Аттенюатор тока

 

(191 (11), СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(SD 0 F 1 08

° т

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 957183 (21 ) 3408484/18-21 (22) 12.03.82 (46) 07.03.84. Бюл. 9 9 (72) В.(0.Солонин (53) 621.373(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

9 957183, кл. G 05 F 1/08, опублик. 1981. (54)(57) ATTEHIOATOP ТОКА по авт. св. 9 957183, о т .л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения его надежности и КПД,в него введены дополнительно две вторичные обмотки, выполненные на катушке индуктивности последовательного колебательного контура, при этом начало первой и конец второй вторичных обмоток соответственно соединены с управляющими входами первого и второго ключей, конец первой вторичной обмотки соединен с началом катушки индуктивности последовательного колебательного контура, а начало второй вторичной обмотки соединено с выходом второго ключа.

1078413

Нэобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для ослабления постоянного тока, проходящего через нагрузку, По основному авт.св. Р 957183 известен аттенюатор тока с повышен- 5 ным коэФфициентом полезного действия. На ключах этого устройства не рассеивается энергия в виде тепла не только, когда они открыты или закрыты, но и когда находятся в состоянии переключения (13o время переходного процесса с закрытого состояния в открытое и обратно ). Этот ттенюатор тока содержит два ключа, выходную и общую шины, импульсный генератор и последовательный колебательный контур, причем к11Ючи соединены между собой последовательно и у.правляющими входами подсоединены к выходам импульсного генератора, а колебательный контур включен меж— ду общей точкой соединения ключей и общей шиной (11.

Нэвестный импульсный генератор выполнен на активных элементах, на которых рассеивается энергия в виде тепла во время их переключения, 13o время закрытия и открытия ). Это рассеяние тем больше, чем больше выходной ток аттенюатора, так как чем больше ток, про- 30 ходящий через ключи аттенюатора, тем больший ток они потребляют от генератора. Для генератора необходим дополнительныи источник пита— ния, который также рассеивает энер- 35

1 EII0 13 виде 1 еплс3. С11едовательно этот аттанюатор тока имеет низкий

КПД, сложную схему, а значит и большие размеры, вес, стоимость, низкую надежность. 40

Цель изобретения — повышение

КПД и надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в аттенюатор тока, содержащий два ключа, выходную и общую шины, импульсный генератор и последовательный колебательный контур, причем ключи соединены между собой последовательно и управляющими входами подсоединены к выходам импульсного генератора, а колебателькый

50 контур включен между общей точкой соединения кл10чей и общей шиной, дополнительно введены две вторичные обмотки, выполненные на катушке индуктивности последовательного колебатель11ого контура, при этом начало первой и конец второй вторичных обмоток соответственно соединены с управляющими входами первого и второго ключей, конец первой вторичной 60 обмотки соединек с началом катушки индуктивкости последовательного колебательного контура, а начало второй вторичной обмотки соединено с

ВЫХОДОМ E3T GpOI Î K/11 .1а . 65

На чертеже показана схема пре,гпагаемого аттенюатора тока.

Аттенюатор тока содержит ключи 1 и 2 (найример транзисторы ), импульсный генератор 3, соединный выходами 4 и 5 с управляюцими входами ключей 1 и 2, последовательный колебательный контур б, включенный между точкой 7 соединения ключей 1 и 2

;и общей шиной 8. Аттенюатор тока имеет выход 9, к которому подключена нагрузка 10 (например, электродвигатель постоянного тока), и вход 11, подключаемый к промышленной сети посroJIIIEIoE o тока (например 220 B) или

) выходу выпрямителя. Устройство также включает вторичные обмотки 12 и 13, выполненные на индуктивности последовательного колебательного контура б, соединенные шинами 14 и 15 с управляюцими входами ключей 1 и 2. Начала обмоток обззначекь1

1Ia чертеже токами.

Лттекюатор тока работает следую щим образом.

С генератора 3 на выход 4 поступает импульс тока. Этот импульс по моцности достаточный для введения ключа 1 в насыщение, так как в начальный момент времени ток через него практически не проходит из † самоиндукции индуктивного контура 6, следовательно, требуется минимальная мощность для полного открытия ключа 1. Таким образом во время открытиА ключа 1 (13o время переходного процесса между. закрытым состоянием ключа и открытым) ток через него практически не проходит из — за самоиндукции индуктивности контура б.

Поэтому энергия в виде тепла на ключе 1 не рассеивается. Постоянное напряжение с входа 11 аттенюатора (выпрямленное напрях<екие промь1шленной сети) прикладывается к контуру б. По мере увеличения тока через ключ 1 требуется больший ток по управля10цему входу ключа 1 для удержания его в полностью открытом состоянии. Мощности генератор- 3 для этого недостаточно (с такой выходкой моцность10 выбран генератор 3).

Однако увели Iекие тока через индуктивность контура б вызывает увеличение тока индукции в обмотке 12, которыи по шине 14 поступает на управляющий вход ключа 1.

Этот ток является необходимым дополнением для удержания ключа 1 в полностью открытом состоянии при любом токе, проходящем через ключ 1. Таким образом, первый полупериод колебательного процесса тока в контуре 6 проходит от начала и до конца при полностью открытом ключе 1. Ключ 2 в течение этого полупериода полностью закрыт. Е1-о

1078413 удерживает в закрытом состоянии ЭДС, наводимая в обмотке 13.

Как только полностью зарядится конденсатор контура 6, т.е, вся энергия, запасенная в контуре 6, сосредоточится в его конденсаторе, 5 ток через ключ 1 становится равным нулю. В это время импульс на выходе 4 генератора 3 прекращается, ЭДС во всех обмотках равны нулю.

