PL224562B1 - Układ kompensacji drgań oraz układ przekształtnika rezonansowego bezstykowego przekazu energii - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ kompensacji drgań, zwłaszcza do układ przekształtnika rezonansowego bezstykowego przekazu energii oraz układ przekształtnika rezonansowego bezstykowego przekazu energii. Przedmiotem zgłoszenia jest topologia elektrycznego układu drgającego pozwalającego na zmianę częstotliwości jego drgań własnych, z przeznaczeniem do regulacji lub stabilizacji pracy półprzewodnikowych rezonansowych falowników mocy.

Znane są szeroko z literatury np. Kazimierczuk M.K., Czarkowski D.: „Resonant power converters” New York 1995 układy przekształtników rezonansowych przeznaczone do przekształcania energii elektrycznej które znalazły powszechne zastosowania. Podstawową cechą przekształtników rezonansowych jest ich wysoka sprawność energetyczna. Warunkiem wysokiej sprawności energetycznej przekształcania energii jest zapewnienie przełączania elementów półprzewodnikowych np. tranzystora w zerowych wartościach prądu lub napięcia. Zmiana obciążenia obwodu rezonansowego prowadzi często do zmiany częstotliwości rezonansu własnego co jest przyczyną zmiany warunków pracy półprzewodnikowych elementów mocy w konsekwencji może spowodować duży spadek sprawności c ałego układu. Dla grupy odbiorników wymagających stałej częstotliwości pracy istnieje konieczność kompensacji zmian częstotliwości drgań własnych, jak np. w amerykańskim opisie zgłoszenia patentowego 2008211478, w którym zmiany parametrów elektrycznych dokonuje się poprzez efektywne zmiany indukcyjności lub pojemności.

Układ kompensacji drgań, według wynalazku, zwłaszcza do układ przekształtnika rezonansowego bezstykowego przekazu energii, charakteryzuje się tym, że drugi biegun pierwszego kondensatora połączony jest z pierwszym biegunem trzeciego kondensatora oraz z emiterem pierwszego łącznika półprzewodnikowego i z kolektorem drugiego łącznika półprzewodnikowego. Kolektor pierwszego łącznika półprzewodnikowego połączony jest z anodą pierwszej diody, której katoda połączona jest z pierwszym końcem pierwszego dławika. Drugi koniec pierwszego dławika połączony jest jednocześnie z drugim biegunem trzeciego kondensatora oraz pierwszym biegunem drugiego kondensatora którego drugi biegun połączony jest z pierwszym biegunem pierwszego kondensatora. Emiter drugiego łącznika półprzewodnikowego połączony jest z katodą drugiej diody, której anoda połączona jest z drugim końcem drugiego dławika. Pierwszy koniec drugiego dławika połączony jest z drugim końcem pierwszego dławika, drugim biegunem trzeciego kondensatora i pierwszym biegunem pierwszego kondensatora.

Układ przekształtnika rezonansowego bezstykowego przekazu energii, według wynalazku, zawierający przekształtnik połączony cewkami i kondensatorami z obciążeniem, charakteryzuje się tym, że pierwszy biegun przekształtnika połączony jest z pierwszym biegunem pierwszego kondensatora, którego drugi biegun połączony jest z pierwszym biegunem trzeciego kondensatora oraz z emiterem pierwszego łącznika półprzewodnikowego i z kolektorem drugiego łącznika półprzewodnikowego. Kolektor pierwszego łącznika półprzewodnikowego połączony jest z anodą pierwszej diody, której katoda połączona jest z pierwszym końcem pierwszego dławika. Drugi koniec pierwszego dławika połączony jest jednocześnie z drugim biegunem trzeciego kondensatora oraz pierwszym biegunem drugiego kondensatora. Drugi biegun drugiego kondensatora połączony jest z pierwszym biegunem pierwszego kondensatora. Do wspólnego punktu połączeń drugiego końca pierwszego dławika, drugiego bieguna trzeciego kondensatora i pierwszego bieguna drugiego kondensatora przyłączony jest pierwszy koniec strony pierwotnej transformatora oraz pierwszy koniec drugiego dławika. Drugi koniec drugiego dławika połączony jest z anodą drugiej diody, której to katoda połączona jest z emiterem drugiego łącznika półprzewodnikowego. Drugi koniec strony pierwotnej transformatora połączony jest z drugim biegunem przekształtnika. Pierwszy koniec strony wtórnej transformatora połączony jest z pierwszym biegunem czwartego kondensatora i pierwszym końcem obciążenia. Drugi koniec strony wtórnej transformatora przyłączony jest jednocześnie do drugiego bieguna czwartego kondensatora oraz drugiego końca obciążenia.

