ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНЫМ ТОКОМ Российский патент 1997 года по МПК H02M3/06 H03K3/53 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания электрофлотокоагулятора.

Известен источник питания импульсным током, содержащий подключенный анодной группой к положительному входному выводу однофазный мост на тиристорах с конденсатором в диагонали переменного тока, а катодной группой к первому выходному выводу, второй выходной вывод которого соединен с отрицательным входным выводом (Булатов О.Г. и др. Тиристорно-конденсаторные источники питания для электротехнологии. М. Энергоатомиздат, 1989, с. 23).

Недостатком источника питания является повышенные затраты электроэнергии на проведение процесса при работе в составе установки электрофлотокоагулирования из-за пассивации электродов.

Известен источник питания импульсным током, содержащий подключенный анодом к положительному входному выводу тиристор, зашунтированный встречным диодом и последовательной цепью из конденсатора и дросселя, а катодом к первому выходному выводу, второй выходной вывод которого соединен с отрицательным входным выводом, выходные выводы зашунтированы встречным диодом (Булатов О. Г. и др. Тиристорно-конденсаторные источники питания для электротехнологии. М. Энергоатомиздат, 1989, с. 26).

Недостатком источника питания являются повышенные затраты электроэнергии на проведение процесса при работе в составе установки электрофлотокоагулирования из-за пассивации электродов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является источник питания импульсным током (Булатов О.Г. и др. Тиристорно-конденсаторные источники питания для электротехнологии. М. Энергоатомиздат, 1989, с. 28), который и рассматривается в качестве прототипа.

Прототип содержит, подключенный анодом к положительному входному выводу первый тиристор, катод которого соединен с анодом второго тиристора, катод второго тиристора соединен с первым выходным выводом, последовательную цепь из дросселя и конденсатора, свободный вывод дросселя подключен к отрицательному входному выводу, диод, анод которого подключен к общей точке соединения дросселя и конденсатора последовательной цепи и второму выходному выводу, а катод к первому выходному выводу, свободная обкладка конденсатора последовательной цепи подключена к общей точке соединения первого и второго тиристора.

Недостатком прототипа является повышенные затраты электроэнергии на проведение процесса при работе в составе установки электрофлотокоагулирования из-за пассивации электродов.

Изобретение направлено на решение задачи улучшения условий согласования источника питания импульсным током с нагрузкой в составе установки электрофлотокоагулирования, а также повышение энергетических характеристик за счет снижения затрат электроэнергии на проведение технологического процесса, что является целью изобретения.

Это достигается тем, что в источник питания импульсным током, содержащий подключенный анодом к положительному входному выводу первый тиристор, катод которого соединен с анодом второго тиристора, катод второго тиристора соединен с первым выходным выводом, первую последовательную цепь из дросселя и конденсатора, свободный вывод дросселя подключен к отрицательному входному выводу, диод, анод которого подключен к общей точке соединения дросселя и конденсатора первой последовательной цепи, введены вторая последовательная цепь из n конденсаторов, соединяющая свободную обкладку конденсатора первой последовательной цепи и общую точку соединения первого и второго тиристоров, n диодов, шунтирующих встречно конденсаторы второй последовательной цепи, второй дроссель и n тиристоров, причем m тиристоров соединены анодами, а n-m тиристоров соединены катодами, общие точки соединения тиристоров подключены к первому выходному выводу, катод диода подключен к общей точке соединения первой и второй последовательной цепи, катоды m тиристоров подключены соответственно к общей точке соединения дросселя и конденсатора первой последовательной цепи, общей точке соединения первой и второй последовательной цепи и общим точкам соединения 1.m-1 конденсаторов второй последовательной цепи, общая точка соединения m-1, m конденсаторов второй последовательной цепи подключена к второму выходному выводу через второй дроссель, аноды n-m тиристоров подключены к общим точкам соединения m.n конденсаторов второй последовательной цепи.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является снижение затрат электроэнергии на проведение технологического процесса электрофлотокоагулирования. Это обеспечивается за счет исключения явления пассивации электродов, а также лучшими условиями согласования источника питания с нагрузкой в составе установки электрофлотокоагулирования.

