RS62231B1 - Konvertor sa oscilatorom i sistem konvertora sa oscilatorom povezanim sa opterećenjem - Google Patents

Description

Opis

OBLAST TEHNIKE:

[0001] Pronalazak se odnosi na konvertor koji obuhvata LC, LC-LC ili LC-CL oscilator sa induktivnim spojem bifilarnog kalema spojenog u sredini Grecovog mosta, koji modifikuje tok napona i struje na izlazu i produžava njihovo dejstvo kada je konvertor spojen sa opterećenjem. Dalje se pronalazak odnosi na sistem konvertora i opterećenja koji obuhvata prethodno pomenuti konvertor i bar dva opterećenja.

STANJE TEHNIKE:

[0002] U elektro inženjerstvu, konvertor predstavlja uređaj namenjen za promenu parametara električne energije. Osnovni parametri električne energije su veličine napona, struje kao i frekvencije kod izvora naizmenične struje. Na osnovu zakona fizike, podrazumeva se da je efikasnost konverzije energije uvek manja od 100% i da svaki konvertor ima gubitke energije. Konvertori električne energije najčešće rade sa vrlo visokom efikasnošću sa gubicima oko 5-10 % oko radne tačke, međutim, kada uređaj nije opterećen, relativni gubici teže da budu viši. Najčešće korišćeni konvertor je transformator, uređaj koji omogućava promenu vrednosti naizmeničnog napona. U prošlosti, korišćeni su elektromehanički obrtni konvertori za promenu vrednosti jednosmernog napona, koji su se sastojali od DV električnog motora i generatora postavljenih na zajedničkoj osovini.

[0003] Danas su najuobičajeniji konvertori poluprovodnički konvertori za promenu napona ili frekvencije. U zavisnosti od svoje primene konvertor može biti: ispravljač; invertor, koji invertuje naizmeničnu u jednosmernu snagu; konvertor frekvencije, koji menja frekvenciju naizmeničnog napona i struje.

[0004] Od skoro se koriste aktivni ispravljači, koji takođe omogućavaju povraćaj (reverzni tok snage – i vraćanje energije u mrežu naizmenične struje).

[0005] Danas se poluprovodnički konvertori mogu naći u skoro svakom električnom uređaju, bilo da su to prekidačka napajanja za računare ili drugu potrošačku elektroniku; konvertor frekvencije u kompaktnim fluorescentnim sijalicama, punjivim baterijama, u mikrotalasnim pećima ili šporetima sa indukcionim zagrevanjem. Jedna od najbitnijih primena poluprovodničkih konvertora je kod regulisanih električnih pogona, koja omogućava značajno povećanje efikasnosti, dinamike, stabilnosti, preciznosti i vrednosti pri upotrebi pogona.

[0006] Množitelj napona je konvertor napona koji se sastoji od dioda i kondenzatora, koji konvertuju naizmenični napon u jednosmerni napon nekoliko puta viši od njegove vrednosti. Kolo je povezano na takav način da u jednoj polovini ciklusa naizmenična struja puni kondenzatore paralelno, a u drugoj (suprotnoj) polovini ciklusa ih prazni u serijskoj vezi. Za jedan par od diode i kondenzatora na izlazu se obrazuje dvostruki ulazni napon. Moguće je kaskadno ponavljati ovo osnovno kolo i tako dobiti izlaz sa znatno višim naponom. Množilac napona se koristio kao jeftina i mala zamena za transformator tamo gde je mala potrošnja struje uz visoki napon. Primer je stara električna zamka za insekte, u kojoj napon iz mreže (220 V) proizvodi nekoliko hiljada volti korišćenih za spaljivanje insekata. Takođe, neki TV-i koriste množitelj napona kao izvor za prednapajanje ekrana. Ovo kolo se takođe koristi u fizici i gde god je potrebno jednostavno napraviti visoki jednosmerni napon, jer ono obezbeđuje poželjnu prostornu raspodelu napona. Idealno, na jednom nivou napon odgovara dvostrukoj amplitudi ulaznog napona, iz koga se napaja. Uređaj koji radi na ovom principu se naziva kaskadni generator.

[0007] Generalno, kolo koje radi na ovom principu se naziva pumpom za elektricitet i koristi se u elektronici, gde god je potreban jeftin izvor za napajanje male snage. Na primer, konvertori nivoa za standardni serijski RS232, kao što je kolo MAX232. Oni su korišćeni u prijemnicima bez transformatora sa napajanjem iz mreže 110 do 125 V gde naizmenični napon nije dovoljan da se postigne dovoljno visok jednosmerni napon.

[0008] Ispravljač je električni uređaj koji konvertuje naizmeničnu električnu energiju u jednosmernu električnu energiju. Pošto elektronska kola zahtevaju jednosmernu struju za rad, a naizmenična struja se koristi za distribuciju elektriciteta, ispravljač je uobičajeni deo električnih uređaja i potrošačkih električnih uređaja koji se napajaju iz mreže. Ispravljači se često koriste u pogonskim sistemima električnih vučnih vozila (npr. za pokretanje lokomotiva, tramvaja, trolejbusa ili metroa). Danas se koriste skoro isključivo poluprovodnički ispravljači bazirani na silicijumu koji su skoro u potpunosti zamenili druge uređaje. Mogu se pojaviti novi uređaji zasnovani na silicijum karbidu čija je prednost rad na višoj temperaturi.

[0009] Složeno jedno-portno Rezonantno kolo se obrazuje paralelnim ili serijskim vezama kondenzatora i kalema. Na određenoj frekvenciji, rezonantnoj frekvenciji, kapacitivna i induktivna reaktansa su izbalansirane i rezonantno kolo se ponaša kao aktivni otpornik na ovoj frekvenciji. Stanje kola, koji se dešava na rezonantnoj frekvenciji, naziva se rezonancom. To je fenomen u kome, na određenoj frekvenciji, RLC kolo pojačava struju u serijskom kolu ili bitno povećava napon u paralelnom kolu. Serijsko rezonantno kolo ima rezonantnu frekvenciju pri najnižoj impedanci. Paralelno rezonantno kolo ima rezonantnu frekvenciju pri najvećoj impedanci. Kolo na ovoj frekvenciji ima samo efektivnu otpornost.

[0010] Mi imamo dve električne komponente koje su sposobne da prikupljaju energiju:

• kondenzator - prikuplja elektrostatičku energiju

• kalem – prikuplja magnetnu energiju

[0011] Mi smo povezali obe komponenete u električno CL kolo, napunili kondenzator i zatim ga spojili sa kalemom. Kondenzator je kratko-spojen preko kalema, počinje da se prazni, međutim, struja ne raste naglo (kalem indukuje protiv-napon), kondenzator će se prazniti (njegova energija opada), struja koja raste teče kroz kalem i generiše rastuće magnetno polje (i takođe povećava energiju sadržanu u kalemu), kondenzator se isprazni (napon se spustio do nule), a sva njegova energija je preneta u kalem. Nema više nikakvog naelektrisanja na pločama kondenzatora koje bi izazvalo struju, međutim, struja ne opada na nulu pošto kalem održava status struje (tok struje) i indukuje da struja teče u istom smeru kao i na početku, tako da se kondenzator puni suprotnim polaritetom u odnosu na početni (energija se prenosi sa kalema nazad u kondenzator). Struja postepeno opada i napon na kondenzatoru se povećava, kondenzator je napunjen do istog napona, ali suprotnog polariteta (energija je preneta sa kalema nazad u kondenzator) i ovo se ponavlja ponovo u suprotnom smeru.

[0012] Bifilarni kalem u električnom inženjerstvu se definiše kao kalem napravljen od dvostrukog provodnika (par simultano namotanih žica). Ukoliko povežemo oba provodnika na jednom kraju, struja u susednom provodniku teče u suprotnom smeru. Rezultujuća magnetna polja se suprotstavljaju jedno drugom i njihovi efekti poništavaju jedno drugog. Takav kalem se koristi u proizvodnji motanih žičanih otpornika sa vrlo niskom parazitnom induktivnošću.