Zgodnie z rozwiązaniem według wynalazku kondensator rezonansowy obwodu jest zastąpiony układem trzech kondensatorów, z których do pierwszego kondensatora w sposób równoległy przyłączone są szeregowo połączone dwa kondensatory drugi i trzeci. Równolegle do trzeciego kondensatora przyłączone są dwie gałęzi, jedna składająca się z szeregowego połączenia pierwszego łącznika półprzewodnikowego (tranzystora lub tyrystora), pierwszej diody oraz pierwszego dławika. Natomiast przewodząca prąd w drugim kierunku druga gałąź składa się z szeregowego połączenia drugiego łącznika półprzewodnikowego, drugiej diody oraz drugiego dławika. Łączniki półprzewodnikowy pierwszy

PL 224 562 B1 i drugi są załączane z opóźnieniem względem każdorazowego przejścia przez zero wartości napięcia trzeciego kondensatora. Taki układ połączeń pozwala na prace elementów półprzewodnikowych z zerową wartością prądu w stanie załączenia jak i wyłączenia. Korzystnie jako łączniki półprzewodnikowe stosuje się tranzystory IGTB, MOSFET, MTC.

Przekształtnik półprzewodnikowy połączony jest poprzez blok trzech pojemności transportującej energię z blokiem sterowania składającym się z dwóch dodatkowych obwodów. Rozwiązanie według wynalazku pozwala na zmianę częstotliwości drgań własnych. Efekt zmiany częstotliwości drgań własnych uzyskuje się poprzez załączanie na przemian pierwszego i drugiego łącznika półprzewodnikowego z regulowanym opóźnieniem względem każdorazowego przejścia przez zero wartości napięcia kondensatora, do którego w sposób odwrotnie równoległy te obwody są podłączone. Zaproponowana topologia w stosunku do rozwiązania znanego w stanie techniki pozwala na dwukrotny zakres zmian kąta sterowania uzyskane przewodzenia ciągłego, zmniejszenie amplitudy prądu kluczy półprzewodnikowych, również zmniejsza zawartość wyższych harmonicznych w obciążeniu.

Bliżej wynalazek opisany jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat układu przekształtnika rezonansowego bezstykowego przekazu energii znanego ze stanu techniki, Fig. 2 przedstawia układ kompensacji drgań według wynalazku. Fig. 3 przedstawia układ przekształtnika rezonansowego bezstykowego przekazu energii.

Układ przekształtnika rezonansowego bezstykowego przekazu energii, w którym jako łączniki półprzewodnikowe Si, S₂ stosuje się tranzystory IGBT z dodatkową diodą przyłączoną w sposób odwrotnie równoległy do kierunku przewodzenia tranzystora. Pierwszy biegun przekształtnika P połączony jest z pierwszym biegunem pierwszego kondensatora C₁, którego drugi biegun połączony jest z pierwszym biegunem trzeciego kondensatora C₃ oraz z emiterem pierwszego tranzystora S₁ i z kolektorem drugiego tranzystora S₂. Kolektor pierwszego tranzystora S₁ połączony jest z anodą pierwszej diody D₁, której katoda połączona jest z pierwszym końcem pierwszego dławika L₁, którego drugi koniec połączony jest jednocześnie z drugim biegunem trzeciego kondensatora C₃ oraz pierwszym biegunem drugiego kondensatora C₂. Drugi biegun drugiego kondensatora C₂ połączony jest z pierwszym biegunem pierwszego kondensatora C₁. Do wspólnego punktu połączeń drugiego końca pierwszego dławika Li, drugiego bieguna trzeciego kondensatora C3 i pierwszego bieguna drugiego kondensatora C2 przyłączony jest pierwszy koniec strony pierwotnej transformatora T oraz pierwszy koniec drugiego dławika L2, którego drugi koniec połączony jest z anodą drugiej diody D2, której to katoda łączy się z emiterem drugiego tranzystora S2. Drugi koniec strony pierwotnej transformatora T połączony jest z drugim biegunem przekształtnika P. Pierwszy koniec strony wtórnej transformatora T połączony jest z pierwszym biegunem czwartego kondensatora C₄ i pierwszym końcem obciążenia. Drugi koniec strony wtórnej transformatora T przyłączony jest jednocześnie do drugiego bieguna czwartego kondensatora C₄ oraz drugiego końca obciążenia.