Снижение затрат электроэнергии на проведение процесса электрофлотокоагулирования является достигнутым техническим результатом, обусловленным введением новых элементов и связей в схему устройства, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявленного источника питания импульсным током являются существенными.

На чертеже приведена принципиальная схема источника питания импульсным током, соответствующая варианту выполнения n 4, m 3.

Источник питания импульсным током содержит, подключенную к положительному и отрицательному входным выводам последовательную цепь из первого тиристора 1, пяти конденсаторов 2-6 и первого дросселя 7, пять диодов 8-12, шунтирующих конденсаторы последовательной цепи, пять тиристоров 13-17, причем два тиристора соединены катодами, а три тиристора анодами, общие точки соединения тиристоров подключены к первому выходному выводу, аноды двух тиристоров подключены соответственно к обкладкам первого конденсатора последовательной цепи, катоды трех тиристоров подключены соответственно к общим точкам соединения третьего и четвертого, четвертого и пятого конденсаторов последовательной цепи и общей точке соединения пятого конденсатора и первого дросселя последовательной цепи, второй дроссель, причем общая точка соединения второго и третьего конденсаторов последовательной цепи подключена к второму выходному выводу через дроссель. Источник постоянного напряжения 19 подключен к входным выводам, а нагрузка 20 к выходным выводам устройства.

Источник питания импульсным током работает следующим образом. Импульсы управления на тиристоры 1, 13-17 подаются поочередно в последовательности: 1, 14, 15, 16, 17, 13. При включении тиристора 1 происходит заряд конденсаторов 2-6 от источника постоянного напряжения по цепи: 19 1 2 4 5 6 7 - 19. Емкости конденсаторов 2-6 в общем случае могут быть выбраны как равными, так и различными. В случае равенства емкостей конденсаторы 2-6 заряжаются до равных напряжений, составляющих при малых значениях индуктивности дросселя 7 приблизительно 0,2 от напряжения источника 19. Дроссель 7 обеспечивает нормальные условия для коммутации тиристора 1. Следующий тиристор 14 включается по окончании интервала задержки с момента выключения тиристора 1, что необходимо для восстановления управляющих свойств последнего. При работе тиристора 14 конденсатор 3 разряжается по цепи: 3 14 20 18 3. Через нагрузку 20 протекает импульс тока положительной полярности. Энергия, накопленная в электрическом поле конденсатора 3 на интервале проводимости тиристора 1, полностью расходуется в нагрузке 20. Дроссель 18 обеспечивает снижение скорости нарастания тока через тиристор 14 в момент включения. Диод 9 исключает заряд конденсатора 3 до напряжения отрицательной полярности (противоположной исходной). После выключения тиристора 14 в работе источника имеет место пауза, в течение которой тиристор 14 восстанавливает свои управляющие свойства. По окончании интервала паузы включается тиристор 15. Через нагрузку 20 протекает импульс тока отрицательной полярности по цепи: 4 18 20 15 4. Далее электромагнитные процессы в источнике протекают аналогично. При включении тиристора 16 через нагрузку 20 протекает импульс тока отрицательной полярности по цепи: 5 10 18 20 16 5. При включении тиристора 17 через нагрузку 20 также протекает импульс тока отрицательной полярности по цепи: 6 11 10 18 20 17 6. При включении тиристора 13 через нагрузку 20 протекает импульс тока положительной полярности по цепи: 2 13 20 18 9 2. Полный цикл работы заканчивается в момент включения тиристора 1. В каждом цикле работы электромагнитные процессы в источнике питания полностью повторяются.

