ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ГЕНЕРАТОРА ОЗОНА Российский патент 2009 года по МПК H02M7/523 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для электропитания генераторов озона с барьерным разрядом, рентгеновским питающим устройствам и источникам питания лазеров.

Генератор озона барьерного типа является специфической нагрузкой, характер которой изменяется в течение каждого полупериода рабочей чистоты от чисто емкостной, в начальной стадии полупериода, до активно-емкостной в конечной. Причем соотношение времени, когда нагрузка чисто емкостная сильно зависит от производительности генератора озона. При малой производительности генератора озона нагрузка чисто емкостная в течение всего полупериода рабочей частоты. С увеличением производительности cos φ нагрузки стремится к 0,5.

Повышение эффективности работы генератора озона связано с повышением рабочей частоты и формированием на генераторе озона гармонического сигнала, по форме близкого к синусоиде. Следовательно, наиболее целесообразным представляется построение источника питания генератора озона по схеме резонансного инвертора, способного работать в широком диапазоне изменения нагрузки, в том числе и в течение полупериода рабочей частоты.

Известное решение (1) обеспечивает стабильную работу инвертора на переменную нагрузку, но не обеспечивает симметричных режимов перезаряда барьерной емкости генератора озона во всем диапазоне изменения его производительности, при оптимальных соотношениях величины индуктивности дросселей инвертора к индуктивности дополнительного дросселя и емкости инвертора к емкости генератора озона, что приводит к насыщению высоковольтного трансформатора и, как следствие, аварийным режимам.

Наиболее близким по технической сущности является решение (2). В силу того, что перезаряд емкости барьера каждые полпериода происходит по разделенным, независимым и одинаковым контурам, обеспечивается симметричный режим перезаряда емкости барьера и, следовательно, устойчивая работа инвертора. Однако эффективная работа генератора озона, при которой обеспечивается как устойчивая работа инвертора и ограничение напряжения на емкости барьера, так и высокая производительность генератора озона, возможна при согласованных параметрах инвертора с параметрами генератора озона.

Источник питания содержит три ячейки, выполненные по схеме с неразделенными коммутирующими конденсаторами 8-10. Основные дроссели 11-16 включены в цепи тиристоров 17-22. Генератор озона 7 включен через высоковольтный трансформатор 23 между средней точкой первичного источника питания 1, 2 и точкой соединения конденсаторов 8-10. Два дополнительных дросселя 3, 4 включены между первичным источником питания и входом инвертора, а встречно-параллельно входу включена цепочка обратных диодов 5, 6. При изменении величины и характера нагрузки осуществляется рекуперация энергии из дросселей 3, 4 в первичный источник питания и ограничивается ток в контуре перезаряда коммутирующих емкостей инвертора 8-10, емкости барьера 24 и газоразрядного промежутка 25 генератора озона 7, тем самым ограничивается уровень напряжения на этих элементах и повышается эффективность и надежность работы генератора озона.

Задача изобретения - ограничение перенапряжений на элементах инвертора, емкости барьера и газоразрядного промежутка генератора озона и повышение эффективности его работы.

Поставленная задача решается тем, что в источнике питания генератора озона, содержащем первичный источник питания, положительный полюс которого соединен с первым выводом первого дросселя, а отрицательный - с первым выводом второго дросселя, три последовательных резонансных инвертора, выполненных по полумостовой схеме, тиристоры которых через коммутирующие дроссели соединены, соответственно, со вторыми выводами первого и второго дросселей, точки соединения тиристоров через коммутирующие конденсаторы подключены к первому выводу нагрузки, второй ее вывод соединен со средним выводом источника питания и средней точкой цепи двух последовательно соединенных обратных вентилей, включенной между вторыми выводами первого и второго дросселей, нагрузка - генератор озона с барьерным разрядом, подключена через повышающий трансформатор, величины индуктивности каждого из коммутирующих дросселей и индуктивности первого и второго дросселей равны, а величина емкости коммутирующего конденсатора равна величине емкости диэлектрического барьера генератора озона, приведенной к первичной обмотке высоковольтного трансформатора.

На чертеже приведена электрическая принципиальная схеме источника питания генератора озона.

Источник питания содержит первичные источники питания 1 и 2, дополнительные дроссели 3 и 4, включенные между выводами цепочки из двух обратных вентилей (диодов) 5 и 6 и крайними выводами для подключения первичных источников питания. Диоды 5 и 6 соединены с первым выводом низковольтной обмотки трансформатора 23, второй вывод которой подключен к общей точке соединения коммутирующих конденсаторов ячеек 8-10, другие выводы коммутирующих конденсаторов подключены к выводам переменного тока ячеек. Генератор озона 7 подключен к выводам высоковольтной обмотки трансформатора. Основные дроссели 11-16 последовательно соединены тиристорами ячеек 17-22.

Источник питания работает следующим образом.

При отпирании одного из тиристоров инвертора, например 17, образуется контур перезаряда коммутирующего конденсатора 8 и конденсаторов 25 и 24 генератора озона 7 (конденсатор 8 - конденсатор 25 - конденсатор 24 - первичный источник 1 - дроссель 3 - дроссель 11 - тиристор 17). В контуре и генераторе озона формируется полуволна синусоидального тока.