[0013] Kada koristimo oba provodnika kao posebna jezgra transformatora, dobija se transformator sa izuzetno niskim curenjem induktivnosti. Bifilarni kao i transformatori sa više simultano namotanih žica se izdvajaju svojim izuzetno dobrim impulsnim transmisionim karakteristikama. Ove karakteristike su korisne, na primer, kada radimo sa parom prekidačkih tranzistora. Provodnici ovakvog transformatora su namotani paralelno i eventualno su međusobno upredeni. Mana je, naravno, povećanje kapaciteta takvih blisko povezanih kalemova. Bifilarni kalemovi se danas koriste kao prigušnice u raznim naponskim filterima i članovima za kompenzovanje. Geometrijske karakteristike određuju karakteristike svakog kalema. Površina jezgra kalema utiče na prenetu snagu, dok prečnik i materijal žice utiču na otpornost, kao i na struju koja protiče, a broj namotaja utiče na vrednost izlaznog napona.

[0014] Danas se koriste različiti oblici električnog zagrevanja. Direktna konverzija električne energije u toplotu je postignuta korišćenjem otpornosti vezane u električno kolo. Elementi za zagrevanje otpornošću napajani naizmeničnim naponom i strujom se koriste kao opterećenja u ovim uređajima. Ovaj princip se koristi u termičkim uređajima sa otpornošću, npr. električnim bojlerima, koji se obično napajaju iz mreže pomoću naizmeničnog napona i struje sa frekvencijom 50 Hz. Takođe se pojavljuju instalacije koje koriste jednosmerni napon i struju koji se smatraju efikasnijim. Oni su takođe ekonomičniji u pogledu termičke otpornosti pošto se ne pojavljuju konstantne vibracije i promene temperature.

[0015] U današnjim instalacijama mi smo ispunili zahteve za povećanim kapacitetom grejanja postojećih kao i novoinstaliranih i proizvedenih sistema za grejanje. Osim toga, pokazali smo smanjenje u vremenima zagrevanja i postizanja viših temperatura sa uporedivim i konstantnim ulazom. U određenim tehnološkim procesima ovo dovodi do povećanja efikasnosti procesa produkcije. U komercijalnim i domaćinstvima primenama, to je dovelo do obezbeđivanja veće toplotne udobnosti uprkos postojanju nedovoljno dimenzionisanog grejanja kroz smanjenje vremena zagrevanja i povećanja temperature u unutrašnjim prostorima uz smanjenje utrošene energije.

[0016] Dokumenti GB2137442, US2003/043607 i PEJOVIC P ET AL: "A NOVEL HARMONIC-FREE THREEPHASE DIODE BRIDGE RECTIFIER APPLYING CURRENT INJECTION" su stanje tehnike za predmetnu prijavu.

SUŠTINA PRONALASKA

[0017] Cilj pronalaska je da se prikaže konvertor sa oscilatorom koji modifikuje tok napona i struje na izlazu konvertora i produženje vremena njihovog delovanja na priključenim opterećenjima.

[0018] Ovaj cilj je postignut pomoću konvertora sa oscilatorom povezanim na izvor naizmeničnog napajanja preko ulaznog konektora prve faze i nultog provodnika ili ulaznog konektora druge faze, koji je naznačen time što sadrži ulazni konektor prve faze konvertora za povezivanje faze povezane preko prvog čvora na katodu prve diode kao i na anodu druge diode, pri čemu prva dioda ima anodu povezanu preko trećeg čvora na anodu treće diode kao i na prvi izlazni konektor konvertora, pri čemu je katoda treće diode povezana preko četvrtog čvora na anodu četvrte diode kao i na nulti provodnik ili na ulazni konektor druge faze konvertora kao i na drugi izlazni konektor konvertora, pri čemu četvrta dioda ima katodu povezanu na treći izlazni konektor konvertora i preko drugog čvora na katodu druge diode, pri čemu je između drugog čvora i trećeg čvora povezano jedno ili više međusobno paralelnih oscilatornih kola koje sadrže bifilarni kalem sa prvim namotajem i drugim namotajem, i bar jedan kondenzator.

[0019] Konvertor sa oscilatorom prema pronalasku može imati tri primera izvođenja koji se razlikuju u položaju oscilatornog kola. U prvom primeru izvođenja, oscilatorno kolo je povezano tako da je prvi kraj prvog namotaja bifilarnog kalema povezan preko prvog kondenzatora i prvi kraj drugog namotaja bifilarnog kalema je direktno povezan na treći čvor, dok je drugi kraj prvog namotaja bifilarnog kalema direktno povezan na drugi čvor i drugi kraj drugog namotaja bifilarnog kalema je povezan na drug čvor preko drugog kondenzatora. To je LC-CL tip primera izvođenja.

[0020] U drugom primeru izvođenja oscilatorno kolo je povezano tako da su prvi krajevi prvog namotaja bifilarnog kalema i drugog namotaja bifilarnog kalema povezani direktno na treći čvor i drugi krajevi prvog namotaja bifilarnog kalema i drugog namotaja bifilarnog kalema su povezani preko bar jednog kondenzatora na drugi čvor. To je LC primer izvođenja.

[0021] U trećem primeru izvođenja oscilatorno kolo je povezano tako da su prvi krajevi prvog namotaja bifilarnog kalema i drugog namotaja bifilarnog kalema direktno povezani na treći čvor i drugi kraj prvog namotaja bifilarnog kalema je povezan preko prvog kondenzatora i drugi kraj drugog namotaja bifilarnog kalema je povezan preko drugog kondenzatora na drugi čvor. To je LC-LC primer izvođenja.

[0022] Ovaj konvertor je dakle zasnovan na CL, LC-LC ili CL-CL oscilatoru sa induktivnim spojem bifilarnog kalema povezanim u centru Grecovog mosta i ovo modifikuje tok napona i struje kao što je dole opisano.

[0023] Jedna varijanta primera izvođenja oscilatornog kola, gde su prvi krajevi prvog namotaja bifilarnog kalema i drugog namotaja bifilarnog kalema povezani direktno na treći čvor i drugi krajevi prvog namotaja bifilarnog kalema i drugog namotaja bifilarnog kalema su povezani preko bar jednog kondenzatora sa drugim čvorom (CL tip oscilatornog kola), će biti jednostavnija za proizvodnju. Ona takođe omogućava povezivanje sistema kondenzatora, koji su poređani serijski, paralelno ili serijskiparalelno, npr. radi postizanja potrebnog ukupnog kapaciteta oscilatornog kola. Ova veza se pokazala kao manje snažna u praksi nego veza sa CL-LC konfiguracijom.

[0024] Varijanta primera izvođenja oscilatornog kola, u kome je prvi kraj prvog namotaja bifilarnog kalema povezan preko prvog kondenzatora i prvi kraj drugog namotaja bifilarnog kalema je povezan direktno na treći čvor, dok je drugi kraj prvog namotaja bifilarnog kalema direktno povezan i drugi kraj drugog namotaja bifilarnog kalema is povezan preko drugog kondenzatora na drugi čvor (CL-LC tip oscilatornog kola) pokazuje najbolje efekte na opterećenje posle povezivanja.

[0025] Varijanta primera izvođenja oscilatornog kola, u kome su jedan kraj prvog namotaja bifilarnog kalema i drugog namotaja bifilarnog kalema povezani direktno na treći čvor i drugi kraj prvog namotaja bifilarnog kalema je povezan preko prvog kondenzatora i drugi kraj drugog namotaja bifilarnog kalema je povezan preko drugog kondenzatora na drugi čvor (CL-CL tip oscilatornog kola) ne poseduje prednost vremenske distribucije efekta uzajamne indukcije bifilarnog kalema i zbog toga je manje efikasna posle povezivanja od veze sa CL-LC konfiguracijom.

