ПОЛУМОСТОВОЙ ТИРИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР

ПОЛУМОСТОВОЙ ТИРИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР


RU (11) 2312449 (13) C1

(51) МПК
H02M 7/515 (2007.01)
B23K 9/00 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2006124112/09 
(22) Дата подачи заявки: 2006.07.05 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.07.05 
(45) Опубликовано: 2007.12.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: РУДЕНКО B.C. и др. Преобразовательная техника. - Киев: Высшая школа, 1978, рис.5.19. RU 2080222 C1, 27.05.1997. RU 2080221 С1, 27.05.1997. RU 2066086 С1, 27.08.1996. RU 2173930 C1, 20.09.2001. SU 1580511 A1, 23.07.1987. SU 1530367 A1, 23.12.1989. SU 1040478 А1, 07.09.1983. GB 1346310 А, 06.02.1974. US 4639850 А, 27.01.1987. DE 2107057 А, 24.08.1972. ЕР 0396126 A3, 07.11.1990. 
(72) Автор(ы): Магазинник Лев Теодорович (RU); Магазинник Аркадий Григорьевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU) 
Адрес для переписки: 432027, г.Ульяновск, Северный Венец, 32, ГОУ ВПО "Ульяновский государственный технический университет", проректору по научной работе 

(54) ПОЛУМОСТОВОЙ ТИРИСТОРНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в различных вторичных источниках питания в диапазоне мощностей от 3 кВт до сотен кВт, например в электросварочных аппаратах дуговой воздушной сварки, плазмотронах, дуговых электропечах и других устройствах, требующих стабилизации мощности в нагрузке. Тиристорный инвертор представляет собой полумост с двумя последовательно соединенными конденсаторами в одном плече и двумя последовательно соединенными тиристорами в другом плече. В диагональ переменного тока включена нагрузка трансформаторного типа. В тиристорный инвертор введен коммутирующий узел в составе дросселя со средней точкой и двух коммутирующих конденсаторов. В результате уменьшаются массогабаритные показатели и обеспечивается работоспособность полумостового тиристорного инвертора во всем диапазоне нагрузок от холостого хода до максимальной. 3 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Предлагаемое изобретение относится к области электротехники, а именно к полумостовым инверторам, и может быть использовано в различных вторичных источниках питания в диапазоне мощностей от 3 кВт до сотен кВт, например в электросварочных аппаратах дуговой воздушной сварки, плазмотронах, дуговых электропечах и т.п. устройствах, требующих стабилизации мощности в нагрузке.

Известны полумостовые тиристорные инверторы, которые широко используются в различных вторичных источниках питания с трансформаторной нагрузкой мощностью до 3-4 кВт [1, 2]. При больших мощностях предпочтительней использование полумостовых тиристорных инверторов, содержащих в силовой части два последовательно соединенных конденсатора и два последовательно соединенных тиристора, подключенных свободными концами к источнику постоянного напряжения, причем тиристоры включены в проводящем ток направлении.

В диагональ переменного тока инвертора обычно включена нагрузка трансформаторного типа [3]. Недостатком таких инверторов является невозможность их коммутации в области малых токов, то есть при холостом ходе и небольших нагрузках. При нагрузках примерно 0,5 номинальной и выше ток через тиристоры прерывается естественным путем после полного разряда конденсатора «работающего» плеча.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является инвертор, в схему которого дополнительно введен коммутирующий дроссель 1 со средней точкой, подключенной к выводу нагрузки 2, а свободными концами соединенный соответственно между свободными катодом первого тиристора 3 и анодом второго тиристора 4 тиристорного плеча полумоста (фиг.1) и принятый за прототип (см. [3]; рис.5.19). Это позволило несколько расширить диапазон нагрузок инвертора, в области которых возможна коммутация тиристоров.

Однако прототип имеет следующие серьезные недостатки:

1) катушки (полуобмотки) дросселя 1 должны быть рассчитаны на действующее значение «полуволны» тока, то есть примерно 0,7 номинального тока нагрузки;

2) дроссель должен быть ненасыщающимся;

3) коммутация тиристоров в зоне малых нагрузок возможна лишь при условии, что напряжение на конденсаторе вступающего в «работу» плеча больше напряжения конденсатора плеча выключающегося, что невозможно при малых нагрузках и холостом ходе.

Таким образом, недостатками схемы прототипа являются значительные массогабаритные показатели коммутирующего дросселя и ограниченный диапазон нагрузок, при которых устройство работоспособно.

Технический результат - уменьшение массогабаритных величин коммутирующих элементов и обеспечение работоспособности полумостового тиристорного инвертора во всем диапазоне нагрузок от холостого хода до максимальных.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем полумостовой тиристорный инвертор, имеющий в силовой части полумост в составе двух последовательно соединенных конденсаторов в одном плече и двух последовательно соединенных тиристоров в другом плече, подключенных диагональю постоянного тока к источнику постоянного напряжения, а диагональю переменного тока к нагрузке преимущественно трансформаторного типа, а также содержащий коммутирующий дроссель со средней точкой, подключенной к выводу нагрузки, связанному с общей точкой тиристоров, упомянутый коммутирующий дроссель подключен свободными выводами к дополнительно введенным в схему двум коммутирующим конденсаторам, свободные выводы которых соединены соответственно с диагональю постоянного тока полумостового тиристорного инвертора.

