устройство индукционной герметизации с автоматическим конфигурированием для использования в производстве упаковок для жидких пищевых продуктов

Формула изобретения

1. Устройство (10) индукционной герметизации для использования в производстве упаковок для жидких пищевых продуктов из трубки (2) из герметизирующего при нагреве упаковочного материала (3), причем указанное устройство (10) индукционной герметизации включает в себя:

источник (12) сигнала, выполненный с возможностью генерировать сигнал (S( )) переменной энергии;

индуктор (13), соединенный с указанным источником (12) сигнала, чтобы принимать указанный сигнал (S( )) переменной энергии, и действующий, чтобы индуцировать электрический ток в листе упаковочного материала (3), чтобы с помощью нагрева герметизировать лист упаковочного материала (3); и

цепь (11') согласования полных сопротивлений, подключенную между указанным источником (12) сигнала и указанным индуктором (13);

причем цепь (11') согласования полных сопротивлений содержит:

пару входных клемм (11.1, 11.2), выполненных с возможностью приема, при использовании, указанного сигнала переменной энергии;

первую линию (23) и вторую линию (24), соединенные соответственно с указанными входными клеммами (11.1, 11.2) указанной цепи (11') согласования полных сопротивлений;

ступень (21) переменной емкости, содержащую, по меньшей мере, один емкостной блок (21.1-21.4), подключенный между указанными первой и второй линиями (23, 24) и содержащий емкостной элемент (С1-С4) и управляемый переключатель (SW1-SW4), последовательно соединенные друг с другом; причем указанный управляемый переключатель (SW1-SW4), выборочно действующий для подключения упомянутого емкостного элемента (С1-С4) между указанными первой и второй линиями (23, 24); и регулирующая ступень (22), выполненная с возможностью управления рабочим состоянием указанного управляемого переключателя (SW1-SW4);

отличающееся тем, что указанный управляемый переключатель (SW1-SW4) содержит:

пару входных клемм (SWa, SWb), выполненных с возможностью приема, при использовании, сигнала управления от указанной регулирующей ступени (22); при этом одна (SWb) из указанных входных клемм (SWa, SWb) подключена к указанной второй линии (24); и

единственный двухходовой контролируемый переключающий элемент (IGBT), имеющий первую токопроводящую клемму, подключенную к упомянутой первой линии (23) через указанный емкостной элемент (С1-С4); вторую токопроводящую клемму, подключенную к указанной второй линии (24); и клемму управления, соединенную с указанными входными клеммами (SWa, SWb) управляемого переключателя (SW1-SW4) для приема сигнала управления от упомянутой регулирующей ступени (22).

2. Устройство (10) индукционной герметизации по п.1, в котором указанная ступень (21) переменной емкости включает в себя некоторое количество указанных емкостных блоков (21.1-21.4), включенных параллельно между указанными первой и второй линиями (23, 24).

3. Устройство (10) индукционной герметизации по п.1, дополнительно содержащее:

ступень (26) постоянной емкости, включающую в себя, по меньшей мере, один емкостной элемент, подключенный между указанными первой и второй линиями (23, 24).

4. Устройство (10) индукционной герметизации по п.1, в котором указанный двухходовый контролируемый переключающий элемент содержит мощный транзистор (IGBT) и диод (D), соединенный параллельно с мощным транзистором (IGBT).

5. Устройство (10) индукционной герметизации по п.4, в котором указанный мощный транзистор является биполярным транзистором с изолированным затвором (IGBT).

6. Устройство (10) индукционной герметизации по п.1, в котором указанный управляемый переключатель (SW1-SW4) дополнительно содержит:

блок (27) смещения и фильтрации, подключенный между указанной парой входных клемм (SWa, SWb) указанного управляемого переключателя (SW1-SW4) и указанным двухходовым контролируемым переключающим элементом (IGBT).