[0026] U poželjnom primeru izvođenja, ukupni kapacitet XC svih povezanih kondenzatora (u CL tipu oscilatornog kola) ili je kapacitet kondenzatora u određenim granama oscilatornog kola XC1 i XC2 (CL-LC i CL-CL tip oscilatornog kola) jednak celobrojnom umnošku π/2 XL induktivnosti bifilarnog kalema koji sadrži prvi i drugi namotaj. U ovom slučaju, postiže se najpoželjniji tok modifikovanog napona i struje. Međutim, izvršena merenja su pokazala da se poželjna modifikacija može postići čak i u slučaju odstupanja od pomenute relacije, koje može biti izazvano npr. tolerancijom pri proizvodnji kalemova i kondenzatora ili neraspoloživošću kalemova i kondenzatora traženih parametara, kada je poželjna modifikacija toka napona i struje postignuta čak i pod uslovima, kada ukupni kapacitet XC svih povezanih kondenzatora (u CL tipu oscilatornog kola) ili kapacitet kondenzatora u određenim granama (u slučaju jednog kondenzatora u svakoj grani, dakle kapacitet prvog kondenzatora i kapacitet drugog kondenzatora) XC1 i XC2 oscilatornog kola (u CL-LC i CL-CL tipu oscilatornog kola) je jednak celobrojnom umnošku π/2 XL induktivnosti bifilarnog kalema ± 20 %.

[0027] Druga odlika pronalaska je sistem koji obuhvata konvertor sa oscilatorom kao što je gore opisano i opterećenje, koji je naznačen time što je prvo opterećenje povezano na prvi izlazni konektor konvertora i na drugi izlazni konektor konvertora, i drugo opterećenje je povezano na drugi izlazni konektor konvertora i na treći izlazni konektor konvertora, pri čemu je otpornost prvog opterećenja jednaka otpornosti drugog opterećenja ± 20 %. Idealno je da su otpornosti opterećenja identične.

Međutim, one se mogu razlikovati u praksi, usled nedoslednosti i tolerancija u proizvodnji i sličnih fenomena. Povećanje razlike između opterećenja rezultuje smanjenjem efikasnosti sistema konvertora sa oscilatorom povezanim sa opterećenjem. Eksperimentalno je dokazano da varijacije otpornosti trebaju da budu u opsegu ± 20 %. Svako opterećenje se može sastojati od više parcijalnih opterećenja, pri čemu zahtevi za ukupno opterećenje moraju biti ispunjeni.

[0028] Zahvaljujući vezi, LC-CL oscilatorno kolo u sredini Grecovog mosta sa dva identična opterećenja povezana paralelno sa trećom diodom i četvrtom diodom, i korišćenjem osobina bifilarnog kalema sa induktivnom spregom konstruisanom prema definisanim parametrima, početni napon i struja su podeljeni na pozitivni i negativni talas (impuls). Ovi impulsi idu kroz kolo u različitim trenucima. U drugom i trećem čvoru, tj. na mestima gde je oscilatorno kolo povezano na Grecov most, ulazni impulsi se dele na dva dela. Prvi deo ulaznog impulsa ide direktno na opterećenje. U slučaju da je impuls pozitivan onda ide od drugog čvora na drugo opterećenje, u slučaju negativnog impulsa od trećeg čvora na prvo opterećenje. Drugi deo ulaznog impulsa zatim nastavlja u oscilatorno kolo. Ovde prvi, npr.

pozitivni impuls iz smera drugog čvora, ide kroz serijsko-paralelno oscilatorno kolo u treći čvor. U oscilatornom kolu impuls se deli u dve paralelne grane. Impuls se dakle javlja istovremeno na prvom kondenzatoru prve grane i na drugom namotaju bifilarnog kalema u drugoj grani, a zahvaljujući indukcionoj sprezi bifilarnog kalema takođe i na prvom namotaju bifilarnog kalema u prvoj grani (u ovoj trenutku, bez primene bifilarnog namotaja pasivno). Impuls dalje nastavlja do drugog kondenzatora druge grane i istovremeno do već aktivnog prvog namotaja bifilarnog kalema u prvoj grani. Ovi impulsi se sjedinjuju iza CL-LC kola i impuls nastavlja do petog čvora, gde se ponovo deli, i prvi deo nastavlja direktno na prvo opterećenje i drugi deo ide kroz treću diodu na drugo opterećenje, koje je već delimično zasićeno impulsom koji dolazi direktno sa drugog čvora. Trajanje svakog ulaznog impulsa je definisano pomoću π periode trajanja ulaznog napona. Zahvaljujući ispravno podešenim vrednostima XL i XC oscilatorno kolo radi u preferiranom režimu na frekvenciji koju određuje frekvencija ulaznog napona. Vrednosti XL induktivnosti i XC kapaciteta moraju uvek da se izračunaju prema parametrima ulaznog napona, njegovoj frekvenciji, i u skladu sa otpornostima prvog i drugog opterećenja, pri čemu je idealno da bude XC1=XC2=XL*n*π/2. Ceo proces u oscilatornom kolo se ponavlja uvek sa pozitivnim i negativnim impulsima koji se periodično smenjuju. Ponovljeni proces impulsa u kolu rezultira vraćanjem impulsa u CL-LC kolo zahvaljujući ispravnim vrednostima komponenti i preciznom podešavanju vremena. Dalje, trajanje dejstva napona i struje na opterećenja ukupno za vreme 2π periode je produženo za ceo π do 3π. To je suma trajanja za koje vreme se određeni kondenzatori isprazne, svaki za 1/4 π u CL-LC kolu, dakle za dva kondenzatora i dva impulsa, pozitivni i negativni, dakle zajedno 4x1/4 π.

[0029] U CL-CL vezi, odnosno u dve grane oscilatornog kola sa identičnim rasporedom kondenzatora i prvog i drugog namotaja bifilarnog kalema, signal je podeljen na dva dela koji teku kroz određene grane na isti način kao u klasičnom CL kolu, samo na impuls utiče induktivna sprega bifilarnog kalema.

[0030] Tok kroz oscilator u CL vezi je lakši. Ovde se signal ponaša kao u serijskom CL kolu, međutim, dolazi do međusobnog uticaja impulsa usled induktivne sprege bifilarnog kalema.

[0031] U poželjnom primeru izvođenja, otpornost prvog opterećenja i otpornost drugog opterećenja su jednake induktivnosti bifilarnog kalema. Eksperimentalno je dokazano da je prihvatljivo odstupanje oko 20 %. U praksi je zato poželjno da se izaberu parametri konvertora, tj. induktivnosti korišćenog bifilarnog namotaja i kapaciteta korišćenih kondenzatora, uzevši u obzir predviđeno opterećenje.

Otpornosti uobičajenih opterećenja će se tipično kretati u opsegu između 12 Ω do 150 Ω. Funkcionalnost konvertora je bila eksperimentalno dokazana na uređajima za grejanje sa visokim sadržajem gvožđa, npr. kantala.

[0032] Broj namotaja bifilarnog kalema L u konvertoru sa oscilatorom ili u kompleksnom sistemu konvertora sa oscilatorom i opterećenjem će se kretati u opsegu između 50 do 6000 namotaja.

[0033] U slučaju da se želi da se poveže opterećenje sa malom otpornošću, visokom strujom na opterećenju, koristiće se veza sa dvostrukim oscilatornim kolom, u kome su dva identična serijsko-paralelna oscilatorna kola povezana paralelno na treću i četvrtu diodu. U tom slučaju, za otpornosti prvog i drugog opterećenja se primenjuje relacija R1 = R2 = XL prvog kola = XL drugog kola.

[0034] U slučaju da se želi da se poveže trofazni uređaj ili da se postigne podjednako opterećenje u određenim fazama, povezaće se tri konvertora sa oscilatorom u kaskadu tako da je konvertor 1 povezan između faza L1 i L2, konvertor 2 između faza L2 i L3 i konvertor 3 između faza L3 i L1.

[0035] Konvertor sa oscilatorom prema pronalasku se može napajati iz 230V/50 Hz mreže kao i iz 400V/50 Hz mreže. Naravno, pogodan je i za alternativne mreže, npr.

