ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ

ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ


RU (11) 2038686 (13) C1

(51) 6 H02M7/521 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 11.01.2009 - прекратил действие 

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

(21) Заявка: 93018667/07 
(22) Дата подачи заявки: 1993.04.08 
(45) Опубликовано: 1995.06.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Справочник по преобразовательной технике. Под ред. И.М.Чиженко. Киев: Техника, 1978. 2. Бальян Р.Х. и др. Тиристорные генераторы и инверторы. Л., Энергоиздат, 1982, с.77, рис.3-9. 
(71) Заявитель(и): Дизендорф Эдуард Анатольевич 
(72) Автор(ы): Дизендорф Эдуард Анатольевич 
(73) Патентообладатель(и): Дизендорф Эдуард Анатольевич 

(54) ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ 

Использование: в преобразовательной технике, а именно, во вторичных источниках питания переменного тока. Сущность изобретения: устройство содержит мост, в диагональ переменного тока которого включены конденсатор и комплексная нагрузка, в два синфазных плеча - дроссели насыщения, а в два других - тиристоры. Последовательно с дросселями насыщения включен трансформатор тока, вторичная обмотка которого введена в блок управления тиристорами. Система управления обеспечивает соответствие между степенью перемагничивания дросселей насыщения обратным током и моментом включения тиристоров. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике устройствам для преобразования постоянного напряжения в переменное, может применяться во вторичных источниках питания переменного тока.

Известны инверторы, выполняющие указанные функции, в качестве ключевых элементов использующие тиристоры [1] Тиристоры в инверторах подвергаются воздействию тепла от тока, протекающего по ним, и воздействию перенапряжений, возникающих при работе инвертора, совместное воздействие тепла и перенапряжений приводит к пробою тиристоров, т.е. к ненадежной работе инвертора, поэтому тиристоры надо охлаждать, что приводит к увеличению массы и габаритов инвертора и к другим сложностям, если охлаждение принудительное, а ограничение тиристоров по напряжению ведет к применению различных схем их последовательного соединения, что также увеличивает массу, габариты, стоимость инвертора и усложняет силовую цепь.

Наиболее близок по технической сути известный мостовой инвертор на четырех тиристорах, в котором первый и второй тиристоры образуют анодную группу, а третий и четвертый тиристоры катодную группу [2] в котором в диагональ переменного тока включены последовательно соединенные конденсатор и нагрузка, в диагональ постоянного тока источник питания, а последовательно с каждым тиристором соединен токоограничивающий линейный дроссель.

Целью изобретения является увеличение надежности, расширение функциональных возможностей, упрощение силовой цепи.

Цель достигается тем, что в известном инверторе, содержащем первый и второй тиристоры анодной группы, третий и четвертый тиристоры катодной группы, блок управления тиристорами, первый, второй, третий и четвертый линейные дроссели, последовательно соединенные с соответствующими тиристорами, конденсатор и нагрузку, первый и четвертый тиристоры с присоединенными к ним линейными дросселями заменены нелинейными индуктивностями дросселями насыщения, причем последовательно с одним из дросселей насыщения включен датчик тока, выход которого соединен с входом блока управления тиристорами.

Дроссель насыщения можно изготовить высоковольтным, малогабаритным, с небольшим омическим сопротивлением, дешевым, поэтому частичная замена тиристоров ведет к частичному улучшению таких качеств инвертора, как надежность и функциональная возможность, по крайней мере, так как тиристоров стало вдвое меньше, то и вероятность порчи тиристоров уменьшилась вдвое.

Изобретательский уровень данного технического решения состоит в том, что, во-первых, два тиристора мостового инвертора заменены дросселями насыщения, во-вторых, организован такой режим включения двух оставшихся тиристоров, при котором управляемо и частично подавлена способность дросселей насыщения переключать ток в обратном направлении, зато в полной мере используется способность работать в режиме "Включено выключено".