7. Устройство (10) индукционной герметизации по п.6, в котором указанный блок (27) смещения и фильтрации содержит резистор (R) и диод (Z) Зенера, включенные последовательно между указанными входными клеммами (SWa, SWb) указанного управляемого переключателя (SW1-SW4); и фильтрующую схему (F), включенную параллельно с указанным диодом (Z) Зенера; диод (Z) Зенера, имеющий катод, соединенный с указанной первой входной клеммой (SWb) указанного управляемого переключателя (SW1-SW4) через указанный резистор (R), и анод, соединенный со второй входной клеммой (SWa) указанного управляемого переключателя (SW1-SW4); промежуточный узел между указанным резистором (R) и указанным диодом (Z) Зенера, соединенный с указанной клеммой управления соответствующего управляемого переключателя (SW1-SW4).

8. Устройство (10) индукционной герметизации по п.1, в котором указанная регулирующая ступень (22) выполнена с возможностью:

измерения величины, указывающей согласование полного сопротивления указанного источника (12) сигнала;

сравнения упомянутой величины с некоторым количеством пороговых значений, указывающих соответствующую степень согласования полного сопротивления; и

управления рабочим состоянием управляемых переключателей (SW1-SW4) указанной ступени (21) переменной емкости для изменения емкости указанной ступени (21) переменной емкости на первую величину, когда указанная величина находится в пределах первого диапазона, определяемого первым и вторым пороговыми значениями (PNL, PPL); и управления рабочим состоянием управляемых переключателей (SW1-SW4) указанной ступени (21) переменной емкости для изменения емкости указанной ступени (21) переменной емкости на вторую величину, большую, чем первая величина, когда указанная величина находится вне указанного первого диапазона.

9. Устройство (10) индукционной герметизации по п.8, в котором измерение величины, указывающей согласование полного сопротивления указанного источника (12) сигнала, содержит:

измерение фазового угла между напряжением и током, подаваемыми указанным источником (12) сигнала.

10. Устройство (10) индукционной герметизации по п.8, в котором указанная вторая величина в два раза больше указанной первой величины.

11. Устройство (10) индукционной герметизации по п.8, в котором емкость указанной ступени (21) переменной емкости изменяется на указанную первую величину, когда указанная величина находится в пределах указанного первого диапазона и также вне второго диапазона, определяемого третьим и четвертым пороговыми значениями (PNS, PPS).

12. Упаковочная машина (1) для непрерывного производства герметичных упаковок (7) для жидких пищевых продуктов из трубки (2) из герметизирующего при нагреве упаковочного материала, при этом указанная упаковочная машина (1) содержит устройство (10) индукционной герметизации по любому из предыдущих пунктов.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится, в основном, к индукционной герметизации для использования в производстве упаковок для жидких пищевых продуктов путем поперечной герметизации трубки листового упаковочного материала, постоянно заполняемой жидким продуктом. В частности, данное изобретение относится к усовершенствованной цепи согласования полных сопротивлений для использования в устройстве индукционной герметизации с автоматическим регулированием для изменения фазы тока и напряжения и, таким образом, оптимизирования подачи энергии на индуктор в течение процесса герметизации.

Уровень техники

Как известно, многие жидкие пищевые продукты (например, фруктовый или овощной сок, пастеризованное молоко или молоко УВТ (ультравысокой температурной обработки), вино и т.д.) продаются в упаковках, сделанных из стерилизованного упаковочного материала.

Типичным примером такого типа упаковки служит упаковка в форме параллелепипеда для жидких пищевых продуктов, известная как Tetra Brik Aseptic®, которую делают путем загибания и герметизации многослойного полосового упаковочного материала.

Многослойный упаковочный материал содержит слои волокнистого материала, например, бумаги, покрытой с обеих сторон герметизирующим при нагреве пластичным материалом, например, полиэтиленом. В случае стерильных упаковок для продуктов длительного хранения, таких как молоко УВТ, сторона упаковочного материала, которая в итоге соприкасается с пищевым продуктом внутри упаковки, также имеет слой материала, защищающего от кислорода, например, алюминиевая фольга или пленка этилен-винилового спирта, который, в свою очередь, покрыт одним или более слоями герметизирующего при нагреве пластичного материала.

Как известно, упаковки такого типа производятся на полностью автоматизированных упаковочных машинах, принадлежащих к типу, показанному на фиг.1, где непрерывная вертикальная трубка 2 формируется из ленты 3 упаковочного материала. Лента стерилизуется в упаковочной машине 1, например, с применением стерилизующего агента, такого как перекись водорода, который затем удаляется, например, испарением при нагревании с поверхностей упаковочного материала; и стерилизованная лента 3 находится в закрытом, стерильном пространстве и загибается и герметизируется в продольном направлении в форме трубки 2.

Трубка 2 затем наполняется сверху вниз стерилизованным или стерильно произведенным жидким пищевым продуктом с помощью наполняющей трубы 4, проходящей внутри трубки 2 и снабженной регулирующим поток электромагнитным вентилем 5, и подается известными устройствами вдоль вертикального направления А к секции 6 формирования, где ее зажимают вдоль одинаково расположенных поперечных сечений двумя парами зажимов. В частности, пары зажимов воздействуют циклически и последовательно на трубку 2 и герметизируют упаковочный материал трубки 2 в форме непрерывной ленты упаковок 7 в форме подушек, соединенных друг с другом поперечными герметизирующими полосками.

Упаковки 7 в форме подушек отделяются друг от друга путем разрезания соответствующих полосок герметизации и подаются к загибающей секции, где их механически загибают в конечную форму параллелепипеда.

В случае стерильных упаковок со слоем алюминия в качестве защищающего материала трубка обычно герметизируется вдоль и поперек с помощью устройства индукционной герметизации, которое индуцирует паразитный электрический ток в слое алюминия, который локально плавит герметизирующий при нагреве пластичный материал. В частности, для поперечной герметизации один из зажимов в каждой паре состоит из корпуса, сделанного из непроводящего материала, и индуктора, помещенного в переднюю часть корпуса; а остальные зажимы оборудованы прижимными подкладками, сделанными из пластичного материала, такого как резина.

Когда соответствующая пара зажимов сжимает трубку, индуктору подается энергия, чтобы герметизировать трубку в поперечном сечении путем тепловой герметизации покрывающим пластичным материалом. Когда на индуктор подается энергия, он генерирует пульсирующее магнитное поле, которое, в свою очередь, создает паразитный электрический ток в листе алюминия в упаковочном материале, из которого делается вертикальная трубка, таким образом локально расплавляя герметизирующий при нагреве покрывающий материал.

В частности, в дополнение к индуктору, устройство индукционной герметизации также содержит источник сигнала, подающий постоянный или пульсирующий сигнал переменной энергии; и вставляется цепь согласования полных сопротивлений, чтобы оптимизировать передачу энергии между источником сигнала и индуктором. В частности, цепь согласования полных сопротивлений конфигурируется так, чтобы исключить или минимизировать разность (угол) фаз, вызванную реактивным сопротивлением индуктора, между напряжением и током, подающимися источником сигнала и, таким образом, минимизировать реактивную энергию, подающуюся источником сигнала, и максимально увеличить активную энергию.

Удобно, чтобы сигнал переменной энергии содержал синусоидальное напряжение с частотой примерно 535 кГц и максимальной амплитудой порядка нескольких сотен вольт, обычно 540 В. И источник сигнала подает максимальную энергию порядка 2500 Ватт, когда разность фаз между током и напряжением (оба измеряются на выходе) близка к нулю.

Известными цепями согласования обычно являются цепи индуктивно-емкостного типа, в которых емкостной элемент переменной емкости, обычно определяемый числом параллельно соединенных конденсаторов, параллельно соединен с индуктивным элементом, обычно определяемым трансформатором. Общая емкость емкостного элемента и индуктивность индуктивного элемента выбираются таким образом, чтобы изменить фазы выходного тока и напряжения с источника, т.е. чтобы получить близкую к нулю разность фаз между током и напряжением.

