ИНВЕРТОР ТОКА Российский патент 1996 года по МПК H02M7/521 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для установок электросинтеза озона.

Известен инвертор тока, содержащий подключенный к входным выводам через дроссель фильтра однофазный мост на тиристорах, зашунтированных последовательными цепями из конденсатора и резистора с последовательно включенными коммутирующими дросселями, и коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока моста, шунтирующим выходные выводы (тиристорно-конденсаторные источники питания для электротехнологии /0.Г.Булатов, А.И.Царенко, В.Д.Поляков.-М. Энергоатомиздат, 1989.-180 с.)
Недостатком инвертора тока является низкий коэффициент полезного действии (КПД), что обусловлено повышенными потерями энергии в шунтирующих цепях из конденсатора и резистора.

Известен инвертор тока, содержащий подключенный к входным выводам через первый и второй дроссели фильтра однофазный мост на тиристорах с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока моста, шунтирующим выходные выводы (P. 4589059 USA Int.CL. HО2 М5/ 458.Method of starting a currant-fed inverter with self- excitation /m.Tanino//O.C.-1986.-N5)
Недостатком инвертора тока является низкий КПД, что обусловлено повышенными коммутирующими потерями в тиристорах.

Известен инвертор тока, содержащий подключенный к входным выводам через дроссель фильтра однофазный мост на тиристорах, зашунтированных последовательными цепями из конденсатора и резистора с трансформатором в диагонали переменного тока моста, вторичная обмотка которого защунтирована коммутирующим конденсатором и подключена к выходным выводам (Р.4638418 USA, Int.CL. HO2/P1/04.Power inverter/J.M. A Lexander //O.b.-1987.-N1).

Недостатком инвертора тока является низкий КПД, что обусловлено повышенными потерями энергии в шунтирующих тиристоры цепях из конденсатора и резистора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является инвертор тока (Троянкер B.C. Беркович Е.И. Тиристорный преобразователь средней частоты для мощных генераторов озона). Применение токов высокой частоты в электротехнологии. Матер.Х1 Всес.н.т.конф. Л. ЕНИИТВЧ, 26-27 сент. 1991 г.- 4. П-с. 112.113), который и рассматривается в качестве прототипа.

Прототип содержит подключенный к входным выводам через первый и второй дроссели фильтра однофазный мост на тиристорах, зашунтированных последовательными цепями из конденсатора и резистора, с последовательной цепью в диагонали переменного тока моста из первого коммутирующего дросселя, коммутирующего конденсатора, шунтирующего выходные выводы, и второго коммутирующего дросселя.

Недостатком прототипа является низкий КПД, что обусловлено высокими потерями в шунтирующих тиристоры последовательных цепях из конденсатора и резистора.

Изобретение направлено на решение задачи повышения КПД инвертора тока, что является целью изобретения.

Повышение КПД инвертора тока достигается тем, что в инвертор, содержащий подключенный к входным выводам через первый и второй дроссели фильтра однофазный мост на тиристорах, зашунтированных последовательными цепями из конденсатора и резистора, с последовательной цепью в диагонали переменного тока моста из первого коммутирующего дросселя, первого коммутирующего конденсатора, шунтирующего выходные выводы, и второго коммутирующего дросселя, введены второй коммутирующий конденсатор и кремниевый симметричный ограничитель напряжения, причем последовательная цепь зашунтирована вторым коммутирующим конденсатором, а мост зашунтирован кремниевым симметричным ограничителем напряжения.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение КПД инвертора тока. Это достигается за счет уменьшения потерь в тиристорах и шунтирующих тиристоры последовательных цепях из конденсатора и резистора. Эффективное ограничение коммутационных перенапряжений на тиристорах моста осуществляется вторым коммутирующим конденсатором и кремниевым симметричным ограничителем напряжения. В результате возможно выполнить шунтирующие цепи на меньшую мощность и снизить потери энергии на перезаряд конденсаторов шунтирующих цепей. Энергия перенапряжения, накопленная в электрическом поле второго коммутирующего конденсатора, используется при коммутациях и питании нагрузки. Потери энергии в ограничителе напряжения имеют место лишь в моменты возникновения коммутационных перенапряжений. КПД инвертора тока по указанным причинам может быть повышен на 5-10% в зависимости от мощности и выходной частоты устройства, повышение КПД инвертора тока является полученным техническим результатом, обусловленным введением в состав устройства новых элементов и установлением новых связей, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого-инвертора тока являются существенными.

На чертеже приведена схема инвертора тока.