Известно, что нелинейные индуктивности дроссели насыщения можно применять в качестве переключающих дросселей, это свойство основано на нелинейности намагничивания сердечника дросселя. Пока сердечник не насыщен, напряженность Н магнитного поля в нем не превышает некоторой величины Нн, зависящей от свойств магнитного материала. В силу закона Ампера IN Hl, ограничен и ток I, протекающий по обмотке дросселя (где N число витков; l длина сердечника). Магнитное состояние сердечника при этом определяется согласно закону Фарадея Ф (I/N) Edt (1), где Ф магнитный поток через сердечник; Е напряжение, приложенное к обмотке дросселя. Так как Ф BS (2), где В индукция сердечника; S площадь поперечного сечения сердечника, то (1) представим в виде В (I/NS) Edt (3), если напряжение Е постоянное, то (3) упрощается: B(E t)/NS (4). Поскольку в ненасыщенном состоянии сердечника ток I по обмотке мал и возрастает линейно с течением времени, то так же малы и линейно возрастают магнитное поле Н и индукция В в сердечнике дросселя, другими словами, индуктивное сопротивление дросселя очень велико в этот момент. В процессе насыщения сердечника соответствие В Н, где магнитная проницаемость материала, исчезает, магнитное поле Н может вырасти в тысячи раз, а индукция В всего на несколько десятков процентов, другими словами, индуктивное сопротивление насыщенного дросселя очень мало, а ток (в соответствии с IN Hl) велик. Промежуток t времени от начала приложения напряжения Е к обмотке дросселя до появления состояния насыщения сердечника называют интервалом ожидания. Интервал ожидания можно определить из (4) t BNS/E (5), отсюда следует, что интервал ожидания обратно пропорционален приложенному к обмотке дросселя насыщения напряжению Е, это является наиболее важным для понимания работы предложенного инвертора.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема инвертора; на фиг.2 функциональная схема блока управления тиристорами.

Инвертор содержит дроссели 1 и 2 насыщения, последовательно соединенные конденсатор 3 и нагрузку 4, тиристоры 5 и 6, линейные дроссели 7 и 8, трансформатор 9 тока в качестве датчика тока, блок 10 управления тиристорами.

Дроссель 1 насыщения соединен первым выводом с положительной шиной источника питания, а вторым выводом с конденсатором 3, дроссель 2 насыщения соединен первым выводом с нагрузкой 4 и катодом тиристора 5, связанного линейным дросселем 7 с положительной шиной источника питания, второй вывод дросселя 2 насыщения связан через трансформатор 9 тока с отрицательной шиной источника питания, тиристор 6 катодом соединен с отрицательной шиной источника питания, а анодом через линейный дроссель 8 связан с общей точкой соединения дросселя 1 насыщения и конденсатора 3, выход трансформатора 9 тока соединен с входом блока 10 управления тиристорами.

При включении инвертора в сеть постоянного тока с фильтровой емкостью, например пускателем (не показано) (запуск инвертора можно осуществить одиночными внешними импульсами, подаваемыми на управляющие электроды тиристоров) к дросселям 1 и 2 насыщения, конденсатору 3, нагрузке 4, трансформатору 9 тока прикладывают напряжение источника питания Еп, что вызывает в указанной цепи небольшой, линейно растущий ток, приводящий через промежуток времени t, равный интервалу ожидания, к прямому насыщению дросселей 1 и 2, индуктивное сопротивление которых резко падает, а ток в обмотках дросселей 1 и 2 насыщения резко возрастает. Конденсатор 3 при этом заряжается прямым током до напряжения Ес 2Еп с полярностью, указанной без скобок на фиг.1, затем ток уменьшается до нуля, дроссели 1 и 2 насыщения выходят из состояния насыщения с остаточной индукцией +В0, их индуктивное сопротивление резко возрастает. К тиристорам 7 и 8 в этот момент приложено прямое напряжение. Так как напряжение на конденсаторе 3 больше напряжения источника питания Ес > Еп, то по вышеуказанной цепи пойдет обратный ток, перемагничивающий дроссели 1 и 2 насыщения в обратном направлении.

Обратный ток вызывает появление соответствующего напряжения на вторичной обмотке трансформатора 9 тока. При некоторой величине этого напряжения срабатывает блок 10 управления тиристорами 5 и 6 и включает их, конденсатор 3 и нагрузка 4 подключаются к источнику питания посредством тиристоров 5 и 6 и соединенных с ними дросселей 7 и 8, начинается перезарядка конденсатора 3 под воздействием суммарного напряжения Е Ес + Еп.

