Источник питания с импульсным преобразованием энергии

 

Использование: изобретение может быть использовано в устройствах для получения озона. Сущность изобретения: устройство состоит из импульсного трансформатора 7, вторичная обмотка которого через выпрямитель соединена с выводами для подключения нагрузки, а один из выводов его первичной обмотки непосредственно соединен с одним из входных выводов для подключения питающей сети. Второй входной вывод через последовательно соединенные тумблер 1, плавкий предохранитель 2, резистор 4, диод 5, конденсатор 6 соединен с другим выводом первичной обмотки трансформатора 7. Параллельно цепи из конденсатора 6 и первичной обмотки трансформатора 7 включены диод 13 и цепочка из тиристора 14 и диода 15, причем тиристор 14 соединен анодом, а диод 13 катодом с катодом диода 5. Общая точка соединения катода тиристора 14 с анодом диода 15 через резистор 16, предохранитель 2 и тумблер 1 подключена ко второму входному выводу. Устройство обеспечивает плавное регулирование выходного напряжения. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике/ в частности к устройствам для получения озона синтезом из кислорода или воздуха/ для получения аэроионов отрицательной полярности по методу Чижевского А.Л. для обогащения ими воздуха помещений в сельском хозяйстве/ в животноводстве и птицеводстве/ при хранении сельхозпродукции/ в медицине/ научных исследованиях и в быту.

Известно устройство для получения аэроионов/ предложенное Чижевским А. Л. [1, 2]. Однако в этом устройстве использовался высоковольтный трансформатор на частоту 50 Гц и кенотронный выпрямитель. Этот источник высокого напряжения является мощным/ занимает много места и обладает повышенной опасностью.

Известно устройство с импульсным преобразованием энергии [3]/ в них предложены 4 схемы: 1 - через резистор включается параллельно сети накопительный конденсатор/ который шунтируется ветвью/ состоящей из переключающего симистора и первичной обмотки импульсного трансформатора; 2 - через резистор накопительный конденсатор включается параллельно сети/ конденсатор шунтируется двумя ветвями: первая - содержит неуправляемый диод и регулирующий резистор; вторая - переключающий симистор и первичную обмотку импульсного трансформатора; 3 - через резистор включается параллельно сети накопительный конденсатор/ конденсатор шунтируется тремя ветвями: первая - содержит неуправляемый резистор/ регулируемый резистор и неуправляемый диод; вторая - содержит управляемый диод-тиристор; третья - содержит переключающий симистор и первичную обмотку импульсного трансформатора. Напряжение управления тиристора снимается с первой ветви - с участка регулируемый резистор - неуправляемый диод; 4 - через резистор параллельно сети включается ветвь/ содержащая переключающий симистор и дроссель/ эта ветвь шунтируется в свою очередь ветвью/ состоящей из накопительного конденсатора/ шунтированного неуправляемым диодом/ которые в свою очередь включены последовательно с первичной обмоткой импульсного трансформатора.

Первая схема наиболее простая/ но в ней имеет место разброс энергии/ запасенной в накопительном конденсаторе/ и малая мощность преобразования.

Во второй схеме/ за счет ее усложнения/ разброс энергии несколько уменьшен/ потери мощности несколько увеличены/ мощность ее мала.

В третьей схеме мощность преобразования увеличена/ ее повышение достигнуто за счет усложнения схемы и использования переключаемого симистора/ управляемого диода-тиристора и неуправляемого диода/ потери мощности несколько увеличены.

Четвертая схема сложнее первой/ в нее введены новые элементы - дроссель и неуправляемый диод. Она имеет те же недостатки/ что и первая схема.

Аналогичную задачу решает схема устройства по а.с. СССР N 637031 [4, 5] . Однако это устройство сравнительно сложно/ так как содержит формирователь импульсов на двух транзисторах/ два делителя напряжения на резисторах/ что усложняет схему/ снижает надежность/ увеличивает потребляемую от сети мощность/ а следовательно/ снижает КПД.

Наиболее близкой к заявляемому является импульсный источник/ описанный в книге Булатова С.Г.и др. [6]. Он питается от сети переменного тока и содержит наибольшее число обоих существенных признаков с предлагаемым устройством. В этом источнике используются два тиристора/ обязателен блок управления со скважностью 100 и более. Сбой в работе блока управления вызывает открытие обоих тиристоров и короткое замыкание питающей сети/ что усложняет и удорожает источник и снижает его надежность.

Целью изобретения является упрощение конструкции/ улучшение массогабаритных показателей и повышение надежности маломощного источника с импульсным преобразованием энергии.

Указанная цель достигается тем/ что накопительный конденсатор заряжается от сети переменного тока в первую половину периода до амплитудного значения напряжения и автоматически разряжается на импульсный трансформатор во вторую половину периода/ что обеспечивает постоянство энергии/ запасенной в накопительном конденсаторе. Коммутация цепи осуществляется автоматически с помощью управляемого полупроводникового прибора (тиристора)/ включенного согласно-последовательно с полупроводниковым неуправляемым диодом/ падение напряжения на котором во вторую половину периода отпирает тиристор.

На фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема. Для выпрямления переменного напряжения используется диод 5. Резистор 4 ограничивает ток в цепи заряда накопительного конденсатора 6. Последовательно с конденсатором 6 включена первичная обмотка импульсного трансформатора 7. Диод 13 обеспечивает возможность колебательного разряда конденсатора 6. Последовательно с тиристором 14 включен диод 15. Для ограничения тока при подаче на диод 15 обратного напряжения во вторую половину периода включен резистор 16. Напряжение на вторичной обмотке импульсного трансформатора выпрямляется с использованием схемы утроения напряжения и высоковольтных диодов 10/ 11/ конденсаторов 8/ 12. Резистор 9 ограничивает ток короткого замыкания на выходных выводах устройства. Неоновая лампа 18 и токоограничивающий резистор 19 обеспечивают световую визуальную индикацию включения устройства в сеть переменного тока. Для уменьшения помех через сеь переменного тока использованы защитные проходные конденсаторы 3 и 17. Плавкий предохранитель 2 защищает сеть от коротких замыканий внутри устройства. Тумблер 1 служит для включения устройства в сеть переменного тока.

Работает устройство следующим образом.

При включении тумблера 1 подается напряжение и загорается неоновая лампа 18. В первую половину периода (полярность напряжения на фиг.1 показана без овалов) ток протекает через плавкий предохранитель 2/ защитный проходной конденсатор 3/ резистор 4/ неуправляемый диод 5/ конденсатор 6/ первичную обмотку импульсного трансформатора 7 и далее через проходной защитный конденсатор 17. При этом накопительный конденсатор 6 заряжается до напряжения/ близкого к 311 В/ с полярностью/ показанной на фиг.1. В это время управляемый вентиль тиристора 14 заперт и конденсатор 6 разрядиться не может. Во вторую половину периода переменного тока (полярность питающей сети указана в овалах)/ за счет падения обратного напряжения на диоде 15 в цепи/ образованной защитным проходным конденсатором 3/ плавким предохранителем 2 и тумблером 1/ управляемый вентиль-тиристор 14 отпирается/ при этом накопительный конденсатор 6 разряжается на первичную обмотку импульсного трансформатора 7. Ток сети (полярности/ указанной в овалах) протекать не может/ так как этому препятствуют вентили 5/ 15/ 14. Таким образом происходит в первый полупериод заряд накопительного конденсатора 6/ а во вторую половину периода - разряд его на первичную обмотку импульсного трансформатора/ далее процесс повторяется с частотой 50 Гц. Поскольку процесс разряда накопительного конденсатора происходит при больших значениях производной тока по времени/ то напряжение во вторичной обмотке трансформатора получается значительно больше/ чем оно было бы при подключении к первичной обмотке переменного синусоидального тока питающей сети частотой 50 Гц. Это позволяет уменьшить габаритные размеры и массу трансформатора и всего источника высокого напряжения. Для использования обратного импульса и получения "звенящего" контура использован обратный диод 13.

Для получения озона напряжение со вторичной обмотки подается непосредственно на генератор озона. Для получения ионов кислорода отрицательной полярности напряжение на вторичной обмотке трансформатора выпрямляется с использованием схемы утроения напряжения [7]. В выпрямителе использованы высоковольтные диоды 10/ 11 и высоковольтные конденсаторы 8/ 12. Резистор 9 служит для ограничения тока короткого замыкания в пределах 150...200 мкА. На выходе источника - вывод высокого напряжения - полярность отрицательная ("-"). Второй полюс ("+") представляет собой любое заземленное тело/ проводящее электрический ток.

Изменяя подводимое к устройству переменное напряжение в пределах от 100 до 260 В/ можно плавно регулировать выходное напряжение в пределах от 15 до 35 кВ (фиг.2). Изменяя емкость накопительного конденсатора 6/ можно изменять внешнюю характеристику (фиг.3). Кривая 1 для емкости конденсатора 0/25 мкФ; 2-1 мкФ; 3-2 мкФ; 4-4 мкФ; 5-6 мкФ. Наклон внешней характеристики зависит от величины значения резистора 9.

Изготовленный образец устройства имеет следующие технические характеристики: Питание от однофазной сети переменного тока частотою 50 Гц.

Напряжение питающей сети 220 В.

Потребляемая от сети активная мощность 3/5 Вт.

Напряжение холостого хода на выходе 35...40 кВ.

Ток короткого замыкания (установившийся) 150...200 мкА.

Габаритные размеры 320×200×150 мм.

Масса 4/5 кг.

В образце использованы рядовые детали электротехнической и радиотехнической промышленности: катушка зажигания от автомобиля на 12 В/ диоды Д226/ тиристор КУ 202Н/ конденсаторы МБГЧ/ селеновые диоды ВТ 18-02. Применение других малогабаритных/ но более дефицитных деталей/ например диодов КЦ 106 Б и т.д. позволит еще уменьшить габариты и массу устройства.

Формула изобретения

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С ИМПУЛЬСНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ, содержащий входные и выходные выводы для подключения соответственно питающей сети переменного тока и нагрузки, накопительный конденсатор, два вентиля, в качестве первого из которых использован тиристор, и импульсный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем анод тиристора и катод второго вентиля объединены в общую точку, один вывод первичной обмотки импульсного трансформатора соединен с анодом второго вентиля и с первым входным выводом, а вторичная обмотка импульсного трансформатора через выпрямитель соединена с выходными выводами, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, улучшения массогабаритных показателей, повышения надежности и КПД, дополнительно введены два диода и два резистора, первый из которых включен между вторым входным выводом и анодом первого диода, катод которого подключен к общей точке соединения указанных тиристора и вентиля и через накопительный конденсатор - к другому выводу первичной обмотки импульсного трансформатора, а второй резистор включен между вторым входным выводом и общей точкой соединения катода тиристора с анодом второго диода, катод которого соединен с управляющим электродом тиристора, с анодом вентиля, в качестве которого использован диод, и с первым входным выводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3