ИНВЕРТОР ТОКА

ИНВЕРТОР ТОКА


RU (11) 2285325 (13) C2

(51) МПК
H02M 7/5387 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - может прекратить свое действие 

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2003112557/09 
(22) Дата подачи заявки: 2003.04.28 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.04.28 
(43) Дата публикации заявки: 2004.11.10 
(45) Опубликовано: 2006.10.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 1309223 A1, 07.05.1987. RU 2165125 C1, 10.04.2001. GB 2237943 A1, 15.05.1991. 
(72) Автор(ы): Силкин Евгений Михайлович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Акционерное общество открытого типа ЭЛСИ (RU) 
Адрес для переписки: 432027, г.Ульяновск, ул. У. Громовой, 4, кв.84, Е.М. Силкину 

(54) ИНВЕРТОР ТОКА

Изобретение (ИЗ) относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для индукционного нагревателя. ИЗ обеспечивает технический результат - повышение надежности работы инвертора тока (ИТ). ИЗ содержит подключенный к входным выводам (ВЫ) ИТ через дроссели (ДР) фильтра, однофазный мост (ОМ) на транзисторах (ТР) с последовательными диодами (ДИ). Выходные ВЫ ИТ зашунтированы конденсатором (КН). Выходные ВЫ ИТ подключены к выходным ВЫ ОМ через коммутирующие ДР. ТР зашунтированы встречными ДИ и варисторами. Последовательные ДИ зашунтированы последовательными цепями (ПЦ), содержащими КН и резистор (РЕ). ОМ зашунтирован ПЦ, содержащей второй КН, ДИ и третий КН, второй ПЦ, содержащей второй ДИ, третий КН и третий ДИ, встречно. Общая точка (ОТ) соединения второго КН и ДИ соединена с катодом четвертого ДИ. ОТ соединения второго ДИ и третьего КН соединена с катодом пятого ДИ. Аноды четвертого и пятого ДИ соединены и подключены к эмиттерной группе ОМ через третью ПЦ, содержащую ДР и РЕ. ОТ соединения ДИ и второго КН соединена с анодом шестого ДИ. ОТ соединения третьего КН и третьего ДИ соединена с анодом седьмого ДИ. Катоды шестого и седьмого ДИ соединены и подключены к коллекторной группе ОМ через четвертую ПЦ, содержащую второй ДР и второй РЕ. 1 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для индукционного нагревателя.

Известен инвертор тока, содержащий подключенный к входным выводам инвертора тока через дроссель фильтра однофазный мост на транзисторах, выходные выводы инвертора тока зашунтированы конденсатором (Глазенко Т.Д., Сеньков В. И. Схемотехнические и конструктивные методы обеспечения электромагнитной совместимости транзисторных преобразователей постоянного напряжениях/Электричество. - 1989. - №2. - С.37-43).

Недостатком инвертора тока является низкая надежность работы из-за высоких значений коммутационных потерь в транзисторах, высоких перенапряжений на элементах схемы инвертора тока при обрыве цепи нагрузки.

Известен инвертор тока, содержащий подключенный к входным выводам инвертора тока через дроссель фильтра однофазный мост на транзисторах, выходные выводы инвертора тока зашунтированы конденсатором (П. 2155433 Россия, МКИ Н 02 М 5/451. Преобразователь частоты / Силкин Е.М. - Заявл. 13. 04.99, Опубл. 27.08.00. - Бюл. № 24).

Недостатком инвертора тока является низкая надежность работы из-за высоких значений коммутационных потерь в транзисторах, высоких перенапряжений на элементах схемы инвертора тока при обрыве цепи нагрузки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является инвертор тока (Ruzsamyi Т., Baesanyi С. Transistor-wechelrichter fur Induktiwe Erwarmung//Period. polytechn. Mech. engineering. - 1986. - №1. - S.99-122), который и рассматривается в качестве прототипа.