Инвертор тока содержит подключенный к входным выводам через первый 1 и второй 2 дроссели фильтра однофазный мост на четырех тиристорах 3-6, зашунтированных последовательными цепями из конденсатора 7-10 и резистора 11-14, с последовательной цепью в диагонали переменного тока моста из первого коммутирующего дроссели 15, первого коммутирующего конденсатора 16, шунтирующего нагрузку 17, и второго коммутирующего дросселя 18, второй коммутирующий конденсатор 19, шунтирующий последовательную цепь, и кремниевый симметричный ограничитель напряжения 20, шунтирующий тиристорный мост.

Инвертор тока работает следующим образом. Импульсы управления на тиристоры диагоналей моста 3,6 и 4,5 поступают поочередно с чистотой, равной частоте выходного напряжения инвертора. Индуктивность дросселей фильтра 1,2 выбрана достаточно большой для сглаживания пульсаций входного тока:
ω(L₁ + L₂) > 10R_B где ω частота выходного напряжения инвертора; L₁,L₂ индуктивности дросселей фильтра; R_в входное сопротивление инвертора.

Полный период выходного напряжения состоит из двух интервалов, соответствующих различным сочетаниям включенного и выключенного состояния тиристоров моста 3-6. Электромагнитные процессы в каждом из интервалов протекают аналогично. При отпирании тиристоров 3,6 (первый интервал) осуществляется заряд коммутирующих конденсаторов 16, 19 по цепи: 19-6-2-"-"-"+"-1-3-19 и 16-18-6-2-"-"-"+"-1-3-15-16. Одновременно с зарядом коммутирующих конденсаторов 16,19 от источника питания происходит непрерывный разряд конденсаторов 16-19 через цепь нагрузки 17 по цепи: 19-15-17-18-19 и 16-17-16. К нагрузке прикладывается напряжение положительной полярности. Пo истечение интервала, равного половине периода выходного переменного напряжения (первого интервала), осуществляется включение тиристоров 4,5. При этом током разряда конденсаторов 16, 19 по цепи: 19-3-5-19 и 16-15-3-5-16-16, 19-4-5-19 и 16-15-4-6-18-16 осуществляется выключение тиристоров 3,6. Напряжение на конденсаторах 16, 19 в интервале коммутации не успевает изменить полярность и к тиристорам 3,6 прикладывается отрицательное обратное напряжение. В интервале приложения отрицательного напряжения тиристоры 3,6 восстанавливают свои управляющие свойства. С момента включения тиристоров 4,5 начинается второй интервал в работе инвертора и в нагрузке 17 формируется полуволна напряжения отрицательной полярности.

В момент выключения тиристоров 3,6 возникает импульс перенапряжения обратной для тиристора полярности, обусловленный наличием индуктивностей в цепи коммутации. Уменьшение величины импульсе перенапряжения осуществляется конденсаторами 7-10 шунтирующих цепей, коммутирующим конденсатором 19 и кремниевым симметричным ограничителем напряжения 20.

Включение в схему инвертора тока второго коммутирующего конденсатора 19 позволяет использовать часть энергий перенапряжения, накопленной в электрическом поле конденсатора 19, непосредственно в нагрузке. Потери энергии в ограничителе напряжения 20 имеют место только в момент возникновения импульса перенапряжения. В результате, при одинаковой зффективности снижения перенапряжений возможно выполнение шунтирующих тиристоры цепей из конденсатора и резистора на меньшую установленную мощность (увеличенное значение сопротивления в цепи и уменьшенное значение емкости конденсатора) и снизить потери при включении тиристоров. В результате, КПД инвертора тока по сравнению с известными устройствами может быть увеличен на 5-10 в зависимости от мощности и частоты выходного напряжения инвертора.

Область применения: изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для установок электросинтеза озона. Сущность изобретения: изобретение содержит подключенный к входным выводам через первый и второй дроссели фильтра однофазный мост на четырех тиристорах, зашунтированных последовательными цепями из конденсатора и резистора, с последовательными цепями в диагонали переменного тока однофазного моста из коммутирующего дросселя, первого коммутирующего конденсатора, шунтирующего нагрузку. Диагональ постоянного тока однофазного моста зашунтирована ограничителем напряжения, а диагональ переменного тока моста - конденсатором. 1 ил.

Инвертор тока, содержащий подключенный к входным выводам через первый и второй дроссели фильтра однофазный мост на тиристорах, зашунтированных последовательными цепочками из конденсатора и резистора, при этом в диагональ переменного тока моста включена последовательная цепь из первого коммутирующего дросселя, первого коммутирующего конденсатора, шунтирующего выходные выводы, и второго коммутирующего дросселя, отличающийся тем, что введены второй коммутирующий конденсатор и кремниевый симметричный ограничитель напряжения, причем второй коммутирующий конденсатор подключен к выводам диагонали переменного тока моста, а кремниевый симметричный ограничитель напряжения подключен к выводам постоянного тока моста.