После перезарядки конденсатора 3 на нем появляется напряжение с полярностью, указанной в скобках на фиг.1, это напряжение обратное, и оно выключает тиристоры 5 и 6. После выключения тиристоров 5 и 6 к цепи из дросселей 1 и 2, конденсатора 3, нагрузки 4, трансформатора 9 тока будет приложено напряжение Е Ес + Еп, при этом будет происходить зарядка конденсатора 3 прямым током под воздействием суммарного напряжения. Если рабочее напряжение на конденсаторе 3 значительно больше напряжения источника питания, т.е. Еср >> Еп, то вхождение в рабочий режим инвертора будет происходить при увеличивающейся частоте переменного тока за счет уменьшения интервала ожидания (см. формулу (5)). Этого можно избежать, если предварительно зарядить конденсатор 3 напряжением, равным рабочему, и включить его в цепь, тогда рабочий режим начинается сразу, при этом инвертор должен быть подключен к источнику питания. Суммарная индуктивность линейных дросселей 7 и 8 равна суммарной индуктивности дросселей 1 и 2 насыщения в насыщенном состоянии, поэтому по нагрузке 4 проходит симметричный переменный ток. На фиг.1 представлен мостовой последовательный инвертор, но все вышеизложенное применимо к параллельному и к последовательно-параллельному инверторам. Представленный инвертор самовозбуждающийся, система трансформатор 9 тока и блок 10 управления тиристорами 5 и 6 обеспечивает соответствие между степенью перемагничивания дросселей 1 и 2 насыщения обратным током и моментом включения тиристоров 5 и 6. Когда включаются тиристоры 5 и 6, к дросселям 1 и 2 насыщения прикладывается напряжение Е Есо cos t Eп, где Есо амплитуда рабочего напряжения на конденсаторе 3; частота собственных колебаний контура конденсатор 3 дроссели 7 и 8 индуктивность нагрузки и соединительных проводов, при этом cos t меняется от +1 до -1, т.е. за время включенного состояния тиристоров 5 и 6 напряжение на дросселях насыщения меняется от обратного напряжения Е Есо Еп до прямого напряжения Е Есо + Еп, причем прямое напряжение за время включенного состояния тиристоров 5 и 6 действует на дроссели 1 и 2 насыщения вторую половину времени включения тиристоров, когда на конденсаторе 3 напряжение меняется на обратное (полярность указана в скобках) и по отношению к тиристорам 5 и 6 становится запирающим. В этом случае успевает произойти перезарядка конденсатора 3, но не успевает произойти прямое насыщение дросселей 1 и 2, в результате тиристоры 5 и 6 закрываются и схема приходит в исходное состояние.

Тиристоры 5 и 6 включаются одновременно блоком 10 управления, который содержит входной переменный резистор 11, усилитель-ограничитель 12, формирователь 13 прямоугольных импульсов, устройство 14 дифференцирования и выбора импульсов, формирователь 15 прямоугольных коротких импульсов, формирователь 16 прямоугольных импульсов, конечный усилитель 17.

С вторичной обмотки трансформатора 9 тока импульс напряжения, соответствующий определенной величине обратного тока, поступает на входной переменный резистор 11, с выхода которого сигнал поступает на вход усилителя-ограничителя 12, выполненного на операционном усилителе в варианте однополярного питания, положительный, ограниченный сверху сигнал поступает на вход формирователя 13 прямоугольных отрицательных импульсов, выполненный на одной ячейке 2И-НЕ, затем сигнал дифференцируется в устройстве 14, в нем же производится выбор отрицательной части продифференцированного импульса, который поступает на вход формирователя 15 отрицательного короткого импульса, выполненного на двух ячейках 2И-НЕ, соединенных последовательно, с выхода формирователя 15 сигнал поступает на вход формирователя 16 прямоугольных положительных импульсов, выполненного в виде моновибратора на таймере (типа КР1006ВИ1), выход моновибратора соединен с входом конечного усилителя 17 с трансформаторным выходом. Переменным резистором 11 задается начальная точка включения тиристоров 5 и 6 при запуске инвертора, т.е. задается такое начальное соответствие между величиной обратного тока, перемагничивающего дроссели 1 и 2 насыщения в обратном направлении, и моментом включения тиристоров, что становится возможным инвертирование. Однажды заданное соответствие сохраняется при изменениях нагрузки и питающего напряжения при работе инвертора. Имеется определенная минимальная величина обратного тока Iмин.обр., при которой инвертирование еще возможно, точку включения тиристоров 5 и 6 можно передвигать от минимального значения обратного тока до его амплитудной величины, при этом меняются частота инвертирования и среднее напряжение на нагрузке. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий первый и второй тиристоры, первый и второй линейные дроссели, последовательно соединенные конденсатор и нагрузку, блок управления тиристорами, причем первый тиристор связан анодом через первый линейный дроссель с положительной шиной источника питания, а катодом соединен с нагрузкой, второй тиристор соединен катодом с отрицательной шиной источника питания, а анодом связан через второй линейный дроссель с конденсатором, отличающийся тем, что дополнительно введены первый и второй дроссели насыщения и датчик тока, причем первый дроссель насыщения одним выводом соединен с положительной шиной источника питания, а другим выводом с общей точкой соединения конденсатора и второго линейного дросселя, второй дроссель насыщения соединен одним выводом с нагрузкой и катодом первого тиристора, а другим выводом связан через датчик тока с отрицательной шиной источника питания, причем выход датчика тока соединен с входом блока управления тиристорами.




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