Так как разность фаз зависит от электрической нагрузки, соединенной с источником, и электрическая нагрузка зависит от условий работы упаковочной машины, таких как объем производимых упаковок, тип используемого индуктора, производственной мощности и скорости упаковочной машины и т.д., разность фаз в реальном времени меняют в соответствии с изменениями в электрической нагрузке путем соответствующего воздействия на цепь согласования полных сопротивлений. В частности, при производстве упаковок регулирующая ступень, которая может быть удобно интегрирована в источник, измеряет известным способом, не описанным подробно, электрические параметры, такие как фазовый угол между напряжением и током с источника сигнала, и/или полное сопротивление, «видимое» источником сигнала, т.е. полное входное сопротивление цепи согласования полных сопротивлений, и определяет общую емкость, требуемую от цепи согласования полных сопротивлений для исключения или минимизации фазового угла между током и напряжением источника. После чего регулирующая ступень генерирует и подает к цепи согласования полных сопротивлений сигнал управления, чтобы изменить конфигурацию параллельного соединения конденсаторов и, таким образом, регулировать емкость, которую «видит» источник сигнала.

Известное устройство индукционной герметизации описано, например, в европейском патенте того же заявителя EP-B1-1620249, и схема его цепи показана в виде ссылки на фиг.2, на которой ссылочная позиция 10 обозначает устройство индукционной герметизации в целом, позиция 11 обозначает цепь согласования полных сопротивлений, позиция 12 обозначает источник сигнала и позиция 13 обозначает индуктор.

В частности, цепь 11 согласования полных сопротивлений содержит:

две входные клеммы 11.1, 11.2, к которым подключен источник 12 сигнала при использовании и на которые подается сигнал S( ) переменной энергии, подающийся источником сигнала;

две выходные клеммы 11.3, 11.4, к которым подключен индуктор 13 при использовании;

первую и вторую линии 23, 24, соединенные с соответствующими входными клеммами 11.1, 11.2 цепи 11 согласования полных сопротивлений;

ступень 26 постоянной емкости, изображенную схематически на фиг.2 эквивалентным конденсатором C_eq, подключенным между первой линией 23 и второй линией 24;

ступень 21 переменной емкости, определяемую числом - в показанном примере равным четырем - емкостных блоков 21.1, 21.2, 21.3, 21.4, параллельно подключенных между первой линией 23 и второй линией 24, и каждый из них содержит конденсатор C1, C2, C3, C4 и управляемый переключатель SW1, SW2, SW3, SW4, соединенные последовательно; каждый управляемый переключатель выборочно отдельно активируется, чтобы подключить соответствующий конденсатор между первой и второй линиями 23, 24;

трансформатор 25, имеющий первичною обмотку 25.1, подключенную между первой линией 23 и второй линией 24, и вторичную обмотку 25.2, подключенную к выходным клеммам 11.3, 11.4; и

регулирующую ступень 22 для регулирования рабочего состояния (вкл/выкл) переключателей SW1-SW4, которая также сконфигурирована, чтобы измерять известным способом, не описанным подробно, фазовый угол между напряжением и током, подающимися источником 12 сигнала, определять конечную емкость, требуемую от цепи 11 согласования полных сопротивлений, чтобы исключить или минимизировать фазовый угол между током и напряжением и чтобы генерировать и обеспечивать переключатель SW1-SW4 соответствующими сигналами управления, чтобы изменять конфигурацию подключений конденсаторов C1-C4 между первой и второй линиями и, таким образом, подстраивать емкость ступени 21 переменной емкости и, следовательно, эквивалентную емкость, которую «видит» источник 12 сигнала.

Более подробная электрическая схема цепи 11 согласования полных сопротивлений изображена на фиг.3, на которой показаны только части, необходимые для полного понимания данного изобретения, и на которой составляющие части, относящиеся к аналогичным частям цепи согласования полных сопротивлений фиг.2, обозначены, используя те же ссылочные позиции.

В частности, на фиг.3 в цепи 11 согласования полных сопротивлений:

входные клеммы 11.1, 11.2 определяются четырьмя парами клемм, одна пара из которых соединена, при использовании, с источником 12 сигнала (не показан), а другая пара из них соединена, при использовании, с соответствующей парой промежуточных гнезд первичной обмотки 25.1 трансформатора 25 (не показан), чтобы получать определенный коэффициент трансформации;

в ступени 26 постоянной емкости эквивалентный конденсатор C_eq фиг.2 определяется тремя конденсаторами C5, C6, C7;

в ступени 21 переменной емкости каждый управляемый переключатель SW1-SW4 содержит:

пару входных клемм SWa, SWb, к которым соответствующий сигнал управления подается регулирующей ступенью 22, при использовании;

пару мощных транзисторов - в показанном примере биполярных транзисторов с изолированным затвором - IGBT1, IGBT2, имеющих выводы затвора, соединенные друг с другом, выводы эмиттера, соединенные друг с другом, и выводы коллектора, подключенные один к первой линии 23 и другой ко второй линии 24 через соответствующие конденсаторы C1-C4; каждый мощный транзистор также имеет соответствующие шунтирующие диоды D1, D2 (freewheeling diodes), соединенные параллельно с мощным транзистором, причем анод соединен с выводом эмиттера, а катод соединен с выводом коллектора; и

блок 27 смещения и фильтрации, расположенный между входными клеммами SWa, SWb управляемых переключателей SW1-SW4 и двумя мощными транзисторами и определенный резистором R и диодом Z Зенера, включенными последовательно между входными клеммами SWa, SWb управляемых переключателей SW1-SW4 и фильтрующей схемой F параллельного RC типа, включенной параллельно с диодом Z Зенера. В частности, у диода Z Зенера катод соединен с первой входной клеммой SWa управляемых переключателей SW1-SW4 через резистор R, а анод соединен со второй входной клеммой SWb управляемых переключателей SW1-SW4. Вторая входная клемма SWb управляемых переключателей SW1-SW4, в свою очередь, соединена с выводами эмиттеров транзисторов IGBT1, IGBT2 управляемых переключателей SW1-SW4, и промежуточный узел между резистором R и диодом Z Зенера соединен с выводами затворов транзисторов IGBT1, IGBT2 управляемых переключателей SW1-SW4.

В процессе производства упаковок регулирующая ступень 22 измеряет фазовый угол между напряжением и током с источника 12 сигнала, определяя общую емкость, требуемую от цепи 11 согласования полных сопротивлений, чтобы устранить или минимизировать фазовый угол, и затем генерирует соответствующие сигналы управления для емкостных блоков 21.1-21.4, чтобы получать вкл/выкл конфигурацию транзисторов IGBT1, IGBT2 и, следовательно, конфигурацию параллельного соединения конденсаторов C1-C4 ступени 21 переменной емкости, которая изменяет общую емкость, которую «видит» источник 12 сигнала, на величину, такую, чтобы исключить фазовый угол между напряжением и током, подаваемыми источником 12 сигнала.

Кроме того, за период сигнала переменной энергии конденсаторы C1-C4 ступени 21 переменной емкости, которые выборочно подключаются между первой и второй линиями 23, 24 параллельно с конденсаторами С5-С7 ступени 26 постоянной емкости, каждый обеспечен током, который течет через соответствующий транзистор IGBT1 и шунтирующий диод D2 соответствующего транзистора IGBT2 при положительной половине волны сигнала переменной мощности и через соответствующий транзистор IGBT2 и шунтирующий диод D1 соответствующего транзистора IGBT1 при отрицательной половине волны сигнала переменной энергии.

Сущность изобретения

Хотя она и широко применяется, цепь согласования полных сопротивлений фиг.3 имеет, по мнению заявителя, несколько недостатков, которые мешают получать выгоду от многих преимуществ цепи.

В частности, заявитель заметил, что, учитывая структуру цепи согласования полных сопротивлений - в частности, того факта, что выводы эмиттеров транзисторов IGBT1, IGBT2 соединены с входными клеммами соответствующего управляемого переключателя, к которому подаются регулируемые сигналы, генерируемые регулирующей ступенью, - электрические потенциалы выводов эмиттеров также зависят, среди прочего, от сигналов управления, генерируемых регулирующей ступенью и, таким образом, изменяются по отношению к первой и второй линиям, между которыми подается сигнал переменной энергии. В результате сигналы управления, подающиеся регулирующей ступенью на управляемые переключатели SW1-SW4, должны обязательно генерироваться на дополнительной электрической плате, отделенной и электрически изолированной от платы, на которой установлены компоненты цепи согласования полных сопротивлений, и содержащей преобразователь постоянного тока в постоянный ток, обеспечиваемый управляющим напряжением в 24 В с изоляцией на 1 кВ, т.е. управляющее напряжение может быть максимально равным 1 кВ по отношению к сигналу переменной энергии.

Тесты, проведенные заявителем, также выявили проблемы, связанные с электромагнитной совместимостью, вызванные процессом возмущения электромагнитных полей электрических плат, расположенных в непосредственной близости от платы цепи согласования полных сопротивлений.

Заявитель также заметил значительное поглощение электрического тока и, следовательно, теплоотдачу в связи с эффектом Джоуля, в основном вызванную довольно большой емкостью конденсаторов ступени постоянной емкости и рассеянием мощности в проводящих транзисторах IGBT.

Наконец, заявитель заметил определенную инертность при переключении цепи согласования полных сопротивлений из конфигурации с большей в конфигурацию с меньшей емкостью, и что это, в основном, происходит из-за медлительности, с которой преобразователь постоянного тока в постоянный ток регулирующей ступени выключает управляемые переключатели ступени переменной емкости.

Объектом данного изобретения является предоставление устройства индукционной герметизации, сделанного так, чтобы исключить вышеупомянутые недостатки известных устройств.

В соответствии с данным изобретением предоставляется устройство индукционной герметизации для использования в производстве упаковок для жидких пищевых продуктов путем поперечной герметизации трубки из листового упаковочного материала; и упаковочная машина для непрерывного производства герметичных упаковок для жидких пищевых продуктов из трубки герметизирующего при нагреве листового упаковочного материала согласно приложенной формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

Предпочтительный, неограничивающий вариант осуществления данного изобретения будет описан путем приведения примера со ссылкой на приложенные чертежи, где:

фиг.1 изображает перспективный вид, с удаленными для ясности частями, упаковочной машины для производства стерильных герметичных упаковок для жидких продуктов питания из трубки упаковочного материала;

фиг.2 изображает схему цепи известного устройства индукционной герметизации с автоматическим конфигурированием, которое используется в упаковочной машине с фиг.1;

фиг.3 изображает электрическую схему цепи согласования полных сопротивлений, формирующую часть устройства индукционной герметизации фиг.2;

фиг.4 изображает электрическую схему цепи согласования полных сопротивлений в соответствии с данным изобретением и использующуюся в устройстве индукционной герметизации, принадлежащем к типу, изображенному на фиг.2;

фиг.5 изображает диаграмму процесса работы цепи согласования полных сопротивлений фиг.4 и

фиг.6a, 6b, 6c и 7a, 7b, 7c изображают таблицы, относящиеся к цепи согласования полных сопротивлений фиг.4.

Подробное описание

Фиг.4 изображает электрическую схему цепи согласования полных сопротивлений в соответствии с данным изобретением и использующуюся в устройстве индукционной герметизации, принадлежащем к типу, изображенному на фиг.2. В частности, цепь согласования полных сопротивлений фиг.4 похожа на цепь фиг.3 и поэтому описана ниже постольку, поскольку она отличается от цепи фиг.3, и используются те же ссылочные позиции для компонентов, соответствующих компонентам цепи согласования полных сопротивлений фиг.3.

В частности, цепь согласования полных сопротивлений в соответствии с данным изобретением, обозначенная ссылочной позицией 11' на фиг.4, отличается от цепи 11 согласования полных сопротивлений на фиг.3 следующим:

входные клеммы 11.1 и 11.2 определяются одной парой клемм, которая соединена с первой и второй линиями 23, 24 и между которыми подключены, при использовании, и источник 12 сигнала (не показан), и первичная обмотка 25.1 трансформатора 25 (не показан); и одна из двух входных клемм 11.1, 11.2, в частности, та, что соединена со второй линией 24, заземлена;

ступень 26 постоянной емкости включает в себя пять конденсаторов C9, C10, C11, C12, C13, включенных между первой линией 23 и второй линией 24; и

в ступени 21 переменной емкости одна из двух входных клемм - входная клемма SWb в изображенном примере - соединена с заземленной второй линией 24, и каждый управляемый переключатель SW1-SW4 определяется одним мощным транзистором - в изображенном примере биполярным транзистором с изолированным затвором - IGBT, имеющим вывод затвора, соединенный с соответствующим блоком F смещения и фильтрации, вывод эмиттера, соединенный со второй линией 24, и вывод коллектора, соединенный с первой линией 23 через соответствующий конденсатор C1-C4; и каждый транзистор IGBT имеет шунтирующий диод D, соединенный параллельно с транзистором IGBT и имеющий анод, соединенный с выводом эмиттера, и катод, соединенный с выводом коллектора транзистора IGBT.