Układ działa w taki sposób, że w przypadku zmiany częstotliwości drgań własnych będącej w ynikiem zmian parametrów obciążenia, poprzez sterowanie katem przewodzenia łączników S₁ i S₂ można ponownie częstotliwość drgań własnych przywrócić do wartości pożądanej.

Claims (2)

1. Układ kompensacji drgań, zwłaszcza do układ przekształtnika rezonansowego bezstykowego przekazu energii, znamienny tym, że drugi biegun pierwszego kondensatora (C₁) połączony jest z pierwszym biegunem trzeciego kondensatora (C₃) oraz z emiterem pierwszego tranzystora (S₁) i z kolektorem drugiego tranzystora (S₂), zaś kolektor pierwszego tranzystora (S₁) połączony jest z anodą pierwszej diody (D₁), której katoda połączona jest z pierwszym końcem pierwszego dławika (L₁), którego drugi koniec połączony jest jednocześnie z drugim biegunem trzeciego kondensatora (C₃) oraz pierwszym biegunem drugiego kondensatora (C₂), którego drugi biegun połączony jest z pierwszym biegunem pierwszego kondensatora (Ci), zaś emiter drugiego tranzystora (S₂) połączony jest z katodą drugiej diody (D₂), której anoda połączona jest z drugim końcem drugiego dławika (L₂), którego pierwszy koniec połączony jest z drugim końcem pierwszego dławika (L₁), drugim biegunem trzeciego kondensatora (C₃) i pierwszym biegunem pierwszego kondensatora (C₁).

2. Układ przekształtnika rezonansowego bezstykowego przekazu energii, zawierający przekształtnik połączony cewkami i kondensatorami z obciążeniem, znamienny tym, że pierwszy biegun przekształtnika (P) połączony jest z pierwszym biegunem pierwszego kondensatora (C₁), którego drugi

PL 224 562 B1 biegun połączony jest z pierwszym biegunem trzeciego kondensatora (C₃), oraz z emiterem pierwszego tranzystora (S₁) i z kolektorem drugiego tranzystora (S₂), zaś kolektor pierwszego tranzystora (S₁) połączony jest z anodą pierwszej diody (D₁), której katoda połączona jest z pierwszym końcem pierwszego dławika (L₁), którego drugi koniec połączony jest jednocześnie z drugim biegunem trzeciego kondensatora (C₃) oraz pierwszym biegunem drugiego kondensatora (C₂), którego drugi biegun połączony jest z pierwszym biegunem pierwszego kondensatora (C₁), przy czym do wspólnego punktu połączeń drugiego końca pierwszego dławika (L₁), drugiego bieguna trzeciego kondensatora (C₃) i pierwszego bieguna drugiego kondensatora (C2) przyłączony jest pierwszy koniec strony pierwotnej transformatora (T) oraz pierwszy koniec drugiego dławika (L₂), którego drugi koniec połączony jest z anodą drugiej diody (D₂), której to katoda połączona jest z emiterem drugiego tranzystora (S₂), natomiast drugi koniec strony pierwotnej transformatora (T) połączony jest z drugim biegunem przekształtnika (P), zaś pierwszy koniec strony wtórnej transformatora (T) połączony jest z pierwszym biegunem czwartego kondensatora (C₄) i pierwszym końcem obciążenia, a drugi koniec strony wtórnej transformatora (T) przyłączony jest jednocześnie do drugiego bieguna czwartego kondensatora (C ₄) oraz drugiego końca obciążenia.