Ключ 1 полностью закрывается. Энергия в конденсаторе контура 6 сохраняется до появления импульса тока на выходе 5 генератора 3. Как только это произойдет вЂ,открывается ключ 2. Этот импульс по мощности

15 достаточный для введения ключа 2 в насыщение (в полностью открытое состояние j, так как в начальный момент времени ток через него практически не проходит из-за самоиндукции индуктивности контура 6. По

20 мере увеличения тока через ключ 2 и нагрузку 10 требуется больший ток по управляющему входу ключа 2 для удержания его в полностью открытом состоянии. Этот дополнительный ток поступает с вторичной обмотки 13. Он и обусловливает удержание ключа 2 в полностью открытом состоянии в течение всего времени, когда энергия передается с колеба- 30 тельного контура 6 в нагрузку 10.

Таким образом, второй полупеуиод колебательного процесса тока в контуре 6 проходит от начала и до конца при полностью открытом 35 ключе 2. Ключ 1 в течение этого полупериода полностью закрыт. Его удерживает в закрытом состоянии

ЭДС, наводимая в обмотке 12. После передачи энергии с контура 6 40 в нагрузку 10 ток, проходящий через ключ 2, crановится равным нулю. Ключ 2 закрывается. Далее вновь открывается ключ 1 и энергия поступает в контур 6, а затем после закрытия ключа 1 и открытия ключа 2 — в нагрузку 10. И так продолжается на протяжении всей работы аттенюатора тока. В течение всего этого времени в последовательном колебательном контуре 6 проходят вынужденные колебания тока, ведомые генератором 3. Энергия порциями, равными энергоемкости колебательного контура 6, передается с входа 11 в нагрузку 10. 55

В начальные моменты времени открытия ключей 1 и 2 вторичные обмотки 12 и 13 не создают коротких замыканий выходов 4 и 5 генератора 3 между точкой 7 и выходом 9 из-за 60 индуктивности и вносимого сопротивления со стороны контура 6. Незначительное их шунтирующее действие (не влияющее на работоспособность устройства и достижение поставленной це-65 ли) можно устранить введением разделительных вентилей в разрывы шин 14 и 15.

Энергия в виде тепла на ключах 1 и 2 не рассеивается потому, что когда каждый ключ закрыт или находится в состоянии переключения ток через него не проходит, а когда ток проходит, ключ уже полностью открыт и его сопротивление равно нулю. Когда ключ открыт или находится в состоянии переключения, ток, проходящий через него, сдерживается не сопротивлением этого ключа, а реактивными элементами колебательного контура 6.

Как известно, энергия в виде тепла. на реактивных элементах не рассеивается.

В предлагаемом аттенюаторе тока выходная мощность генератора меньше, чем в прототипе, а следовательно, и меньшая мощность рассеивается генератором в виде тепла при той же мощности, передаваемой аттенюатором тока в нагрузку, и той же рассеиваемой мощности в виде тепла ключами 1 и 2. Если у прототипа ключи потребляют всю мощность, необходимую для их открытия и удержания в открытом состоянии, от генератора, то в предлагаемом аттенюаторе тока они потребляют эту мощность в основном от вторичных обмоток, выполненных на индуктивности контура, а роль генератора сводится только к фррмированию импульсов, являющихся командами на открытие ключей, которые по мощности значительно меньше импульсов, переключающих ключи и удерживающих их в открытом состоянии.

Следовательно, в предлагаемом устройстве для управленИя ключами только часть энергии поступает с импульсного генератора, который имеет низкий КПД (рассеивает энер гию в виде тепла на своих активных элементах во время их переключения, очевидно, что это рассеяние энергии снижается при снижении выходной мощности генератора), а большая ее часть поступает с самого аттенюатора тока, имеющего более высокий

КПД, передающего энергию только через полностью открытые ключи. При этом рассеяние энергии в виде тепла на ключах 1 и 2 аттенюатора тока не увеличивается, оно практически равно нулю, Дополнительная мощность, идущая на управление ключами, проходит через эти ключи только когда они полностью открыты и их сопротивление практически равно нулю, поэтому не вызывает дополнительного нагрева ключей. Следовательно, общее рассеяние энергии в виде тепла предлагаемым аттенюатором меньше, чем

1078413

Составитель С.Маценко

Техред О.Неце Корректор О.Билак

Редактор А.Мотыль

Эаказ 963/42 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул ° Проектная, 4 прототипом, при одинаковой мощности, передаваемой в нагрузку.

В предлагаемом устройстве соединение управляющих электродов ключей с выходами генератора 3 можно осуществить, как непосредственно, так и через вторичные обмотки, выполненные на индуктивности контура 6. Так, например, для осуществления этого соединения можно выполнить дополнительно третью вторичную обмотку на индуктивности контура 6 и подключить ее к выходам генератора 3. При этом управляющие электроды ключей 1 и 2 соединены с выходами генератора 3 через трансформатор, выполненный на индуктивности контура 6, Таким образом, предлагаемое устройство упрощает генератор 3 и снижает его выходную мощность, причем без возникновения дополнительного рассеяния энергии на ключах, что упрощает весь аттенюатор тока, уменьшает его размеры, вес и стоимость, повышает КПД. В противоположность прототипу генератору .предлагаемого аттенюатора тока не нужны мощные выходные активные элементы, радиаторы для их охлаждения и допол10 нительный источник питания для защиты генератора.

Наличие вторичных обмоток в предлагаемом устройстве практически не является усложнением, так как они

15 выполняются на индуктивности контура и на столько мало увеличивают ее размеры, вес и трудоемкость изготовления, что этим увеличением можно пренебречь.