ИНДУКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО С ИЗМЕНЯЕМОЙ ВЕЛИЧИНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ Российский патент 2010 года по МПК H01F21/12 

Предлагаемое устройство относится к радиотехнике и может быть использовано в цепях с изменяемой величиной индуктивности, в частности в антенных контурах выходных каскадов мощных радиопередающих устройств, подключенных к высокодобротным антеннам СДВ-ДВ диапазонов при передаче широкополосных сигналов с фазовой и частотной модуляцией.

Известны индукционные устройства с изменяемой величиной индуктивности, например так называемый «Управитель частоты на ферритах» - [1] Л.А.Белов и др. Радиопередающие устройства. Издательство «Радио и связь» 1982 г., содержащий катушку индуктивности, выполненную на ферромагнитном сердечнике и обмотку подмагничивания сердечника, подключаемую к источнику постоянного тока. В зависимости от величины тока подмагничивания в обмотке подмагничивания изменяется величина индуктивности индукционного устройства в целом.

Основной недостаток этого известного устройства [1] - большая инерционность при изменении величины индуктивности.

Кроме того, применение такого устройства в цепях с большими токами, например в антенных контурах выходных каскадах мощных радиопередатчиков, приводит к значительным потерям в ферритовом сердечнике и, как следствие, к уменьшению к.п.д. устройства и искажению формы излучаемых сигналов, что в ряде случаев недопустимо.

Кроме того, для изменения параметров индуктивности (для создания тока подмагничивания сердечника) требуется дополнительный источник постоянного тока значительной мощности.

Известно индукционное устройство с изменяемой величиной индуктивности [2] (а.с. №259236), применяемое для коммутации переменного тока путем дискретного изменения его индуктивности. Оно содержит трансформатор (переходной), первичная обмотка которого включена в соответствующую коммутируемую цепь, а к вторичной обмотке подключен бесконтактный полупроводниковый коммутатор. При этом коммутатор содержит мостовой выпрямитель, в одну из диагоналей которого включен коммутирующий узел - транзистор и схема его управления, а другая диагональ моста подключена к вторичной обмотке переходного трансформатора. При запирании или отпирании транзистора замыкаются либо размыкаются выводы вторичной обмотки переходного трансформатора. И его первичная обмотка в электрическом плане либо закорачивается, и ее индуктивность не влияет на параметры коммутируемой цепи, либо индуктивность коммутируемой обмотки полностью включается в коммутируемую цепь.

Устройство [2] принято за прототип заявляемого изобретения.

Вместе с тем, устройство [2] имеет следующие недостатки:

- в связи с тем, что коммутируемой катушкой индуктивности в устройстве [2] является первичная обмотка переходного трансформатора, в ней протекают токи коммутируемой цепи полной величины. В сердечнике трансформатора, в его вторичной обмотке, а также в элементах управляющей цепи, связанной с вторичной обмоткой, теряется значительная часть мощности, ухудшая к.п.д. устройства в целом;

- коммутируемая и управляющая цепи недостаточно разъединены между собой, в связи с чем в коммутируемой цепи (в антенном контуре, в том числе в антенне) протекают токи, возбуждаемые элементами цепи управления, искажающие рабочие токи коммутируемой цепи (рабочие токи антенны).

Целью изобретения является устранение перечисленных недостатков, обеспечение более полного разъединения коммутируемой цепи от цепи управления коммутацией, повышение к.п.д. устройства за счет снижения вносимого сопротивления и уменьшение искажений рабочего тока в коммутируемой цепи при сохранении максимально высокой скорости его коммутации.

Поставленная цель достигается тем, что индукционное устройство с изменяемой величиной индуктивности, содержащее катушку индуктивности, выполненную с возможностью дискретного изменения величины ее индуктивности, а также переходной трансформатор и электронный транзисторный ключ, дополнительно снабжено катушкой индуктивности, выполненной в виде первичной обмотки указанного переходного трансформатора, при этом указанная коммутируемая катушка индуктивности выполнена в виде функционально обособленного элемента, включенного непосредственно в коммутируемую цепь, а силовыми коммутируемыми электродами электронный транзисторный ключ подключен к выводам вторичной обмотки указанного переходного трансформатора.

Новизна изобретения заключается и в том, что вторичная обмотка переходного трансформатора выполнена со средней точкой, к крайним выводам которой подключены полупроводниковые диоды, вторые выводы которых объединены, и между ними и средним выводом вторичной обмотки включены силовые коммутируемые электроды электронного транзисторного ключа.

Отличием заявляемого изобретения является и то, что проводник вторичной обмотки переходного трансформатора выполнен в виде объемного витка со средней точкой.

Новым является также и то, что величина индуктивности первичной обмотки трансформатора выбрана больше величины коммутируемой индуктивности.