Рассмотренный источник питания импульсным током соответствует частному случаю реализации схемы для n 4, m 3. Если емкости конденсаторов 2-6 различны, то при работе тиристора 1 они заряжаются до напряжений обратно пропорциональных величинам емкостей. При этом электромагнитные процессы в устройстве протекают аналогично. Значения коэффициентов n и m выбираются в зависимости от напряжения источника постоянного напряжения, требуемого уровня выходного напряжения, мощности устройства, допустимых затрат электроэнергии, временных характеристик технологического процесса и качества воды, подвергаемой электрофлотокоагулированию. Вариант реализации для n 4, m 3 предназначен для случая питания от источника постоянного напряжения 500 В.

Электромагнитные процессы в устройстве для n 4, m 3 аналогичны описанным.

Предлагаемый источник питания импульсным током обеспечивает эффективное согласование с нагрузкой по уровню напряжения и мощности, а также форме импульсов тока через электроды электрофлотокоагулятора. Изменение полярности импульсов выходного тока позволяет уменьшить влияние явления пассивации электродов электрофлотокоагулятора. В результате, по сравнению с прототипом, уменьшается время проведения технологического процесса, снижаются затраты электроэнергии, повышается качество очистки воды. Согласно экспериментальным данным затраты электроэнергии на проведение технологического процесса могут быть уменьшены на 30-250% в зависимости от качества воды, подвергаемой электрофлотокоагулированию. По сравнению с прототипом заявляемый источник питания импульсным током позволяет уменьшить время проведения процесса в 1,5-3 раза и повысить качество очистки воды на 5-10%

Использование: изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания (ИП) электрофлотокоагулятора. Сущность: изобретение обеспечивает снижение затрат электроэнергии на проведение технологического процесса, содержит подключенную к положительному и отрицательному входным выводам (ВЫ) последовательную цепь (ПЦ), из первого тиристора (ТИ) 1, пяти конденсаторов (КН) 2-6 и первого дросселя (ДР) 7, пять диодов 8-12, шунтирующих КН 2-6 ПЦ, пять ТИ 13-17, причем два ТИ 13, 14 соединены катодами (КА), а три ТИ 15-17 - анодами (АН), общие точки соединения (ОТ) ТИ 13-17 подключены к первому выходному ВЫ, АН ТИ 13, 14 подключены соответственно к обкладкам первого КН 2 ПЦ, катоды ТИ 15, 17 подключены соответственно к общим точкам соединения третьего КН 4 и четвертого КН 5, четвертого КН 5 и пятого КН 6 ПЦ и ОТ соединения пятого КН 6 и первого ДР 7 ПЦ, второй ДР 18, причем ОТ соединения второго КН 3 и третьего КН 4 ПЦ подключена к второму выходному ВЫ через второй ДР 18. Источник постоянного напряжения 19 подключен к входным ВЫ а нагрузка 20 - к выходным ВЫ ИП. 1 ил.

Источник питания импульсным током, содержащий подключенный анодом к положительному входному выводу первый тиристор, катод которого соединен с анодом второго тиристора, катод второго тиристора соединен с первым выходным выводом, первую последовательную цепь из дросселя и конденсатора, свободный вывод дросселя подключен к отрицательному входному выводу, диод, анод которого подключен к общей точке соединения дросселя и конденсатора первой последовательной цепи, отличающийся тем, что введены вторая последовательная цепь из n конденсаторов, соединяющая свободную обкладку конденсатора первой последовательной цепи и общую точку соединения первого и второго тиристоров, n диодов, шунтирующих встречно конденсаторы второй последовательной цепи, второй дросель и n тиристоров, причем m тиристоров соединены анодами, а n m тиристоров соединены катодами, общие точки соединения тиристоров подключены к первому выходному выводу, катод диода подключен к общей точке соединения первой и второй последовательных цепей, катоды m тиристоров подключены соответственно к общей точке соединения дросселя и конденсатора первой последовательной цепи, общей точке соединения первой и второй последовательной цепи и общим точкам соединения 1 m-1 конденсаторов второй последовательной цепи, общая точка соединения (m 1)-го и m-го конденсаторов второй последовательной цепи подключена к второму выходному выводу через второй дроссель, аноды n m тиристоров подключены к общим точка соединения m n конденсаторов второй последовательной цепи.