курсовая работа / Умножитель напряжения

МИНИСТЕРСТВО РФ ПО ВЫСШЕМУ И ПРОФЕССИОНАЛЬНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

КАФЕДРА УИТ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Основы патентоведения»

Заявка на выдачу патента Российской Федерации

на полезную модель

«Умножитель напряжения»

Выполнил: ст. гр. УИТ-41в

Макалова Е. И.

Принял: преп. кафедры

Бубенок В.П.

Балаково 2003

Описание полезной модели

Умножитель напряжения

Изобретение относится к электротехнике, а именно статистическим полупроводниковым преобразователям электроэнергии переменного тока в постоянный с одновременным увеличением напряжения на выходе. Схемы умножения напряжения, как самостоятельные или вспомогательные устройства, могут служить для питания радиоаппаратуры, высоковольтных испытательных установок, рентгеновских аппаратов, установок электронной технологии.

Известны одно- и двухполупериодные схемы умножения напряжения, состоящие из трансформаторов, конденсаторов и полупроводниковых диодов, включенных таким образом, что каждый из последовательно соединенных конденсаторов, с которых снимается напряжение, путем последовательной бесконтактной подзарядки с помощью соответствующего включения полупроводниковых диодов заряжается до двойного амплитудного значения напряжения вторичной обмотки трансформаторов. За счет разряда последовательно соединенных конденсаторов на выходе можно получить выпрямленное напряжение, значительно превышающее амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Известные двухполупериодные схемы умножения напряжения по сравнению с однополупериодными позволяют снизить падение напряжения в схеме и получить большее значение напряжения на выходе при том же токе нагрузки, т.е. получить большую выходную мощность. Однако в двухполупериодных схемах количество конденсаторов увеличивается на одну треть, а полупроводниковых диодов – в два раза, что значительно снижает надежность и увеличивает стоимость.

Наиболее близкими к изобретению по технической сущности является умножитель напряжения, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена с выводом от середины его витков, конденсаторы и диоды, соединенные по каскадной схеме умножения, подключенной к вторичной обмотке трансформатора.

Недостатками известного устройства являются большое количество используемых элементов (конденсаторов и диодов) и недостаточная выходная мощность.

Цель изобретения – увеличение выходной мощности и упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем, что в умножителе напряжения, содержащем трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена с выводом от середины ее витков, конденсаторы и диоды, соединенные по каскадной схеме умножения, подключенной к вторичной обмотке трансформатора, нечетные каскады схемы умножения, начиная с первого, собраны по однополупериодной, а четыре – по двухполупериодной схемам умножения.

На фиг. 1 приведена блок- схема n-каскадной смешанной схемы умножения напряжения, в которой первый и последующие нечетные каскады выполнены однополупериодным, а остальные двухполупериодными; на фигурах 2-4 – принципиальная электрическая схема соответственно блока трансформатора, блока однополупериодного каскада и блока двухполупериодного каскада схемы умножения; на фиг. 5 – принципиальная электрическая схема умножителя напряжения, в которой первый и последующие нечетные каскады выполнены однополупериодными; на фиг. 6 и 7 - графики зависимостей выходной мощности схем умножения напряжения от сопротивления нагрузки при постоянном напряжении на выходе (построение по экспериментальным данным ).

Умножитель напряжения, состоящий из n каскадов, содержит блок 1 трансформатора и блоки 2 и3 одно- и двухполупериодных каскадов. Все блоки схемы включаются последовательно путем подключения блока выхода блока трансформатора ко входу первого блока умножения, который, в свою очередь, своим выходом подключается ко входу последующего блока умножения и т.д. Выходное выпрямленное и умноженное напряжение снимается с входного вывода 4 конденсатора разрядной колонны первого каскада умножения и выходного вывода 5 конденсатора разрядной колонны n-го каскада умножения ( фиг. 5 ) .

Блок 1 трансформатора состоит из сердечника, первичной и вторичной обмоток : последняя 6 в двухполупериодных и смешанных схемах имеет вывод от средней точки, который может быть заземлен. Блок 2 однополупериодного каскада содержит два полупроводниковых диода 7 и 8 и два конденсатора 9 и 10, а блок 3 двухполупериодного каскада – четыре полупроводниковых диода 11 – 14 и три конденсатора 15 – 17.

Работа каскадов смешанной схемы умножения напряжения осуществляется аналогично работе одно- и двухпоупериодных каскадов классических схем умножения напряжения. Однако подзарядные конденсаторы 18 – 20 двухполупериодных каскадов в упрощенной части схемы заряжаются не до двойного, а до учетверенного амплитудного значения напряжения выходной обмотки трансформатора, что выжно при выборе параметров элементов схемы. Изменение направления включения диодов приводит к изменению полярности на выходе устройства.

На фиг. 6 показан график зависимости выходной мощности умножителя напряжения от сопротивления нагрузки для случая учетверения напряжения ( четное число каскадов ) двухполупериодной 21 и смешанных двухполупериодных 22 и однополупериодных 23 схем, а на фиг. 7 – для упятерения напряжения ( нечетное число каскадов ) двухполупериодной 24 и смешанных схем с первым и последующими нечетными каскадами, выполненными двухполупериодными 25 и однополупериодными 26.

Применение предлагаемого умножителя напряжения с чередованием одно- и двухполупериодных каскадов по сравнению с двухполупериодной схемой позволяет уменьшить количество входящих элементов ( конденсаторов в 1,20 – 1,29 раза, полупроводниковых диодов в 1,33 – 1,50 раза ), упростить схему, увеличить выходную мощность и повысить надежность схемы.

2

3

2

3

n

1

5

4

Фиг. 1. Блок-схема n-каскадной смешанной схемы умножения напряжения.

Формула полезной модели.

Умножитель напряжения, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена с выводом от середины его витков, конденсаторы и диоды, соединенные по каскадной схеме умножения, подключенной к вторичной обмотке трансформатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения выходной мощности и упрощения его, нечетные каскады схемы умножения, начиная с первого, собраны по однополупериодной, а четные – по двухполупериодной схеме умножения.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Гольдина Р.А. и др. Высоковольтные выпрямители малой мощности . М., « Энергия », 1976, с. 14 – 17, 152.

2. Китаев Г.И. Применение схем умножения в высоковольтных установках. – « Известия ВУЗов. Энергетика », 1960, № 10, с. 32 – 39 .

1

6

Фиг.2. Принципиальная электрическая схема блока трансформатора.

2

Фиг.3 .Принципиальная электрическая схема блока трансформатора.

Фиг. 4 . Принципиальная электрическая схема блока двухполупериодного каскада