При фактическом использовании, за время периода сигнала переменной энергии, конденсаторы ступени 21 переменной емкости, которые выборочно подключаются между первой и второй линиями параллельно с конденсаторами ступени 26 постоянной емкости, каждый обеспечен током, который течет через соответствующий транзистор IGBT при положительной половине волны сигнала переменной мощности и через шунтирующий диод D транзистора IGBT при отрицательной половине волны сигнала переменной энергии.

Емкости конденсаторов С1-С4 ступени 21 переменной емкости условно выбираются так, чтобы получить монотонную полную емкость цепи 11' согласования полных сопротивлений. Таблицы фиг.6a, 6b, 6c изображают три примера емкостей конденсаторов и полных емкостей ступеней 26, 21 постоянной и переменной емкостей; и таблицы фиг.7a, 7b, 7c изображают три примера полных емкостей и вариаций емкости ступени переменной емкости и вариаций в продольном направлении конфигураций открыт/закрыт мощных транзисторов (в двоичном коде) цепи 11' согласования полных сопротивлений.

Как указано, регулирующая ступень 22 генерирует подходящие сигналы управления для транзисторов IGBT, чтобы получить конфигурацию параллельного включения конденсаторов C1-C4 ступени 21 переменной емкости, которая исключает фазовый угол между напряжением и током, подаваемыми источником 12 сигнала.

В частности, регулирующая ступень 22 выполняет алгоритм адаптации, чтобы адаптировать конфигурацию вкл/выкл транзисторов IGBT, как описано ниже со ссылкой на диаграмму процесса фиг.5.

Алгоритм адаптации основан на сравнении фазы между напряжением и током, подаваемыми источником 12 сигнала, со следующими четырьмя различными пороговыми значениями:

первое и второе пороговые значения, обозначенные как PNS и PNL соответственно, обозначают маленькое и большое отрицательное смещение фазы, например -15° и -25° соответственно; и

третье и четвертое пороговые значения, обозначенные как PPS и PPL соответственно, обозначают маленькое и большое положительное смещение фазы, например +15° и +25° соответственно.

В частности, после начального времени t1 ожидания, например, около 20 мс (блок 100), регулирующая ступень 22 определяет, является ли фазовый угол между напряжением и током, подаваемыми источником 12 сигнала, ниже первого порогового значения PNS (блок 110). Если это так (выход ДА блока 110), регулирующая ступень 22 регулирует управляемые переключатели SW1-SW4 так, чтобы уменьшить общую емкость ступени 21 переменной емкости на величину, соответствующую одному элементу в конфигурации открыт/закрыт в двоичном коде управляемых переключателей SW1-SW4 из 7a, 7b, 7c таблиц (блок 120).

Регулирующая ступень 22 затем определяет, является ли фазовый угол между напряжением и током, подаваемыми источником 12 сигнала, также ниже второго порогового значения PNL (блок 130). Если это не так (выход НЕТ блока 130), что соответствует значению фазового угла между первым и вторым пороговыми значениями PNS и PNL, операция начинается снова с блока 110 после времени t2 ожидания, например, около 5 мс (блок 150). Иначе (выход ДА блока 130), регулирующая ступень 22 регулирует управляемые переключатели SW1-SW4 так, чтобы уменьшить общую емкость ступени 21 переменной емкости еще на величину, соответствующую одному элементу в конфигурации открыт/закрыт в двоичном коде управляемых переключателей SW1-SW4 (блок 140). После чего, и в этом случае тоже, операция снова начинается с блока 110.