120V/60Hz, eventualno bilo koju drugu. Kapacitet kondenzatora i induktivnosti bifilarnog kalema zavise od frekvencija napajanja. Izvedeno je iz poznatih relacija gde je XC jednako 1⁄2π* frekvencija * kapacitet i XI je jednak 2*π*frekvencija * induktivnost. U praksi to znači da da bi se postigao preferirani primer izvođenja sistema konvertora spojenog sa opterećenjem mora da se uzme u obzir frekvencija napona iz mreže, i da se izabere bifilarni kalem sa odgovarajućom induktivnošću prema datom opterećenju i poznatoj frekvenciji kao i da se izaberu kondenzatori sa odgovarajućim kapacitom.

KRATAK OPIS SLIKA NACRTA

[0036] Priloženi crteži služe da ilustruju suštinu pronalaska, gde

Fig. 1 prikazuje šemu jednofazne veze konvertora i CL-LC oscilatora prema pronalasku.

1

Fig. 2a prikazuje šemu jednofazne veze sistema konvertora i CL-LC oscilatora povezanih sa opterećenjem prema pronalasku.

Fig. 2b prikazuje šemu dvofazne veze sistema konvertora i CL-LC oscilatora povezanih sa opterećenjem prema pronalasku.

Fig. 3 prikazuje šemu veze sistema konvertora i dva CL-LC oscilatora povezanih sa opterećenjem prema pronalasku.

Fig. 4 prikazuje šemu trofazne veze sa tri sistema konvertora i CL-LC oscilatora povezanih sa opterećenjem prema pronalasku.

Fig. 5 prikazuje eksperimentalnu instalaciju 6 konvertora sa CL-LC oscilatorom prema pronalasku u peći.

Fig. 6 prikazuje šemu eksperimentalne instalacije – vazdušno ispitno postolje kod standardne veze bez konvertora i oscilatora prema pronalasku.

Fig. 7 prikazuje šemu eksperimentalne instalacije konvertora sa CL-LC oscilatorom prema pronalasku na ulazu u vazdušno ispitno postolje.

Fig. 8 prikazuje dijagram progresa temperatura merenih na vazdušnom ispitnom postolju sa konvertorom kao i bez konvertora.

Fig. 9 prikazuje dijagram ubrzanja temperature merene na vazdušnom ispitnom postolju sa konvertorom kao i bez konvertora.

Fig. 10 prikazuje dijagram izmerenih postignutih vrednosti temperature na vazdušnom ispitnom postolju sa konvertorom u stacionarnom režimu.

Fig. 11 prikazuje šemu veze konvertora sa LC oscilatorom prema pronalasku.

Fig. 12 prikazuje šemu veze sistema konvertora i LC oscilatora sa opterećenjem prema pronalasku.

Fig. 13 prikazuje šemu veze konvertora i LC-LC oscilatora prema pronalasku.

Fig. 14 prikazuje šemu veze sistema konvertora sa LC-LC oscilatorom povezanim sa opterećenjem prema pronalasku.

Fig. 15 prikazuje dijagram promene napona izmerenog na ulazu u opterećenja povezana prema fig.2a.

Fig. 16 prikazuje dijagram promene napona izmerenih na opterećenjima povezanim prema fig.2a.

Fig. 17 prikazuje dijagram promene izmerenih struja na ulazu i na opterećenjima povezanim prema fig.2a.

Fig. 18 prikazuje dijagram promene izmerenih struja na opterećenjima povezanim prema fig.2a.

Fig. 19 prikazuje dijagram promene izmerenih napona i struje na ulazu i napona i struje na R2 opterećenju u vezi prema fig.2a, 230V/50Hz kao standardu.

Fig. 20 prikazuje dijagram promene izmerenih vrednosti napona i struje na R2 opterećenju u vezi prema fig.2a, 230V/50Hz kao standardu.

Fig. 21 prikazuje promene napona, struje i otpornosti na nultom provodniku u vezi prema fig.2a.

Fig. 22 prikazuje testnu blok šemu veze sistema konvertora i oscilatora sa trofaznim razvodom napona povezanim na opterećenje.

Fig. 23 prikazuje dijagram testiranja izmerenih promena temperaturne zavisnosti i zavisnosti ulazne snage od vremena prema fig.22.

ILUSTRATIVNI PRIMERI IZVOĐENJA

[0037] Šema veze konvertora sa CL-LC tipom oscilatora u ilustrativnom primeru izvođenja je prikazana na fig.1a. U prvoj fazi, ulazni terminal 5 konvertora, faze konvertora sa oscilatorom su paralelno povezane preko prvog čvora 9 na katodu prve diode 1 kao i na čvor druge diode 2, pri čemu prva dioda 1 ima anodu povezanu preko trećeg čvora 11 sa anodom treće diode 3, kao i na prvi izlazni konektor 17 konvertora, pri čemu je katoda treće diode 3 povezana preko četvrtog čvora 12 sa anodom četvrte diode 4, kao i na nulti provodnik 15 (fig.1a) ili na ulazni konektor 16 druge faze (nije prikazano) konvertora i takođe na drugi izlazni konektor 18 konvertora, pri čemu četvrta dioda 4 ima katodu povezanu na treći izlazni konektor 19 konvertora kao i na katodu druge diode 2 preko drugog čvora 10, što rezultira standardnom vezom za Grecov most. Između drugog čvora 10 i trećeg čvora 11, povezano je jedno oscilatorno kolo 20, koje dalje obuhvata bifilarni kalem 6 sa prvim namotajem 21 i drugim namotajem 22 i dva kondenzatora. Oscilatorno kolo 20 je povezano tako da je prvi kraj prvog namotaja 21 bifilarnog kalema 6 povezan preko prvog kondenzatora 7 i prvi kraj drugog namotaja 22 bifilarnog kalema 6 je direktno povezan na treći čvor 11, dok je drugi kraj prvog namotaja 21 bifilarnog kalema 6 direktno povezan i drugi kraj drugog namotaja 22 bifilarnog kalema 6 je povezan preko drugog kondenzatora 8 na drugi čvor 10.

[0038] Fig.2a i 2b ilustruju šemu veze sistema konvertora sa CL-LC oscilatorom povezenim sa opterećenjem prema pronalasku. Primer izvođenja konvertora je isti kao što je ilustrovano na fig.1a i dopunjen je opterećenjima kao što sledi. Prvo opterećenje 13 je povezano na prvi konektor 17 izlaza konvertora i drugi konektor 18 izlaza konvertora i drugo opterećenje 14 je povezano na drugi konektor 18 izlaza konvertora i treći konektor 19 izlaza konvertora, pri čemu je otpornost prvog opterećenja 13 ista kao otpornost drugog opterećenja 14 ± 20 %. U ovom ilustrativnom primeru izvođenja, opterećenja predstavljaju keramički elementi za zagrevanje, koje čine dva identična otpora od 30 Ω. Kapaciteti prvog kondenzatora 7 i drugog kondenzatora 8 su jednaki 3π/2 umnošku induktivnosti bifilarnog kalema 6, u ovom slučaju induktivnost bifilarnog kalema 6 je 30 Ω i kapacitet svakog od kondenzatora 7 i 8 je 94,2 Ω.

[0039] Drugi ilustrativni primer izvođenja sistema konvertora i CL-LC tipa oscilatora povezanog sa opterećenjem prema pronalasku je povezan na isti način, kao što je u

1

prvom primeru izvođenja (odgovara vezi na fig.2). U ovom primeru izvođenja, opterećenja 13 i 14 takođe predstavljaju keramički elementi za zagrevanje, U ovom slučaju sa otpornošću od 26 Ω. Induktivnost bifilarnog kalema 6 je 26 Ω i kapacitet svakog od kondenzatora 7 i 8 je 81,64 Ω.

[0040] Poželjni primer izvođenja sistema konvertora povezanim sa opterećenjem prema pronalasku je ilustrovano na fig.3. U ovom slučaju, konvertor je snabdeven sa dva CL-LC oscilatorna kola, što je dokazano da je poželjna varijanta kada se želi da se povežu opterećenja sa malom otpornošću i velikom strujom kroz opterećenje. U ovom primeru izvođenja, dva identična i međusobno paralelna CL-LC oscilatorna kola su povezana paralelno sa drugim čvorom 10 i trećim čvorom 11.

