тепла, света и индукции устройством в соответствии с вариантом настоящего изобретения достигают 80-90%, можно использовать мощность от 200 до 400 Вт.
С другой стороны, важно, чтобы частота переключения элемента 123 преобразования энергии совпадала с внутренней частотой LC-резонансного контура для наиболее эффективного возбуждения.
Работа LC-резонансного контура описывается следующим образом.
В LC-резонансном контуре по истечении нескольких миллисекунд времени зарядки с момента включения постоянного тока напряжением 320 В конденсаторы C1 и C2 заряжаются и остаются неподвижными без колебаний, пока не будет подан запускающий импульс.
В это время, когда подается запускающий импульс, напряжение узла 1 (N1) начинает уменьшаться, в то время как элемент 123 преобразования энергии изменяет заряды, заряженные в конденсаторах C1 и C2, на импульсный ток при t = 0, и ток резонансного контура, таким образом, становится синусоидальным. Начинает увеличиваться. В то же время источник питания 110 постоянного тока напряжением 320 В продолжает повышать напряжение, и после одного цикла конденсатор C1 снова полностью заряжается и ожидает следующего момента разряда.
Если резонансная частота LC-резонансного контура и период запускающего импульса не совпадают, эффекты усиления тока не могут быть получены из-за разрушающих помех. Если используется только один из конденсаторов C1 и C2, источник питания 110 постоянного тока напряжением 320 В продолжает разряд постоянного тока через катушку L1, поэтому конденсатор не заряжается и колебания не могут быть запущены.
С другой стороны, стрелка элемента 123 преобразования энергии в блоке 120 преобразования электрической энергии означает запускающий импульс высокого напряжения, который выводится из генератора 220 запускающих импульсов высокого напряжения на рис. Элемент 123 преобразования энергии возбуждает резонансный контур, одновременно преобразуя заряды, накопленные в конденсаторе резонансного контура вместе с пусковым импульсом высокого напряжения, в импульсный ток вместе с переходной энергией, присутствующей в то же время. Предпочтительно сконструировать резонансный контур таким образом, чтобы он имел резонансную частоту, соответствующую частотной характеристике элемента 123 преобразования энергии.
Согласно одному из вариантов изобретения, элементом преобразования энергии может быть разрядная трубка (123). Как показано на рис. 8, если посмотреть на характеристическую кривую вольт-амперного напряжения обычной газоразрядной трубки 123, то можно увидеть область, где напряжение уменьшается с увеличением тока. Это означает, что существует область, где значение R становится отрицательным по сравнению с V = RI. Если значение R становится отрицательным, ток I со временем увеличивается в геометрической прогрессии при I = Io exp (-t / RC). Это означает, что в электронной схеме может присутствовать любое условие. В конечном счете, это означает, что энергия отталкивания конденсатора может быть преобразована в полезную энергию за счет использования отрицательного сопротивления разрядной трубки.
Согласно другому варианту настоящего изобретения устройство преобразования энергии может быть полупроводниковым устройством, таким как туннельный диод, имеющий отрицательное сопротивление. Согласно другому варианту настоящего изобретения, устройство для преобразования энергии может представлять собой иглу из оцинкованного металла. Например, иглы из оцинкованного металла оказывают отрицательное сопротивление при контакте с алюминиевой подложкой.
В качестве электрода разрядной трубки 123 согласно варианту настоящего изобретения предпочтительно используется металл, имеющий высокий потенциал выхода по току, например вольфрам. Время срабатывания может быть уменьшено за счет покрытия электрода разрядной трубки 123 радиоактивным материалом, таким как радий. Затем, по меньшей мере, часть внешней части разрядной трубки 123 окружают тонкий металлический проводник, такой как фольга, и подключают провод между тонкий металлический проводник и выходным выводом генератора 220 пусковых импульсов высокого напряжения. С другой стороны, электрод разрядной трубки 123 и тонкий металлический проводник не должны соприкасаться.
Конденсатор LC-резонансного контура предпочтительно представляет собой конденсатор, использующий тонкопленочный изолятор, имеющий низкую диэлектрическую проницаемость, например, майларовый конденсатор, слюдяной конденсатор или подобный.