Поскольку до зажигания разряда ток в контуре не ограничен активным сопротивлением нагрузки - газоразрядного промежутка генератора озона, а величина индуктивности коммутирующего дросселя равна индуктивности дополнительного дросселя инвертора и величина емкости барьера генератора озона (24) равна емкости коммутирующего конденсатора инвертора 8, то обеспечиваются условия для включения диода 5 и энергия от первичного источника 1 в контур перезаряда емкостей не поступает, что ограничивает увеличение тока в контуре. Одновременно из-за исключения дополнительного дросселя 3 из контура перезаряда емкостей уменьшается время их перезаряда. После перезаряда конденсатора газоразрядного промежутка 25 до напряжения зажигания разряда, происходит шунтирование конденсатора 25 и выключение диода 5. Энергия от первичного источника 1 поступает в генератор озона и эффективно расходуется на синтез озона.

Таким образом, при заданном соотношении индуктивностей инвертора и емкостей конденсаторов генератора озона и инвертора, обеспечивается ускоренный перезаряд емкостей газоразрядного промежутка генератора озона, при включенном диоде 5, без подкачки энергии от первичного источника питания и исключения перенапряжений на емкостях инвертора и барьера генератора озона. При включенном диоде 5 энергия, поступающая от первичного источника питания, расходуется в газоразрядном промежутке на синтез озона, чем обеспечивается высокая эффективность работы генератора озона. Зажигание разряда в газоразрядном промежутке 26 приводит к появлению в контуре источника активного сопротивления, величина которого зависит от производительности генератора озона. Причем регулирование производительности осуществляется изменением напряжения первичных источников питания 1 и 2.

Увеличение сопротивления нагрузки в резонансных одноячейковых инверторах приводит к увеличению длительности полупериода рабочей частоты, увеличению длительности проводящего состояния тиристоров и возникновению аварийных режимов. В многоячейковых схемах в этом случае образуется режим одновременной проводимости двух тиристоров, возникают высокодобротные контура перезаряда коммутирующих конденсаторов и создаются условия для запирания тиристоров. Например, при включении тиристора 17 ток в этом тиристоре не успевает уменьшиться до нуля, происходит включение тиристора 20, что приводит к образованию трех контуров протекания тока. Двух через нагрузку: генератор озона 7 через трансформатор 23, источник 1 питания, дроссель 3, дроссель 11, тиристор 17, конденсатор 8, генератор озона 7, конденсатор 9, тиристор 20, дроссели 14 и 4, источник 2, и третьего высокодобротного контура: конденсатор 8, конденсатор 9, тиристор 20, дроссели 14 и 4, источники 1 и 2 питания, дроссели 3 и 11, тиристор 17. Причем чем выше производительность генератора озона, тем ощутимее влияние этих контуров, т.е. тем больше протекающий в них ток и, следовательно, выше напряжение на элементах схемы инвертора. В этом режиме инвертор работает аналогично режиму работы при отсутствии разряда в газоразрядном промежутке, с той лишь разницей, что при достижении напряжения на дополнительных дросселях уровня напряжения источника, но с обратным знаком, включаются оба обратных диода, и процессы перезаряда в высокодобротном, параллельном контуре генератора озона на всем протяжении проводимости диодов происходят без подпитки энергией источника питания. Следовательно, изобретение позволяет улучшить характеристики инвертора на всем диапазоне изменения производительности генератора озона.

Источники Информации

А.с. СССР №1732436, Н03К 3/53, 1992.

А.с. СССР №1495959, Н02М 7/523, 1989.

Технический результат изобретения - ограничение перенапряжений на элементах инвертора, емкости барьера и газоразрядного промежутка генератора озона и повышение эффективности его работы. Технический результат достигается тем, что в источнике питания генератора озона, содержащем первичный источник питания, положительный полюс которого соединен с первым выводом первого дросселя, а отрицательный - с первым выводом второго дросселя, три последовательных резонансных инвертора, выполненных по полумостовой схеме, тиристоры которых через коммутирующие дроссели соединены, соответственно, со вторыми выводами первого и второго дросселей, точки соединения тиристоров через коммутирующие конденсаторы подключены к первому выводу нагрузки, второй ее вывод соединен со средним выводом источника питания и средней точкой цепи двух последовательно соединенных обратных вентилей, включенной между вторыми выводами первого и второго дросселей, нагрузка - генератор озона с барьерным разрядом, подключена через повышающий трансформатор, величины индуктивности каждого из коммутирующих дросселей и индуктивности первого и второго дросселей равны двум, а величина емкости коммутирующего конденсатора равна величине емкости диэлектрического барьера генератора озона, приведенной к первичной обмотке высоковольтного трансформатора. 1 ил.

Источник питания генератора озона, содержащий первичный источник питания, положительный полюс которого соединен с первым выводом первого дросселя, а отрицательный - с первым выводом второго дросселя, три последовательных резонансных инвертора, выполненных по полумостовой схеме, тиристоры которых через коммутирующие дроссели соединены соответственно со вторыми выводами первого и второго дросселей, точки соединения тиристоров через коммутирующие конденсаторы подключены к первому выводу нагрузки, второй ее вывод соединен со средним выводом источника питания и средней точкой цепи двух последовательно соединенных обратных вентилей, включенной между вторыми выводами первого и второго дросселей, отличающийся тем, что нагрузка - генератор озона с барьерным разрядом, подключена через повышающий трансформатор, величины индуктивности каждого из коммутирующих дросселей и индуктивности первого и второго дросселя равны, а величина емкости коммутирующего конденсатора равна величине емкости диэлектрического барьера генератора озона, приведенной к первичной обмотке высоковольтного трансформатора.