[0041] Fig.4 prikazuje šemu trofazne veze sa tri sistema konvertora i oscilatora spojenih sa opterećenjem prema pronalasku. U ovom slučaju, koriste se tri konvertora sa CL-LC tipom oscilatora, pri čemu su na svaki konvertor povezana po dva opterećenja. Tri konvertora sa oscilatorom su povezana u kaskadu, tako što je konvertor 1 povezan između faza L1 i L2, konvertor 2 je povezan između faza L2 i L3 i konvertor 3 je povezan između faza L3 i L1.

[0042] Efekti oba vezivanja konvertora prema pronalasku su testirani u više praktičnih primena.

[0043] Fig.5 prikazuje blok dijagram trofaznog povezivanja kod eksperimentalne instalacije peći. Konvertor sa oscilatorom je bio eksperimentalno instaliran u pekerskoj peći “Revent” u standardnom radu. Ova pećnica je opremljena sa 27 jedinica standardnih otpornih elemenata za zagrevanje Backer S 1136 sa otpornošću od 21 Ω. Temperatura u pećnici, koja je konstantno u radu u tri smene, je održavana na 105 °C. Prazna pećnica je prethodno zagrejana na 205 °C (režim 1) pre nego što je stavljena šarža pekarskih proizvoda, pošto su proizvodi stavljeni pećnicu, zagrejanost je povećana na standardnu temperaturu pečenja 280 °C (režim 2). Kod standardne veze pećnice, tj. bez primene konvertora, svi otporni elementi su korišćeni za zagrevanje. Kada je pećnica zagrevana primenom konvertora sa oscilatorom prema pronalasku, 6 konvertora sa CL-LC tipom konvertora su bili povezani u kaskadu, a svaki je bio opremljen bifilarnim kalemom sa induktivnošću XL od 21 Ω i dva kondenzatora, svaki kapaciteta Xc1 i Xc2= 65,9 Ω (50 mF) povezanih kao što je ilustrovano na fig.5. Konvertori sa oscilatorom su bili povezani na napajanje preko njihovog sopstvenog merača utroška el. energije i zajedničkog kontaktora. Pećnica je bila opremljena sa senzorom temperature, koji je regulisao rad kontaktora. Pošto je distribuiran vruć vazduh, obezbeđena je prisilna cirkulacija pomoću ventilatora. Samo 12 komada elemenata za zagrevanje je korišćeno za zagrevanje (2 otporna elemenata za zagrevanje su bila povezana na svaki konvertor).

[0044] Merenja su vršena više puta pre instalacije konvertora (standardni primer izvođenja) i posle instalacije 6 konvertora (veza sa konvertorom), uvek pri istom režimu pečenja i istoj količini. Merena je brzina podizanja temperature sa 105 °C do 205 °C (režim 1) i zatim dalje podizanje od 217 °C do 280 °C (režim 2). Vreme i potrošnja su takođe mereni.

Merenja u standardnom primeru izvođenja, tj. konvertor nije povezan:

[0045]

Tab. 1: Režim 1 u standardnom rimeru izvođenja:

[0046] Ukupno vreme zagrevanja prazne peći od 105 °C do 205 °C u ovom standardnom primeru izvođenja sa 62,5 kWh izmerene ulazne snage je bilo 7 min, pri čemu je potrošnja bila 7,3 kW.

T . 2: R žim 2 n r n m rim r izv nja:

[0047] Ukupno vreme zagrevanja peći napunjene pekarskim proizvodima od 217 °C do 280 °C u ovom standardnom primeru izvođenja sa 72 kWh izmerene ulazne snage je bilo 9 min, pri čemu je potrošnja bila 10,8 kW.

Merenja kada je povezan konvertor:

[0048]

Tab. 3: Režim 1 kod veze sa konvertorom:

Vreme Temperatura °C Potrošnja kW

1

[0049] Ukupno vreme zagrevanja peći napunjene pekarskim proizvodima od 105 °C do 205 °C u primeru izvođenja sa povezanim konvertorima sa 44,25 kWh izmerene ulazne snage je bilo 8 min, pri čemu je potrošnja bila 5,9 kW.

Tab. 4: Režim 2 kod veze sa konvertorom:

[0050] Ukupno vreme zagrevanja peći napunjene pekarskim proizvodima od 217 °C do 280 °C u primeru izvođenja sa povezanim konvertorima sa 48,54 kWh izmerene ulazne snage je bilo 11 min, pri čemu je potrošnja bila 8,9 kW.

[0051] U eksperimentalnoj vezi sa konvertorom u režimu 1 za razliku od standardnog povezivanja, ušteđeno je 19,7 % energije, pri čemu je vreme zagrevanja neznatno povećano sa 7 min na 8 min. U režimu 2 za razliku od standardnog povezivanja ušteđeno je 17,9 % energije, pri čemu je vreme zagrevanja produženo sa 9 min na 11 min.

[0052] Efikasnost industrijske primene konvertora u pekarskoj primeni je dokazana pomoću ove eksperimentalne instalacije.

[0053] Druga eksperimentalna instalacija (nije prikazana na crtežima), u kojoj je konvertor bio testiran, je instalacija konvertora u sauni.

[0054] Grejač za saunu SAVO 18 kW je korišćen u vezi, u kojoj je bilo instalirano 9 komada grejnih elemenata 2kW/230V/26Ω. Dva konvertora prema pronalasku povezana u kaskadu su korišćena za vezu u sauni. Dva elementa 2kW/230V/26Ω su bila povezana na svaki konvertor. Konvertori sa oscilatorima su bili identični, kapacitet kondenzatora je bio 83 Ω (40 mF) i induktivnost kalemova je bila 26,5 Ω.

[0055] Kod standardne veze, tj. bez povezanih konvertora, merenja su bila ponavljana više puta tokom jedne nedelje:

prosečna potrošnja tokom prvog puštanja za dati dan da se prazna sauna zagreje od 41 °C do 92 °C je dostizala 14 kW. Za vreme rada već zagrejane saune (temperiranje) prosečna potrošnja je bila 69,13 kW dnevno.

1

[0056] Kod veze sa konvertorima i zagrevanjem pomoću četiri otporna elementa za zagrevanje vršena su merenja na dnevnoj bazi tokom jednog meseca: prosečna potrošnja tokom prvog puštanja za dati dan da se prazna sauna zagreje od 41 °C do 92 °C je bila 8,91 kW. Za vreme rada već zagrejane saune (temperiranje) prosečna potrošnja je bila 55,215 kW dnevno.

[0057] To znači da je količina energije ušteđena tokom rada sa konvertorom pri prvom zagrevanju saune, što je uvek vršeno pod istim uslovima, bila 36 % u proseku, dok je količina energije ušteđena tokom uobičajenog celodnevnog rada bila oko 20 %.

[0058] Kontrolni elementi (termostati i vremenski releji) su bili podešeni identično u oba slučaja. Sauna je još bila kontrolisana istom kontrolnom jedinicom sa istim programom.

[0059] Treća eksperimentalna instalacija korišćena za testiranje konvertora prema pronalasku je bila instalacija konvertora na vazdušnom ispitnom postolju.

[0060] Uporedno merenje performansi povezanog otpornog elementa za zagrevanje je vršeno na vazdušnom ispitnom postolju, jednom sa konvertorom, videti fig.6, i jednom bez konvertora, videti fig.7. Oprema ze merenje se sastojala od 180 cm dugačke cevi koja se sastojala od dve koaksijalne cevi od cinka, prve prečnika 200 mm i druge prečnika 300 mm, pri čemu je prostor između cevi bio ispunjen termičkom izolacijom, i cevi su dalje namontirane na ventilator kapaciteta 800 m<3>vazduha na 1 sat. Keramički otporni element za zagrevanje sledećih električnih karakteristika 32 Ω/150 V je priključen u cevi.

[0061] Temperaturni senzor, koji meri temperaturu vazduha na ulazu, je postavljen ispred ventilatora. Drugi temperaturni senzor je postavljen u cevi u cilju merenja temperature na izlazu. Ovaj senzor je približno 1 metar udaljen od kraja elementa za zagrevanje.