Прототип содержит подключенный к входным выводам инвертора тока через дроссели фильтра однофазный мост на транзисторах с последовательными диодами, выходные выводы инвертора тока зашунтированы конденсатором.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы из-за высоких значений коммутационных потерь в транзисторах и диодах, перенапряжений на элементах схемы инвертора тока при обрыве цепи нагрузки.

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

Указанная цель достигается тем, что в инверторе тока, содержащем подключенный к входным выводам инвертора тока через дроссели фильтра однофазный мост на транзисторах с последовательными диодами, выходные выводы инвертора тока зашунтированы конденсатором, выходные выводы инвертора тока подключены к выходным выводам однофазного моста на транзисторах с последовательными диодами через коммутирующие дроссели, транзисторы зашунтированы встречными диодами и варисторами, последовательные диоды зашунтированы последовательными цепями, содержащими конденсатор и резистор, однофазный мост на транзисторах с последовательными диодами зашунтирован последовательной цепью, содержащей второй конденсатор, диод и третий конденсатор, второй последовательной цепью, содержащей второй диод, третий конденсатор и третий диод, встречно, общая точка соединения второго конденсатора и диода соединена с катодом четвертого диода, общая точка соединения второго диода и третьего конденсатора соединена с катодом пятого диода, аноды четвертого и пятого диодов соединены и подключены к эмиттерной группе однофазного моста на транзисторах с последовательными диодами через третью последовательную цепь, содержащую дроссель и резистор, общая точка соединения диода и второго конденсатора соединена с анодом шестого диода, общая точка соединения третьего конденсатора и третьего диода соединена с анодом седьмого диода, катоды шестого и седьмого диодов соединены и подключены к коллекторной группе однофазного моста на транзисторах с последовательными диодами через четвертую последовательную цепь. содержащую второй дроссель и второй резистор.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы инвертора тока на индукционный нагреватель за счет снижения коммутационных потерь в транзисторах и диодах, коммутационных перенапряжений, ограничения пере напряжений на элементах при обрыве цепи нагрузки.

Повышение надежности работы инвертора тока на индукционный нагреватель является полученным техническим результатом, обусловленным введением новых элементов и 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 инвертора тока через дроссели фильтра 1, 2 однофазный мост на четырех транзисторах 3-6 с последовательными диодами 7-10, выходные выводы 11 инвертора тока зашунтированы конденсатором 12, выходные выводы инвертора тока подключены к выходным выводам однофазного моста через коммутирующие дроссели 13, 14, транзисторы зашунтированы встречными диодами 15-18 и варисторами 19-22, последовательные диоды зашунтированы последовательными цепями, содержащими конденсатор 23-26 и резистор 27-30, однофазный мост зашунтирован последовательной цепью, содержащей второй конденсатор 31, диод 32 и конденсатор 33, второй последовательной цепью, содержащей второй диод 34, третий конденсатор 35 и третий диод 36, встречно, общая точка соединения второго конденсатора и диода первой последовательной цепи соединена с катодом четвертого диода 37, общая точка соединения второго диода и третьего конденсатора соединена с катодом пятого диода 38, аноды четвертого и пятого диодов соединены и подключены к эмиттерной группе однофазного моста через третью последовательную цепь, содержащую дроссель 39 и резистор 40, общая точка соединения диода и второго конденсатора соединена с анодом шестого диода 41, общая точка соединения третьего конденсатора и третьего диода соединена с анодом седьмого диода 42, катоды шестого и седьмого диодов соединены и подключены к коллекторной группе однофазною моста через четвертую последовательную цепь, содержащую второй дроссель 43 и второй резистор 44.

Инвертор тока работает следующим образом. Транзисторы диагоналей моста инвертора 3, 6 и 4, 5 включаются поочередно с частотой, определяемой собственной частотой параллельного колебательного контура, образованного индукционным нагревателем 11 и конденсатором 12. Причем включение очередной пары транзисторов 3, 6 или 4, 5 происходит с опережением момента перехода напряжения на конденсаторе 12 контура через нулевое значение. Указанный контур обладает высокой добротностью, в результате чего напряжение на индукционном нагревателе 11 и конденсаторе 12 имеет близкую к синусоидальной форму. Индуктивность дросселей фильтра 1, 2 имеет большую величину. Поэтому входной ток инвертора тока сглажен, а ток, протекающий через транзисторы 3-6 и последовательные диоды 7-10, имеет форму, близкую к прямоугольной. В момент включения транзисторов 4, 5 напряжение на конденсаторе 12 условно отрицательное ("+" слева на чертеже). Уровень напряжения на конденсаторе 12 равен:

u=(v E/cosb) sinb:

u<E,

где v - постоянный схемный коэффициент, Е - постоянное напряжение на входе инвертора тока, b - угол опережения (угол между моментом включения очередной пары транзисторов и моментом перехода напряжения на конденсаторе 12 через нулевое значение).

При включении транзисторов 4, 5 конденсатор 12 начинает разряжаться по цепям: 12-13-7-3-5-9-14-12 и 12-13-8-4-6-10-14-12. Дроссели 13, 14 ограничивают скорость разряда конденсатора 12 и скорость спада (нарастания) тока через транзисторы 3-6 и последовательные диоды 7-10. Ток транзисторов 3, 6 и последовательных диодов 7, 10 спадает от максимального значения до нулевого, а ток транзисторов 4, 5 и последовательных диодов 8, 9 нарастает от нулевого значения до максимального. При обрыве обратного тока последовательных диодов 7, 10 ток разряда конденсатора 12 замыкается через конденсаторы и резисторы RC-цепей 23, 26 и 27, 30 по цепям: 12-13-27-23-15-5-9-14-12 и 12-13-8-4-18-26-30-14-12. Энергия, накопленная в электромагнитном поле дросселей 13, 14 (а также соединительных шин), частично переходит в конденсаторы 23, 26 и, частично, рассеивается в резисторах 27, 30 и индукционном нагревателе 11. Коммутационные потери в транзисторах 3-6 и последовательных диодах 7-10, а также уровни коммутационных перенапряжений на элементах схемы инвертора тока ограничиваются. Далее при работе транзисторов 4, 5 после окончания коммутационного интервала в интервале времени, когда напряжение на конденсаторе 12 остается условно отрицательным, конденсаторы 23, 26 разряжаются на индукционный нагреватель 11, причем энергия, накопленная в конденсаторах 23, 26, возвращается (рекуперируется) в индукционный нагреватель 11 до полного их разряда. Конденсаторы 23, 26 при изменении полярности напряжения на конденсаторе 12 на следующем интервале работы остаются в разряженном состоянии. При этом разряда конденсаторов 23, 26 RC-цепей через полупроводниковые приборы, минуя нагрузку, не происходит, что существенно снижает потери в полупроводниковых приборах и самих RC-цепях. При возрастании напряжения на конденсаторах 23, 26 выше напряжения питания на входе инвертора тока включаются диоды 34, 36 и энергия перенапряжения направляется на заряд конденсатора 35. В исходном состоянии конденсатор 35 заряжен до напряжения, близкого к напряжению на входе инвертора тока. После расходования энергии перенапряжения диоды 34, 36 выключаются. Энергия, переданная в конденсатор 35, далее возвращается (рекуперируется.) в индукционный нагреватель 11 через последовательные цепи, включающие элементы 42, 43, 44 и 40, 39, 38 по цепи: 35-42-43-44-5-9-14-(11,12)-13-8-4-40-39-38-35, где потребляется. Частично энергия конденсатора 35 рассеивается в резисторах 40, 44. Варисторы 19-22 обеспечивают дополнительную защиту транзисторов 3-6 от перенапряжений положительной полярности. Электромагнитные процессы в инверторе тока при включении транзисторов 3, 6 протекают аналогично описанным. Очередное включение транзисторов 4, 5 заканчивает период. В индукционном нагревателе 11 при этом формируется полная волна выходного переменного напряжения.

При обрыве цепи индукционного нагревателя 11 (или отключении инвертора тока, а также при периодических перенапряжениях в переходных режимах и при пуске инвертора тока) возрастает напряжение на входе однофазного моста на транзисторах 3-6 с последовательными диодами 7-10. Если напряжение на входе инвертора тока превысит уровень напряжения, равный сумме напряжений на конденсаторах 31, 33, включается диод 32. Входной ток инвертора тока замыкается по цепи: "+"-1-31-32-33-"-""+". В результате напряжение на входе однофазного моста на транзисторах 3-6 с последовательными диодами 7-10 ограничивается на уровне суммы напряжений на конденсаторах 31, 33. Заряд конденсаторов 31, 33 приводит к уменьшению входного тока инвертора тока. Энергия, накопленная в электромагнитном поле дросселей фильтра 1, 2 на предыдущих интервалах работы, переходит в конденсаторы 31, 33. Диод 32 выключается. Далее конденсаторы 31, 33 разряжаются на нагрузку через резисторы 40, 44 и дроссели 39, 43 по цепям, включающим диоды 37, 41: 31-3(5)-7(9)-13-(11,12)-14-10(8)-6(4)-40-39-37-31; 33-41-43-44-3(5)-7(9)-13-(11,12)-14-10(8)-6(4)-33.

По сравнению с прототипом существенно повышается надежность работы инвертора тока за счет снижения коммутационных потерь и перенапряжений. Это обеспечивается рациональным набором и взаимным резервированием защитных цепей. Недопустимые импульсные перенапряжения на транзисторах и диодах отсутствуют. Причем ограничиваются перенапряжения прямой и обратной полярности. В том числе, при обрыве цепи нагрузки уровни перенапряжений на элементах инвертора тока ограничиваются на уровне удвоенного напряжения питания. Коммутирующие дроссели ограничивают скорости нарастания и спада тока транзисторов и диодов при коммутациях, что также снижает уровни коммутационных перенапряжений. Симметричное ограничение перенапряжений позволяет упростить пуск инвертора тока, что повышает надежность его работы.

По сравнению с прототипом увеличивается коэффициент полезного действия инвертора тока за счет уменьшения потерь в элементах схемы, в том числе демпфирующих цепях.

По сравнению с прототипом уменьшается стоимость элементов инвертора за счет возможности использования элементов (транзисторов, диодов и др.) на меньшие допустимые токи.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Инвертор тока, содержащий подключенный к входным выводам инвертора тока через дроссели фильтра однофазный мост на транзисторах с последовательными диодами, выходные выводы инвертора тока зашунтированы конденсатором, отличающийся тем, что выходные выводы инвертора тока подключены к выходным выводам однофазного моста на транзисторах с последовательными диодами через коммутирующие дроссели, транзисторы зашунтированы встречными диодами и варисторами, последовательные диоды зашунтированы последовательными цепями, содержащими конденсатор и резистор, однофазный мост на транзисторах с последовательными диодами зашунтирован последовательной цепью, содержащей второй конденсатор, диод и конденсатор, а также зашунтирован встречно второй последовательной цепью, содержащей второй диод, третий конденсатор и третий диод, общая точка соединения второго конденсатора и диода соединена с катодом четвертого диода, общая точка соединения второго диода и третьего конденсатора соединена с катодом пятого диода, аноды четвертого и пятого диодов соединены и подключены к эмиттерной группе однофазного моста на транзисторах с последовательными диодами через третью последовательную цепь, содержащую дроссель и резистор, общая точка соединения диода и конденсатора последовательной цепи соединена с анодом шестого диода, общая точка соединения третьего конденсатора и третьего диода соединена с анодом седьмого диода, катоды шестого и седьмого диодов соединены и подключены к коллекторной группе однофазного моста на транзисторах с последовательными диодами через четвертую последовательную цепь, содержащую второй дроссель и второй резистор.





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