MOV (металло-оксидный варистор) подключен параллельно любому из конденсаторов в LC-резонансном контуре, чтобы предотвратить увеличение резонансного напряжения LC-резонансного контура больше, чем необходимо.
Последовательные диоды D1 и 122 предотвращают подачу обратного напряжения LC-резонансного контура на входную сторону источника питания.
На рис. 2 представлена схема формирования триггерного импульса в соответствии с вариантом настоящего изобретения.
Согласно настоящему изобретению, включение извне, а не включение элемента 123 преобразования энергии, обеспечивает точное управление частотой разряда и временем его выполнения. С этой целью схема формирования триггера согласно варианту настоящего изобретения включает в себя генератор 210 импульсов низкого напряжения и генератор 220 импульсов высокого напряжения.
Согласно одному варианту настоящего изобретения, поскольку генератор 210 низковольтных импульсов может выдавать пиковое напряжение 4,5 В, имеющее частоту в диапазоне от 500 Гц до 2 кГц, и управляющий импульсный сигнал, имеющий длительность импульса 5 мкс, резонансные контуры (L1, C1 и C2) могут работать в диапазоне частот 700 Гц до 1,5 кГц.
Согласно варианту настоящего изобретения, входная мощность 4,5 В генератора 210 низковольтных импульсов может использовать один из выходов трансформатора 130, показанного на рис. 1. Согласно другому варианту настоящего изобретения, входная мощность 4,5 В генератора 210 низковольтных импульсов может использовать отдельный источник постоянного тока.
Согласно варианту настоящего изобретения генератор 220 пусковых импульсов высокого напряжения включает в себя силовой полупроводниковый элемент, пусковой конденсатор Ct и трансформатор Tr2. Здесь силовым полупроводниковым устройством согласно настоящему изобретению может быть тиристор (SCR), IGBT, симистор или подобный.
Когда накопленный в пусковом конденсаторе Ct заряд величиной 0,001 мкФ разряжается через силовое полупроводниковое устройство, которое включается и выключается в соответствии с управляющим импульсным сигналом, поступающим от генератора 210 низковольтных импульсов, генератор 220 пусковых импульсов высокого напряжения. Трансформатор Tr2 мгновенно генерирует высокое напряжение от 10 до 15 кВ и воздействует на ионизацию газа в элементе 123 преобразования энергии.
На рис. 3 представлена принципиальная схема устройства преобразования электрической энергии согласно второму варианту настоящего изобретения.
Устройство преобразования электрической энергии согласно второму варианту настоящего изобретения представляет собой источник 310 питания постоянного тока для повышения низкого напряжения до высокого, резонансные контуры L1, L2, первичную часть блока 320 преобразования электрической энергии, включающую элемент 323 преобразования энергии, разряженный в соответствии с резонансными частотами C1 и C2, и катушка L2 резонансных контуров L1, L2, C1 и C2. Включен трансформатор 330 для формирования множества вторичных выходных сигналов. Элемент 323 преобразования энергии в соответствии с вариантом настоящего изобретения представляет собой разрядную трубку.
Здесь период резонансной частоты резонансного контура 1 (L1, C1) и резонансного контура 2 (L1, L2, C2) совпадает с периодом запускающего импульса.
Силовое полупроводниковое устройство, соединенное последовательно с разрядной трубкой 323, переключается в соответствии с управляющим импульсным сигналом, поступающим от генератора 210 импульсов низкого напряжения. Здесь силовым полупроводниковым устройством, соединенным последовательно с разрядной трубкой 323, может быть тиристор (SCR), IGBT, симистор или подобный. В этом случае требуется, чтобы приложенное к разрядной трубке напряжение было равно или превышало напряжение автоматического разряда, при котором разрядная трубка сама разрывается.
На рис. 4 представлена принципиальная схема устройства преобразования электрической энергии в соответствии с третьим вариантом настоящего изобретения.
Устройство преобразования электрической энергии согласно третьему варианту настоящего изобретения включает в себя источник 410 питания постоянного тока для повышения низкого напряжения до высокого напряжения, резонансные контуры L1, L2, преобразователь 420 электрической энергии, включающий в себя разрядную трубку 423, которая разряжается в соответствии с резонансными частотами C1 и C2, и устройство для преобразования энергии в электрическую энергию. обмотка L2 резонансных контуров L1, L2, C1 и C2 в качестве первичных сторон. Трансформатор 430 для генерации множества вторичных выходов.