[0062] Prvo je vršeno merenje izlazne temperature vazduha sa povezanim konvertorima, sa vatmetrom postavljenim ispred njih. Za vreme zagrevanja prvo su mereni ulazna snaga i temperatura vazduha na ulazu i temperatura vazduha na izlazu. Ulazna snaga od 2280 W je očitana na vatmetru i izmerene su ulazna i izlazna temperatura. Za merenje bez konvertora vatmetar je postavljen iza regulacionog transformatora, na kom je bila podešena ista ulazna snaga kao u prvom merenju, dakle 2280 W. Potom su izmerene ulazna i izlazna temperatura. Otporni element je bio identičan u oba slučaja.

1

[0063] Rezultati prve skupine verifikacionih merenja na vazdušnom ispitnom postolju:

U prvom testu na vazdušnom ispitnom postolju podešena su identična vremena za testiranje. Rezultati merenja su sledeći:

Vreme testiranja bez konvertora 2.400 sec. Vreme testiranja sa konvertorom 2.400 sec. Potrošnja energije bez konvertora 2.320 kW/h Potrošnja energije sa konvertorom 2.280 kW/h Postignuta razlika temperatura vazduha ulaz/izlaz bez 18,75 °C konvertora

Postignuta razlika temperatura vazduha ulaz/izlaz sa 21.29 °C konvertorom

Razlika temperatura 2,54 °C tj.13,52 %

[0064] Prikazani rezultati su prosek za 5 ciklusa merenja. Poređene su prosečne promene temperatura sa i bez konvertora.

[0065] U drugom testu na vazdušnom ispitnom postolju, iste ciljne temperature vazduha su određene u oba merenja. Rezultati su sledeći:

U ovom merenju, fokus je bio na dostizanju iste temperature uz korišćenje konvertora kao i bez njega. Prosečna temperatura vazduha na izlazu 36,1 °C je određena kao referentna temperatura.

Početna temperatura bez konvertora 15,4 °C Početna temperatura sa konvertorom 15,4 °C Vreme dostizanja 36 °C bez konvertora 954 sec. Vreme dostizanja 36 °C sa konvertorom 668 sec. Potrošnja energije bez konvertora 614,8 W/h Potrošnja energije sa konvertorom 423,1 W/h Ušteda energije 31,19%

[0066] Ista ulazna snaga od 2280 kW je primenjena u oba slučaja te se stoga može zaključiti da je potrošeno 31,19 % manje energije u cilju dostizanja iste temperature na izlazu.

1

3. Stacionarni režim

[0067]

Vreme testiranja bez konvertora 900 sec. Vreme testiranja sa konvertorom 900 sec. Potrošnja energije bez konvertora 580 W/h Potrošnja energije sa konvertorom 570 W/h Postignuta razlika temperatura vazduha ulaz/izlaz bez 21,26 °C konvertora

Postignuta razlika temperatura vazduha ulaz/izlaz sa 24,14 °C konvertorom

Razlika temperatura 2,89 °C, tj.15,40 %

[0068] Rezultati u tabeli predstavljaju presek 5 ciklusa merenja. Očigledno je da su više temperature na izlazu postignute uz istu ulaznu snagu, približno 15%.

Neophodno je da se napomene da je 10W/h manje energije utrošeno sa konvertorom. Rezultati su jasnije prikazani na dijagramima na fig.8, 9 i 10.

[0069] Fig.11 prikazuje šemu ilustrativne veze konvertora i LC oscilatora u ovom slučaju, prema pronalasku. Konvertori sa oscilatorima su povezani na ulazni konektor 5 prve faze konvertora za paralelno povezivanje faza kroz prvi čvor 9 na katodu prve diode 1, kao i na anodu druge diode 2, pri čemu prva dioda 1 ima anodu povezanu preko trećeg čvora 11 na anodu treće diode 3, kao i na prvi konektor izlaza 17 konvertora, pri čemu je katoda treće diode 3 povezana preko četvrtog čvora 12 na anodu četvrte diode 4, kao i na nulti provodnik 15 (fig.1a) ili na ulazni konektor 16 druge faze (nije prikazano) konvertora i takođe na drugi konektor izlaza 18 konvertora, pri čemu četvrta dioda 4 ima katodu povezanu na treći konektor izlaza 19 konvertora i preko drugog čvora 10 na katodu druge diode 2, što rezultira standardnim povezivanjem Grecovog mosta. Jedno oscilatorno kolo 20 koje sadrži bifilarni kalem 6 sa prvim namotajem 21 i drugim namotajem 22 i dva kondenzatora je povezano između drugog čvora 10 i trećeg čvora 11. U ovom slučaju, oscilatorno kolo 20 je povezano tako da su prvi kraj prvog namotaja 21 bifilarnog kalema 6 i prvi kraj drugog namotaja 22 bifilarnog kalema 6 direktno povezani na treći čvor 11 i

1

drugi krajevi prvog namotaja 21 bifilarnog kalema 6 i drugog namotaja 22 bifilarnog kalema su povezani preko bar jednog kondenzatora na drugi čvora 10.

[0070] Fig.12 prikazuje šemu veze sistema konvertora i oscilatora spojenih sa opterećenjem prema pronalasku, pri čemu je korišćen konvertor prikazan na fig.11.

[0071] Fig.13 prikazuje šemu veze konvertora i LC-LC oscilatora prema pronalasku. U ovom slučaju, oscilatorno kolo je konstruisano tako da su krajevi prvog namotaja 21 bifilarnog kalema 6 i drugog namotaja 22 bifilarnog kalema 6 povezani na direktan način na treći čvor 11 i drugi kraj prvog namotaja 21 bifilarnog kalema 6 je povezan preko prvog kondenzatora 7 i drugi kraj drugog namotaja 22 bifilarnog kalema 6 je povezan preko drugog kondenzatora 8 na drugi čvor 10.

[0072] Fig.14 prikazuje šemu veze sistema konvertora i oscilatora spojenih sa opterećenjem prema pronalasku, pri čemu je korišćen konvertor prikazan na fig.13.

[0073] Da bi se stekla ideja o ponašanju sistema konvertora sa oscilatorom spojenih sa opterećenjem prema pronalasku, sistemi prikazani na fig.2a (CL-LC tip kola), fig.

12 (LC tip) i fig.14 (LC-LC tip) su opremljeni “RIGOL” tipom digitalnog osciloskopa. Konvertori sa oscilatorima koji sadrže bifilarni kalem sa induktivnošću od 42 Ω i kondenzatori sa kapacitetom od 66 Ω (50 mF) su upareni sa opterećenjem koje predstavlja keramički element za zagrevanje vazduha, proizvođač “BECKER ELTOP s.r.o. company” za napon od 240V, koji se sastoji od dve otpornosti, svaka od 42 Ω, 1350 W. Isti protoci napona i struje su mereni tokom merenja u sva tri sistema.

[0074] Fig.15 prikazuje dijagram promene izmerenog napona na ulazu i na opterećenjima. Dijagram prikazuje promene napona na izlazu konvertora sa oscilatorom, koji je tipični sinusoidalni talas, gde linija počinje na nuli. Na opterećenjima, efekti koji su izazvani odlikama konvertora sa oscilatorom se dodaju na sinusoidalni talas. Radi bolje orijentacije, samo su promene napona na oba opterećenja prikazana na fig.16. Očigledno je da je na izlazu, trajanje dejstva napona na određenom opterećenju produženo i takođe je sigurno da je površina ograničena funkcijom promena izlaznog napona sa konvertora sa oscilatorom veća. Srednja vrednost napona na opterećenjima je tako veća od srednje vrednosti ulaznog napona. Takođe je bitno primetiti da se preklapanje dejstva određenih impulsa dešava na oba opterećenja, koja su, međutim, podeljena na ulazu pomoću ispravljača.