Такое выполнение коммутируемой индуктивности с подключенным к вторичной обмотке электронным ключом позволяет производить изменение параметров коммутируемой катушки индуктивности и в целом антенного контура с высокодобротной антенной (вертикального типа в диапазоне ДВ-СВ, имеющей емкостной характер). При этом уменьшается влияние переходных процессов управляющей цепи на рабочие информационные токи коммутируемой цепи (антенного контура); уменьшаются потери энергии - повышается к.п.д. устройства. Применение понижающего трансформатора с более высоким коэффициентом трансформации снижает напряжение на элементах цепи управления (коммутирующих транзисторах, диодах), повышает их надежность - исключая их выход из строя в закрытом состоянии.

На чертеже изображена упрощенная функциональная схема заявляемого устройства.

На этой схеме приведены следующие обозначения:

1 - коммутируемая индуктивность;

2 - переходной трансформатор;

3 - двойной объемный виток вторичной обмотки трансформатора 2 со средним выводом - «а» и крайними выводами - «б», «в»;

4 - первичная многовитковая обмотка трансформатора 2;

5 - электронный транзисторный ключ;

6-1 и 6-2: полупроводниковые диоды.

Согласно чертежу катушка 1 индуктивности выполнена коммутируемой (с возможностью изменения величины своей индуктивности дискретно в процессе ее коммутации). Электронный транзисторный ключ 5 выполнен нормально разомкнутым. В разомкнутом состоянии (при закрытых транзисторах) ключа 5 индуктивность катушки 1 полностью включена в коммутируемую цепь (в цепь антенного контура). В другом, открытом состоянии транзисторов ключа 5, индуктивность катушки 1 уменьшается практически до нуля и полностью исключается из коммутируемой цепи (из цепи антенного контура).

Коммутируемая катушка 1 индуктивности выполнена отдельным электромагнитным обособленным элементом. Она включена в коммутируемую цепь непосредственно и не имеет прямого воздействия на другие элементы этого устройства. Параллельно коммутируемой катушке 1 индуктивности подключена первичная обмотка 4 переходного трансформатора 2. Первичная обмотка 4 трансформатора 2 выполнена по величине индуктивности, превышающей (практически в десять раз) величину индуктивности коммутируемой катушки 1.

Вторичная обмотка 3 переходного трансформатора 2 выполнена со средней точкой (вывод «а»). При этом проводник вторичной обмотки 3 выполнен в виде объемного двойного витка со средней точкой (вывод «а»), охватывающего сердечник трансформатора 2 с намотанной на него многовитковой первичной обмоткой 4.

К выводам вторичной обмотки 3 переходного трансформатора 2 подключен электронный нормально разомкнутый транзисторный ключ (коммутатор) 5. Ключ 5, в частных вариантах, может быть выполнен на одиночном транзисторе либо группы транзисторов, параллельно соединенных между собой для работы с сигналами повышенной мощности. Коммутатор (транзистор) 5 включен между средней точкой (выводом «а») вторичной обмотки 3 переходного трансформатора 2 и общей точкой двух соединенных между собой диодов 6-1 и 6-2. Другими выводами диоды 6-1 и 6-2 подключены к выводам «б», «в» вторичной обмотки 3. Диоды 6-1 и 6-2 в частном случае могут быть выполнены в виде групп, с параллельным соединением между собой для работы с сигналами повышенной мощности.

Работа заявляемого изобретения.

В исходном состоянии электронный ключ 5 находится в закрытом состоянии (нормально разомкнут). Коммутируемая индуктивность 1 не шунтируется первичной обмоткой 4 переходного трансформатора 2 и полностью включена в антенный контур.

При подаче на управляющий вход транзистора ключа 5 открывающего импульса (устройство формирования управляющего импульса на схеме не показано и материалами настоящего изобретения не защищается) транзистор ключа 5 переходит в открытое состояние. В этом положении транзистор ключа 5 в электрическом плане закорачивает вторичную обмотку 3 переходного трансформатора 2. Трансформатор 2 переходит в режим короткого замыкания, замыкая тем самым его первичную обмотку 4. Закороченная первичная обмотка 4 переходного трансформатора 2 закорачивает и подключенную к ней коммутируемую катушку 1 индуктивности. В результате индуктивность коммутируемой катушки 1 становится нулевой. При этом изменяются параметры коммутируемой цепи (антенного контура) в целом. В этом открытом положении ключа 5 антенный контур вместе с подключенной к нему нагрузкой перестраивается на другую повышенную частоту.

При поступлении новых управляющих импульсов процесс перестройки антенного контура на соответствующие частоты повторяется.