В случае, когда фазовый угол между напряжением и током, подаваемыми источником 12 сигнала, больше первого порогового значения PNS (выход НЕТ блока 110), регулирующая ступень 22 определяет, является ли оно также больше третьего порогового значения PPS (блок 160). Если это не так (выход НЕТ блока 160), операция начинается снова с блока 150. Иначе (выход ДА блока 160) регулирующая ступень 22 регулирует управляемые переключатели SW1-SW4 так, чтобы увеличить общую емкость ступени 21 переменной емкости на величину, соответствующую одному элементу в конфигурации открыт/закрыт в двоичном коде управляемых переключателей SW1-SW4 (блок 170).

Регулирующая ступень 22 затем определяет, является ли фазовый угол между напряжением и током, подаваемыми источником 12 сигнала, также больше четвертого порогового значения PPL (блок 180). Если это не так (выход НЕТ блока 180), что соответствует значению фазового угла между третьим и четвертым пороговыми значениями PPS и PPL, операция начинается снова с блока 150. Иначе (выход ДА блока 180) регулирующая ступень 22 регулирует управляемые переключатели SW1-SW4 так, чтобы увеличить общую емкость ступени 21 переменной емкости еще на величину, соответствующую одному элементу в конфигурации открыт/закрыт в двоичном коде управляемых переключателей SW1-SW4 (блок 190). После чего операция снова начинается с блока 150.

Благодаря вышеописанным операциям, когда фазовый угол между напряжением и током, подаваемыми источником 12 сигнала, велик (меньше -25° или больше +25°), общая емкость ступени 21 переменной емкости увеличивается или уменьшается на каждой итерации на величину, в два раза большую величины, на которую уменьшается или увеличивается емкость, когда фазовый угол между напряжением и током не так велик (между -25° и -15° или между +15° и +25°).

Преимущества цепи 11' согласования полных сопротивлений в соответствии с данным изобретением станут ясны из дальнейшего описания.

В частности, в цепи 11' согласования полных сопротивлений в соответствии с данным изобретением выводы эмиттеров транзисторов IGBT1-IGBT4 соединены со второй линией 24, электрические потенциалы выводов эмиттеров больше не откланяются по отношению к, а фактически равны, потенциалу земли, таким образом, все электрические компоненты цепи 11' согласования полных сопротивлений, включая компоненты регулировочной ступени 22, могут быть помещены на одной электрической плате.

Это обеспечивает ряд важных преимуществ, одним из которых является уменьшение возмущения электромагнитных полей, которые могут мешать работе электронных плат, расположенных в непосредственной близости от платы цепи 11' согласования полных сопротивлений. Это достигается, в основном, за счет уменьшения числа мощных транзисторов и длины соответствующих соединений, таким образом упрощая структуру цепи 11' согласования полных сопротивлений, и за счет устранения электрической проводки, которая в известной цепи 11' согласования полных сопротивлений соединяет две электрические платы с установленными на них компонентами регулирующей ступени 22 и другими компонентами цепи 11' согласования полных сопротивлений соответственно.

Более того, для данной занимаемой площади электрической платы, благодаря уменьшению числа мощных транзисторов, ступень 26 постоянной емкости может включать в себя большее число конденсаторов, каждый из которых, при заданной общей емкости ступени 26 постоянной емкости, может в силу вышесказанного иметь меньшую емкость, чем конденсаторы на фиг.3, таким образом уменьшая поглощение тока и теплоотдачу в связи с эффектом Джоуля.

Наконец, уменьшение числа мощных транзисторов увеличивает скорость, с которой ступень переменной емкости переключается с конфигурации с большей на конфигурацию с меньшей емкостью.

Конечно, могут быть сделаны изменения в цепи 11' согласования полных сопротивлений в соответствии с данным изобретением и тем, как было здесь описано и проиллюстрировано, но, тем не менее, не отклоняясь от объема изобретения, обозначенного в приложенной формуле изобретения.

В частности, мощные транзисторы могут относиться к отличному от описанного типу; и число конденсаторов ступени 26 постоянной емкости и ступени 21 переменной емкости и, следовательно, число блоков управления регулирующей ступени 22 может отличаться от описанного и проиллюстрированного.

Также можно даже исключить ступень 26 постоянной емкости, и общая емкость цепи 11' согласования полных сопротивлений будет получаться только с помощью ступени 21 переменной емкости.