[0075] Izraženo u brojkama, to znači:

2

Površina ograničena funkcijom ulaznog napona je: 111.384

Površina ograničena funkcijom izlaznih napona: 155.624

Numerička razlika (apsolutna): 44.240

Procentualna razlika: 39,7 %

[0076] Fig.17 prikazuje dijagram koji ilustruje izmereni talasni oblik struja na ulazu i na opterećenjima. Dijagram prikazuje promenu struje na ulazu konvertora i napona na oba opterećenja. Očigledno je da je vreme tečenja struja na naponima na izlazima takođe produženo. Takođe postoji preklapanje trajanja dejstva na izlazu vremenski razdvojenih impulsa. U slučaju struja, površina ograničena funkcijom promene ulazne struje kod konvertora sa oscilatorom je takođe veća. Radi bolje orijentacije, dijagram na fig.18 prikazuje samo promenu struje na oba opterećenja.

[0077] Izraženo u brojkama, ovo znači:

Površina ograničena funkcijom ulazne struje je: 1.381,6

Površina ograničena funkcijom izlazne struje je: 1.744,2

Numerička razlika (apsolutna): 362,60

Procentualna razlika: 26,24%

[0078] Drugo bitno otkriće sledi iz dijagrama promena struje i napona na ulazu konvertora sa oscilatorom, kao i napona i struje na izlazu, što je prikazano na fig.19. Radi lakše orijentacije, prikazano je samo jedno opterećenje, i struja je povećana 50 puta, pri čemu je zaseban dijagram napona i struje na opterećenju na fig.20 (struja je ponovo povećana 50 puta). Očigledno je da je fazni pomeraj struje i napona na ulazu zanemarljiv, struja i napon su opet u fazi na opterećenjima. Dakle, može se zaključiti da LC-CL kolo radi u željenom režimu i opterećenja su strogo aktivna. U praksi, bilo kakav fazni pomeraj znači smanjenje snage konvertora.

[0079] Dijagram na fig.21 prikazuje promenu napona, struje i otpornosti na nultom provodniku kod veze kao na fig.2a.

[0080] Fig. 22 prikazuje testnu blok šemu trofazne veze sa sistemom konvertora sa oscilatorima povezanim sa opterećenjem, koje u ovom posebnom slučaju predstavljaju tri trofazna grejača 34, 35 i 36. Kod testiranja funkcije konvertora prema pronalasku, ulazna snaga na trofaznim grejačima je merena u dve konfiguracije (naizmenična komponenta struje, direktna komponenta struje, maksimalna vrednost struje, vrh-vrh struje, naizmenična komponenta napona, direktna komponenta napona, aktivna snaga, reaktivna snaga, faktor snage i frekvencija). Prva konfiguracija je direktna veza grejača na trofaznu mrežu i druga konfiguracija je ugradnja sistema konvertora sa oscilatorima između trofazne mreže i grejača. U istim trenucima je merena temperatura na ulazima i izlazima grejača 34, 35 i 36 u šest tačaka, pri čemu su u ovom merenju korišćeni termoparovi T-tipa, koji su bili spojeni na uređaj za beleženje podataka. Postavljena su tri termopara, svaki odvojeno sa strani izlaza grejača 34, 35 i 36 i tako je merena temperature na ulazu. Druga tri termopara su postavljena sa izlazne strane grejača 34, 35 i 36 na isti način i tako je merena temperatura izlaznog vazduha. Primer izvođenja sa termoparovima omogućava brz odgovor, a spoj termopara je projektovan da bude bez omotača. Interval zapisivanja sa termopara je bila jedna sekunda. Korišćen je trokanalni analizator za merenje ulazne snage (struje i napona), gde je jedan kanal služio za merenje jedne faze. Podaci su mereni deset minuta uz zapisivanje dve vrednosti u minuti. Testno merenje su vršili profesionalni specijalisti na instrumentima atestiranim prema standardima u akreditovanim laboratorijama.

Tab. 5: Merenja ulazne snage za vreme testiranja funkcionalnosti pronalaska

Tab. 6:

Tab. 7:

2

[0081] Fig.23 prikazuje dijagram izmerenih testnih promena razlike temperatura izmerene na termoparovima postavljenim na izlaznoj strani i odgovarajuće ulazne snage u vremenu prema fig.22.

[0082] Tokom ovog merenja fokus je bio na postizanju iste ulazne snage u merenjima u obe konfiguracije. Kao što je pokazano u tab. 5, postignute vrednosti ukupne ulazne snage u konfiguraciji drugog sistema sa povezanim konvertorima je samo 9,8 % više nego u konfiguraciji prvog sistema bez povezanih konvertora i faktor snage je unutar normama utvrđenog limita.

[0083] Ipak, iz vrednosti u tab.6 i tab.7 sledi da je veći temperaturni gradijent postignut u konfiguraciji drugog sistema sa povezanim konvertorima sa gore pomenutom ulaznom snagom. Merenje je vršeno u zatvorenoj prostoriji tokom 9 minuta i 55 sekundi. Prvo, merenje je izvršeno u konfiguraciji prvog sistema bez konvertora. Ulazna temperatura je izmerena pomoću 3 termopara i uprosečena, pri čemu je na početku merenja, prosek svih ulaznih vrednosti temperature bio 29,35 °C i na kraju je bio 31,88 °C, što je generalno izazvano zagrevanjem okoline u zatvorenoj prostoriji. Izlazne temperature su merene ponovo pomoću 3 termopara i zatim uprosečene, pri čemu na početku merenja je prosek vrednosti izlaznih temperatura dostigao 30,38 °C i na kraju je bio 98,08 °C. Ukupna razlika između ulaznih temperatura i izlaznih temperatura na početku merenja je bila 1,03 °C i na kraju merenja je bila 66,20 °C.

[0084] Potom je vršeno merenje u konfiguraciji drugog sistema sa povezanim konvertorima. Na početku merenja, prosek svih ulaznih vrednosti temperature je dostigao 29,53 °C i na kraju je bio 32,34 °C, što je opet bilo izazvano ukupnim zagrevanjem okoline u zatvorenoj prostoriji. Prosek ulaznih temperatura je dostigao 30,53 °C i na kraju je bio 110,74 °C. Ukupna razlika između ulaznih temperatura i izlaznih temperatura na početku merenja je bila 1,00 °C i na kraju je bila 78,40 °C.

[0085] Očigledno sledi iz onog što je gore rečeno da je ukupno postignuta razlika u temperaturi u merenjima na ulazu i izlazu dostigla 18,4 % više temperature u vezi sa konvertorima nego u vezi bez konvertora. U vezi bez konvertora maksimum postignute razlike temperatura na ulazu i na izlazu je oko 66 °C, pri čemu je vrednost 66 °C je postignuta prvi put posle 7 minuta i 46 sekundi, dok je u vezi sa konvertorima, maksimum postignute razlike temperatura na ulazu i na izlazu je oko 78 °C, pri čemu je vrednost razlike od 66 °C postignut posle 3 minuta i 4 sekunde. Utrošak energije u cilju postizanja iste temperature od 66 °C u ovom testu u vezi bez konvertora je 2003 W/h i u vezi sa konvertorima je 864 W/h. Ušteda vremena za postizanje ove temperature je 59 % i ušteda energije je 57 %.

Tehnička primenljivost:

[0086] Konvertor sa oscilatorom i sistem konvertora i oscilatora uparenih sa opterećenjem prema pronalasku su namenjeni da povećaju efikasnost električnih uređaja.