Таким образом, токи, протекающие в коммутируемой цепи (в цепи антенного контура) создают на выводах коммутируемой катушки 1 индуктивности э.д.с. Эта э.д.с. прикладывается к выводам первичной обмотки 4 переходного трансформатора 2. Наводит в ней (в первичной обмотке 4) соответствующие токи. А они (токи первичной обмотки 4) наводят э.д.с. на выводах вторичной обмотки 3. Эта э.д.с. на выводах вторичной обмотки 3 переходного трансформатора 2 прикладывается к элементам управляющей цепи. При этом переходной трансформатор 2 (его первичная обмотка 4) является не нагруженным на полную величину рабочих (силовых) токов коммутируемой цепи. А лишь на ту их часть, которая получается от э.д.с, возникающей на выводах коммутируемой катушки 1 индуктивности.

В результате, по сравнению с прототипом, уменьшаются потери энергии на переходном трансформаторе 2 и в подключенной к нему управляющей цепи. Величина напряжения на элементах в управляющей цепи заявляемого изобретения становится тоже меньшей, чем в управляющей цепи у прототипа. А также напряжение на выводах вторичной обмотки 3 выходного трансформатора 2 становится меньшим у заявленного изобретения по сравнению с прототипом и за счет более высокого значения коэффициента трансформации переходного трансформатора 2 (с объемным витком во вторичной обмотке 3). Что повышает по сравнению с прототипом надежность работы используемых в ней элементов, исключается вероятность их электрического пробоя. Кроме того, использование в заявляемом изобретении во вторичной обмотке 3 объемного витка позволяет производить коммутацию обмотки с меньшими, чем у прототипа значениями индуктивности этой вторичной обмотки 3 и с меньшим, чем у прототипа активным сопротивлением (с минимальным сопротивлением объемного проводника). Это, в свою очередь, уменьшает и величину самоиндукции вторичной обмотки 3 и уменьшает по сравнению с прототипом и величину токов переходных процессов.

Токи переходных процессов коммутации в управляющей цепи, трансформируясь в первичную обмотку 4 переходного трансформатора 2, замыкаются по подключенной к ней коммутируемой катушке 1 индуктивности и не воздействуют (как это происходит в прототипе) на рабочие токи коммутируемой цепи. Через нагрузку, включенную в цепь контура, токи переходных процессов в заявляемом изобретении не протекают и не искажают по сравнению с прототипом форму и другие параметры сигнала, излучаемого антенной.

Источники информации:

1. Л.А.Белов и др. Радиопередающие устройства. Издательство «Радио и связь», 1982 г., стр.331, рис.22.5.

2. А.С. №259236, МКИ Н03К 17/61, прототип.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для дискретного изменения индуктивности в цепях переменного тока большой величины, в частности в антенных контурах выходных каскадов мощных радиопередающих устройств, подключенных к высокодобротным антеннам СДВ-ДВ диапазонов при передаче широкополосных сигналов с фазовой и частотной модуляцией. Технический результат состоит в повышении к.п.д., обеспечении перестройки антенных контуров мощных радиопередатчиков без искажения формы излучаемого сигнала в широкой полосе частот при работе на антенно-фидерные устройства с емкостным характером входного сопротивления. Устройство содержит коммутируемую катушку индуктивности, переходной трансформатор и электронный транзисторный ключ. Дополнительная катушка индуктивности выполнена в виде первичной обмотки указанного переходного трансформатора, а коммутируемая катушка индуктивности - в виде функционально обособленного элемента, включенного непосредственно в коммутируемую цепь. Силовыми коммутируемыми электродами электронный транзисторный ключ подключен к выводам вторичной обмотки указанного переходного трансформатора, выполненной проводником в виде объемного витка со средней точкой. К крайним выводам вторичной обмотки подключены полупроводниковые диоды. Их вторые выводы объединены. Между ними и средним выводом вторичной обмотки включены силовые коммутируемые электроды электронного транзисторного ключа. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Индукционное устройство с изменяемой величиной индуктивности, содержащее катушку индуктивности, выполненную с возможностью дискретного изменения величины ее индуктивности, а также переходной трансформатор и электронный транзисторный ключ, отличающееся тем, что дополнительно снабжено катушкой индуктивности, выполненной в виде первичной обмотки указанного переходного трансформатора, при этом указанная коммутируемая катушка индуктивности выполнена в виде функционально обособленного элемента, включенного непосредственно в коммутируемую цепь, а силовыми коммутируемыми электродами электронный транзисторный ключ подключен к выводам вторичной обмотки указанного переходного трансформатора.

2. Индукционное устройство по п.1, отличающееся тем, что вторичная обмотка переходного трансформатора выполнена со средней точкой, к крайним выводам которой подключены полупроводниковые диоды, вторые выводы которых объединены, и между ними и средним выводом вторичной обмотки включены силовые коммутируемые электроды электронного транзисторного ключа.

3. Индукционное устройство по п.2, отличающееся тем, что проводник вторичной обмотки переходного трансформатора выполнен в виде объемного витка со средней точкой.

4. Индукционное устройство по п.3, отличающееся тем, что величина индуктивности первичной обмотки трансформатора выбрана больше величины коммутируемой индуктивности.