Здесь период резонансной частоты резонансного контура 1 (L1, C1) и резонансного контура 2 (L1, L2, C2) совпадает с периодом запускающего импульса.
Хотя выходное напряжение пускового импульса от высоковольтного генератора 220 пусковых импульсов может быть намного меньше, чем напряжение автоматического разряда, величина напряжения пускового импульса зависит от характеристик разрядной трубки и требований к выходной мощности.
На рис. 5 представлена принципиальная схема устройства преобразования электрической энергии в соответствии с четвертым вариантом настоящего изобретения.
Устройство преобразования электрической энергии согласно четвертому варианту настоящего изобретения включает в себя источник 510 питания постоянного тока для повышения низкого напряжения до высокого напряжения, резонансные контуры L1, L2, преобразователь 520 электрической энергии, включающий в себя разрядную трубку 523, разряжающуюся в соответствии с резонансными частотами L6, C1 и C2, и катушка L2 резонансных контуров L1, L2, L6, C1 и C2. Включен трансформатор 530, который генерирует множество вторичных выходов на первичной стороне.
Здесь период резонансной частоты резонансного контура 1 (L1, C1) и резонансного контура 2 (L6, L2, C2) совпадает с периодом запускающего импульса.
Силовое полупроводниковое устройство, соединенное последовательно с разрядной трубкой 523, переключается в соответствии с управляющим импульсным сигналом, поступающим от генератора 210 импульсов низкого напряжения. Здесь силовым полупроводниковым устройством, соединенным последовательно с разрядной трубкой 523, может быть тиристор (SCR), IGBT, симистор или подобный.
На рис. 6 представлена принципиальная схема устройства преобразования электрической энергии в соответствии с пятым вариантом настоящего изобретения.
Устройство преобразования электрической энергии согласно пятому варианту настоящего изобретения включает в себя источник 610 питания постоянного тока для повышения низкого напряжения до высокого напряжения, резонансные контуры L1, L2, преобразователь 620 электрической энергии, включающий в себя разрядную трубку 623, которая разряжается в соответствии с резонансными частотами L6, C1 и C2, и катушка L2 резонансных контуров L1, L2, L6, C1 и C2. Включен трансформатор 630 для формирования множества вторичных выходов на стороне первичной обмотки.
Здесь период резонансной частоты резонансного контура 1 (L1, C1) и резонансного контура 2 (L6, L2, C2) совпадает с периодом запускающего импульса.
На рис. 7 представлена принципиальная схема устройства преобразования электрической энергии в соответствии с шестым вариантом настоящего изобретения.
Устройство преобразования электрической энергии согласно шестому варианту настоящего изобретения, источник 710 питания постоянного тока для повышения низкого напряжения до высокого напряжения, резонансный контур (L1, C1) и преобразователь 720 электрической энергии, включающий в себя разрядную трубку 723, работающую в соответствии с резонансной частотой C2, и катушка L1 резонансных контуров L1, C1 и C2 является первичной обмоткой. И трансформатор 730 для формирования выходного сигнала.
Здесь период резонансной частоты резонансного контура 1 (L1, C1, C2) совпадает с периодом пускового импульса.
Как описано выше, хотя конкретные варианты были описаны в подробном описании настоящего изобретения, возможны различные модификации, не выходящие за рамки настоящего изобретения. Следовательно, область применения настоящего изобретения не должна ограничиваться описанными вариантами осуществления, а должна определяться прилагаемыми формулами изобретения и их эквивалентами.
110: Источник питания постоянного тока 120: устройство преобразования электрической энергии.
130: трансформатор 210: генератор импульсов низкого напряжения.
220: генератор пусковых импульсов высокого напряжения.
Обратить внимание - "электрод элемента преобразования энергии может быть покрыт радиоактивным материалом".
Сибирский Коля_ и трагич. судьбы его созд. _ Невер. Мех. _ Дзен.pdf
Ed_Lidskalnin_Elektrony(Miami Daily News)_RUS.rar