Spisak pozivnih oznaka

[0087]

1. prva dioda

2. druga dioda

3. treća dioda

4. četvrta dioda

5. ulazni konektor prve faze konvertora

6. bifilarni kalem

7. prvi kondenzator

8. drugi kondenzator

9. prvi čvor

10. drugi čvor

2

rtora

2

Claims (9)

Patentni zahtevi

1. Konvertor sa oscilatorom konfigurisan da bude priključen na izvor naizmeničnog napajanja preko ulaznog konektora (5) prve faze i nultog provodnika (15) ili ulaznog konektora (16) druge faze, naznačen time, što obuhvata ulazni konektor (5) prve faze konvertora za povezivanje faze preko prvog čvora (9) na katodu prve diode (1), kao i na anodu druge diode (2), pri čemu prva dioda (1) ima anodu povezanu preko trećeg čvora (11) na anodu treće diode (3), kao i na prvi izlazni konektor (17) konvertora, pri čemu je katoda treće diode (3) povezana preko četvrtog čvora (12) na anodu četvrte diode (4), kao i na nulti provodnik (15) ili na ulazni konektor (16) druge faze konvertora, kao i na drugi izlazni konektor (18) konvertora, pri čemu četvrta dioda (4) ima katodu povezanu na treći izlazni konektor (19) konvertora i preko drugog čvora (10) na katodu druge diode (2), pri čemu je između drugog čvora (10) i trećeg čvora (11) povezano jedno ili više međusobno paralelnih oscilatornih kola (20) koje čini bifilarni kalem (6) sa prvim namotajima (21) i drugim namotajima (22), koji su simultano namotani, i bar jedan kondenzator; pri čemu je oscilatorno kolo (20) povezano tako da su prvi kraj prvog namotaja (21) bifilarnog kalema (6) kroz prvi kondenzator (7) i prvi kraj drugog namotaja (22) bifilarnog kalema (6) povezani na treći čvor (11), dok su drugi kraj prvog namotaja (21) bifilarnog kalema (6) i drugi kraj drugog namotaja (22) bifilarnog kalema (6) preko drugog kondenzatora (8) povezani na drugi čvor (10).

2. Konvertor sa oscilatorom prema zahtevu 1, naznačen time, što su kapaciteti kondenzatora u određenim granama oscilatornog kola (20) jednaki celobrojnom umnošku π/2 induktivnosti XL bifilarnog kalema (6) koji sadrži prvi namotaj (21) i drugi namotaj (22) ± 20 %, a poželjno je da kapacitet prvog kondenzatora (7) bude jednak kapacitetu drugog kondenzatora (8) i on je dalje jednak celobrojnom umnošku π/2 induktivnosti XL bifilarnog kalema (6) koji sadrži prvi namotaj (21) i drugi namotaj (22).

2

3. Konvertor sa oscilatorom prema bilo kom od prethodnih zahteva, naznačen time, što su dva međusobno paralelna oscilatorna kola (20) povezana između drugog čvora (10) i trećeg čvora (11).

4. Konvertor sa oscilatorom konstruisan da bude povezan na izvor naizmeničnog napajanja preko ulaznog konektora (5) prve faze i nultog provodnika (15) ili ulaznog konektora (16) druge faze, naznačen time, što obuhvata ulazni konektor (5) prve faze konvertora za povezivanje faze preko prvog čvora (9) na katodu prve diode (1), kao i na anodu druge diode (2), pri čemu prva dioda (1) ima anodu povezanu preko trećeg čvora (11) na anodu treće diode (3), kao i na prvi izlazni konektor (17) konvertora, pri čemu je katoda treće diode (3) povezana preko četvrtog čvora (12) na anodu četvrte diode (4), kao i na nulti provodnik (15) ili na ulazni konektor (16) druge faze konvertora, kao i na drugi izlazni konektor (18) konvertora, pri čemu četvrta dioda (4) ima katodu povezanu na treći izlazni konektor (19) konvertora i kroz drugi čvor (10) na katodu druge diode (2), pri čemu je između drugog čvora (10) i trećeg čvora (11) povezano jedno ili više međusobno paralelnih oscilatornih kola (20) koja sadrže bifilarni kalem (6) sa prvim namotajem (21) i drugim namotajem (22) koji su simultano namotani, i bar jedan kondenzator; pri čemu je oscilatorno kolo (20) povezano tako da su prvi krajevi prvog namotaja (21) bifilarnog kalema (6) i drugog namotaja (22) bifilarnog kalema (6) direktno povezani na treći čvor (11) i drugi krajevi prvog namotaja (21) bifilarnog kalema (6) i drugog namotaja (22) bifilarnog kalema (6) su povezani preko bar jednog kondenzatora na drugi čvor (10).

5. Konvertor sa oscilatorom prema zahtevu 4, naznačen time, što je ukupni kapacitet XC kondenzatora povezanih u oscilatorno kolo (20) jednak celobrojnom umnošku π/2 induktivnosti XL bifilarnog kalema (6) koji sadrži prvi namotaj (21) i drugi namotaj (22) ± 20 %, poželjno je da ukupni kapacitet XC kondenzatora povezanih u oscilatorno kolo (20) bude jednak celobrojnom umnošku π/2 induktivnosti XL bifilarnog kalema (6) koji sadrži prvi namotaj (21) i drugi namotaj (22).

6. Konvertor sa oscilatorom konstruisan da bude povezan na izvor naizmeničnog napajanja preko ulaznog konektora (5) prve faze i nultog provodnika (15) ili ulaznog konektora (16) druge faze, naznačen time, što sadrži ulazni konektor (5) prve faze konvertora za povezivanje faze preko prvog čvora (9) na katodu prve diode (1), kao i na anodu druge diode (2), pri čemu prva dioda (1) ima anodu povezanu preko trećeg čvora (11) na anodu treće diode (3), kao i na prvi izlazni konektor (17) konvertora, pri čemu je katoda treće diode (3) povezana preko četvrtog čvora (12) na anodu četvrte diode (4), kao i na nulti provodnik (15) ili na ulazni konektor (16) druge faze konvertora, kao i na drugi izlazni konektor (18) konvertora, pri čemu četvrta dioda (4) ima katodu povezanu na treći izlazni konektor (19) konvertora i preko drugog čvora (10) na katodu druge diode (2), pri čemu je između drugog čvora (10) i trećeg čvora (11) povezano jedno ili više međusobno paralelnih oscilatornih kola (20) koja sadrže bifilarni kalem (6) sa prvim namotajem (21) i drugim namotajem (22) koji su simultano namotani, i bar jedan kondenzator; pri čemu je oscilatorno kolo (20) povezano tako da su prvi krajevi prvog namotaja (21) bifilarnog kalema (6) i drugog namotaja (22) bifilarnog kalema (6) direktno povezani na treći čvor (11) i drugi kraj prvog namotaja (21) bifilarnog kalema (6) je preko prvog kondenzatora (7) i drugi kraj drugog namotaja (22) bifilarnog kalema (6) je preko drugog kondenzatora (8) povezan na drugi čvor (10).

7. Konvertor sa oscilatorom prema zahtevu 6, naznačen time, što je kapacitet kondenzatora u određenim granama oscilatornog kola (20) jednak celobrojnom umnošku π/2 induktivnosti XL bifilarnog kalema (6) koji se sastoji od prvog namotaja (21) i drugog namotaja (22) ± 20 %, a poželjno je da kapacitet prvog kondenzatora (7) bude jednak kapacitetu drugog kondenzatora (8) i da dalje bude jednak celobrojnom umnošku π/2 induktivnosti XL bifilarnog kalema (6) koji se sastoji od prvog namotaja (21) i drugog namotaja (22).

8. Sistem koji obuhvata konvertor sa oscilatorom prema bilo kom od prethodnih zahteva, naznačen time, što je prvo opterećenje (13) povezano na prvi izlazni konektor (17) konvertora i na drugi izlazni konektor (18) konvertora, i

2

drugo opterećenje (14) je povezano na drugi izlazni konektor (18) konvertora i na treći izlazni konektor (19) konvertora, pri čemu je otpornost prvog opterećenja (13) jednaka otpornosti drugog opterećenja (14) ± 20 %, a poželjno je da otpornost prvog opterećenja (13) bude jednaka otpornosti drugog opterećenja (14) i/ili su otpornosti opterećenja (13, 14) jednake induktivnosti XL bifilarnog kalema (6) ± 20 %; poželjno je da otpornost opterećenja (13, 14) bude u opsegu između 12 Ω i 150 Ω.

9. Trofazni sistem, naznačen time, što se sastoji od tri sistema prema zahtevu 8 povezanih kaskadno tako da je prvi konvertor sa oscilatorom povezan između ulaznog konektora (5) prve faze konvertora i ulaznog konektora (16) druge faze konvertora, drugi konvertor sa oscilatorom je povezan između ulaznog konektora (16) druge faze konvertora i konektora treće faze (24) konvertora i treći konvertor sa oscilatorom je povezan između ulaznog konektora treće faze (24) konvertora i ulaznog konektora (5) prve faze konvertora.