Это позволило выполнить коммутирующий дроссель быстронасыщающимся и рассчитанным только на коммутационные токи, то есть резко уменьшить объем меди, железа и, в целом, габариты дросселя, а также обеспечить работоспособность полумостовго тиристорного инвертора во всем диапазоне нагрузок от холостого хода до максимальной.

Сущность изобретения поясняется фиг.2, на которой представлена схема полумостовго тиристорного инвертора, и диаграммами фиг.3.

Предлагаемый полумостовой тиристорный инвертор (фиг.2) содержит полумост в составе двух последовательно соединенных конденсаторов 1 и 2 в одном плече и двух последовательно соединенных тиристоров 3 и 4 в другом плече. Диагональю постоянного тока полумост подключен к источнику постоянного напряжения, который (для простоты) на схеме не показан. В диагональ переменного тока включена нагрузка 5. Кроме того, устройство содержит коммутирующий дроссель 6, средняя точка обмотки которого подключена к выводу нагрузки 5, связанному с общей точкой тиристоров 3, 4. Свободными концами полуобмотки 9, 10 коммутирующего дросселя 6 подключены к соответствующим выводам коммутирующих конденсаторов 7 и 8, свободные выводы которых соединены с диагональю постоянного тока полумостового тиристорного инвертора. Следует заметить, что для простоты, как в прототипе (фиг.1), так и в заявленном устройстве (фиг.2) обратные диоды, шунтирующие тиристоры 3 и 4, не показаны.

Устройство функционирует следующим образом.

При включении напряжения питания заряжаются коммутирующие конденсаторы 7, 8 - каждый до половины питающего напряжения U. Пусть на тиристор 3 поступил отпирающий импульс из системы управления, которая является типовой и для простоты на фиг.2 не показана. Тиристор 3 отпирается, и происходит разряд конденсатора 1 в нагрузку 5 и одновременный разряд коммутирующего конденсатора 7 через отпертый тиристор 3 и полуобмотку 9 коммутирующего дросселя 6. Емкости коммутирующих конденсаторов 7 и 8 выбираются из условия обеспечения времени запирания тиристоров 3 и 4. Эти емкости на порядок меньше емкостей конденсаторов 1 и 2, поэтому их разряд происходит быстро. После разряда коммутирующего конденсатора 7 коммутирующий конденсатор 8 оказывается заряжен до напряжения U источника питания. Если ток нагрузки мал, то конденсатор 1 разряжается медленно (см. фиг 3, диаграмма 1) и до поступления очередного импульса на тиристор 4 его напряжение не успевает уменьшиться до нуля. При отпирании тиристора 4 происходит разряд коммутирующего конденсатора 8 через полуобмотку 10 коммутирующего дросселя 6 и тиристор 4. При этом в полуобмотке 9 коммутирующего дросселя 6 индуктируется напряжение, равное напряжению полуобмотки 10, то есть равное U. Это напряжение имеет плюс на катоде тиристора 3, и тиристор 3 запирается. Затем процесс коммутации повторяется аналогично описанному.

При увеличении тока нагрузки до определенной величины, которая, в зависимости от параметров инвертора, составляет обычно 0,4-0,5 от номинального тока нагрузки, конденсаторы 1 или 2 успевают полностью разрядиться за полупериод напряжения инвертора (фиг.3, диаграмма 2) и ток через тиристоры 3, 4 спадает до нуля естественным путем. Коммутирующие элементы (коммутирующий дроссель 6 и коммутирующие конденсаторы 7, 8) в этом режиме влияния на процесс коммутации не оказывают.

Поскольку полуобмотки 9 и 10 коммутирующего дросселя 6 пропускают лишь кратковременные импульсы тока, габариты коммутирующего дросселя 6 ничтожны по сравнению с габаритами дросселя 1 (фиг.1) прототипа.

Положительной особенностью схемы, присущей именно полумостовым инверторам, является то, что принудительная коммутация нужна лишь в области малых нагрузок, что соответственно уменьшает время запирания тиристоров 3, 4 и габариты коммутирующего узла схемы.

Таким образом, достижение технического результата обеспечено простым средствами.

Заявленный полумостовой тиристорный инвертор может быть использован в широком диапазоне мощностей, особенно если источник питания - трехфазный выпрямитель.

Источники информации

1. Источники вторичного электропитания. Под ред. В.И.Конева - М.: Радиосвязь, 1983.

2. В.А.Прянишников. Электроника. С.-Петербург, 1998.

3. В.С.Руденко, В.И.Сенько, И.И.Чиженко. Преобразовательная техника. - Киев: Высшая школа, 1978, 42 с., рис.5.19.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Полумостовой тиристорный инвертор, имеющий в силовой части полумост в составе двух последовательно соединенных конденсаторов в одном плече и двух последовательно соединенных тиристоров в другом плече, подключенный диагональю постоянного тока к источнику постоянного напряжения, а диагональю переменного тока к нагрузке преимущественно трансформаторного типа, а также содержащий коммутирующий дроссель со средней точкой, подключенной к выводу нагрузки, связанному с общей точкой тиристоров, отличающийся тем, что упомянутый коммутирующий дроссель подключен свободными выводами к дополнительно введенным в схему двум коммутирующим конденсаторам, свободные выводы которых соединены соответственно с диагональю постоянного тока полумостового тиристорного инвертора.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru