ИНВЕРТОР ТОКА

ИНВЕРТОР ТОКА


RU (11) 2284641 (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: 2003113985/09 
(22) Дата подачи заявки: 2003.05.12 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.05.12 
(43) Дата публикации заявки: 2004.11.10 
(45) Опубликовано: 2006.09.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2159497 С1, 20.11.2000. SU 1467729 A1, 23.03.1989. GB 2337643 A, 24.11.1999. 
(72) Автор(ы): Силкин Евгений Михайлович (RU); Силкин Максим Евгеньевич (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 повышение надежности работы инвертора тока (ИТ). ИЗ содержит однофазный мост (ОМ) на четырех транзисторах (1-4), зашунтированных встречными диодами (ДИ) (5-8), конденсатор (КН) (9). Входные выводы (ВЫ) ОМ подключены к входным ВЫ ИТ через дроссели (ДР) фильтра (10, 11), выходные ВЫ (12) ИТ зашунтированы вторым КН (13) и подключены к выходным ВЫ ОМ через коммутирующие ДР (14, 15). ВЫ КН (9) соединен с катодом тиристора ТИ (16), анод которого подключен к коллекторной группе (ГР) ОМ. Второй ВЫ КН (9) соединен с анодом второго ТИ (17), катод которого подключен к эмиттерной ГР ОМ. Катод ТИ (16) соединен с положительным входным ВЫ ИТ через резистор (РЕ) (18). Анод второго ТИ (17) соединен с отрицательным входным ВЫ ИТ через второй РЕ (19). ТИ (16) зашунтирован встречно последовательной цепью (ПЦ), содержащей ДИ (20), ДР (21) и третий РЕ (22). Второй ТИ (17) зашунтирован встречно ПЦ, содержащей второй ДИ (23), второй ДР (24) и четвертый РЕ (25). Технический результат - повышение надежности. 1 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


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

Известен инвертор, содержащий однофазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, конденсатор, входные выводы однофазного моста на транзисторах подключены к входным выводам инвертора, выходные выводы инвертора подключены к выходным выводам однофазного моста на транзисторах, конденсатор шунтирует входные выводы инвертора (Исследование системы аккумулятор-повышающий напряжение преобразователь-регулируемый электропривод / Л.Д.Шпинглер и др. // Электротехника. - 1998. - N 10. - С.12-15).

Недостатком инвертора является низкая надежность работы из-за высоких значений действующих токов, протекающих через транзисторы и диоды, для инвертора на заданную мощность при питании им индукционного нагревателя, имеющего низкий коэффициент мощности.

Известен инвертор, содержащий однофазный мост на транзисторах, эашунтированных встречными диодами, конденсатор, входные выводы однофазного моста на транзисторах подключены к входным выводам инвертора, выходные выводы инвертора подключены к выходным выводам однофазного моста на транзисторах, конденсатор шунтирует входные выводы инвертора (П. 2155433 Россия, МКИ Н 02 М 5/451. Преобразователь частоты / Силкин Е.М. - Заявл. 13. 04.99, опубл. 27.08.00. - Бюл. N 24).

Недостатком инвертора является низкая надежность работы из-за высоких уровней перенапряжений на транзисторах при коммутациях.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является инвертор (П. 2159497 Россия, МКИ Н 02 М 5/44. Способ управления преобразователем частоты / Силкин Е.М. - Заявл. 13.04. 99, опубл. 20.11.00. - Бюл. N 32), который и рассматривается в качестве прототипа.

Прототип содержит однофазный мост на транзисторах, эашунтированных встречными диодами и коммутирующими конденсаторами, конденсатор, входные выводы однофазного моста на транзисторах подключены к входным выводам инвертора, выходные выводы инвертора подключены к выходным выводам однофазного моста на транзисторах, конденсатор шунтирует входные выводы инвертора.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы из-за высоких значений действующих токов, протекающих через транзисторы и диоды, для инвертора на заданную мощность при питании им индукционного нагревателя, имеющего низкий коэффициент мощности.

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

Указанная цель достигается тем, что в инверторе, содержащем однофазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, конденсатор, входные выводы однофазного моста на транзисторах подключены к входным выводам инвертора через дроссели фильтра, выходные выводы инвертора зашунтированы вторым конденсатором и подключены к выходным выводам однофазного моста на транзисторах через коммутирующие дроссели, вывод конденсатора соединен с катодом тиристора, анод которого подключен к коллекторной группе однофазного моста на транзисторах, второй вывод конденсатора соединен с анодом второго тиристора, катод которого подключен к эмиттерной группе однофазного моста на транзисторах, катод тиристора соединен с положительным входным выводом инвертора тока через резистор, анод второго тиристора соединен с отрицательным входным выводом инвертора тока через второй резистор, тиристор зашунтирован встречно последовательной цепью, содержащей диод, дроссель и третий резистор, второй тиристор эашунтирован встречно последовательной цепью, содержащей второй диод, второй дроссель и четвертый резистор.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы инвертора на индукционный нагреватель, имеющий низкий коэффициент мощности, за счет обеспечения условий, при которых снижается обмен реактивной мощностью между элементами инвертора через транзисторы и диоды, вызывающий возрастание их токовой загрузки. Инвертор работает по принципу инвертора тока.

Повышением надежности работы инвертора на индукционный нагреватель является полученный технический результат, обусловленный введением новых элементов и связей, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого инвертора являются существенными.

На чертеже приведена схема, инвертора тока.

Инвертор тока содержит однофазный мост на четырех транзисторах 1-4, зашунтированных встречными диодами 5-8, конденсатор 9, входные выводы однофазного моста подключены к входным выводам инвертора тока через дроссели фильтра 10,11, выходные выводы 12 инвертора зашунтированы вторым конденсатором 13 и подключены к выходным выводам однофазного моста через коммутирующие дроссели 14, 15, вывод конденсатора соединен с катодом тиристора 16, анод которого подключен к коллекторной группе однофазного моста, второй вывод конденсатора соединен с анодом второго тиристора 17, катод которого подключен к эмиттерной группе однофазного моста, катод тиристора соединен с положительным входным выводом инвертора тока через резистор 18, анод второго тиристора соединен с отрицательным входным выводом инвертора тока через второй резистор 19, тиристор зашунтирован встречно-последовательной цепью, содержащей диод 20, дроссель 21 и третий резистор 22,второй тиристор зашунтирован встречно-последовательной цепью, содержащей второй диод 23, второй дроссель 24 и четвертый резистор 25.

Инвертор работает следующим образом. Транзисторы диагоналей моста, инвертора 1, 4 и 2, 3 включаются поочередно с частотой, равной собственной частоте нагрузочного контура, образованного индукционным нагревателем 12 и конденсатором 13. Нагрузочный контур характеризуется высокой добротностью и форма напряжения на нем близка к синусоидальной. Конденсатор 13 компенсирует реактивную мощность индукционного нагревателя 12. Включение очередных транзисторов диагоналей 1, 4 или 2, 3 производится при нулевом уровне напряжения на нагрузочном контуре 12, 13. При работе транзисторов 1, 4 ток протекает по цепи: 1 - 14 - (12, 13) - 15 - 4 - 11 "-" - "+ " - 10 - 1. При работе транзисторов 2, 3 ток через нагрузочный контур 12, 13 протекает в противоположном направлении по цепи: 3 - 15 - (12, 13) - 14 - 2 - 11 - "-" - "+" - 10 - 3. Индуктивности дросселей фильтра 10, 11 и дросселей 21, 24 выбираются из условия обеспечения полной сглаженности протекающего через них тока. В интервалах коммутации транзисторов одной диагонали 1, 4 (2, 3) на транзисторы другой диагонали 2, 3 (1, 4} входной ток инвертора замыкается через конденсатор 9 и тиристоры 16, 17, которые включаются одновременно с выключением ранее включенных транзисторов. При заряде конденсатора 9 ограничивается уровень коммутационных перенапряжений на транзисторах 1-4. Напряжение на конденсаторе 9 до начала интервала коммутации равно напряжению питания инвертора тока. Емкость конденсатора 9 выбирается достаточно большой, чтобы напряжение на нем в интервале времени включенного состояния тиристоров 16, 17 изменялось незначительно. В результате при выключении транзисторов 1-4 инвертора напряжение на них ограничивается на уровне напряжения питания инвертора. Коммутирующие дроссели 14, 15 обеспечивают снижение скорости нарастания тока транзисторов 1-4 и тиристоров 16, 17 при их включении и выключении, а также ограничивают возможный разряд конденсатора 13 через встречные диоды и транзисторы в интервалах коммутации из-за погрешностей установления момента перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение. Резисторы 18, 19 предназначены для осуществления начального заряда конденсатора 9 до напряжения источника питания. Рекуперация энергии, запасаемой в электрическом поле конденсатора 9 в интервалах коммутации, и потребление ее в нагрузочном контуре 12, 13 осуществляется через последовательные цепи: 20 - 21 - 22 и 23 - 24 - 25.

По сравнению с прототипом существенно повышается надежность работы инвертора за счет уменьшения уровней действующих токов через транзисторы. При выполнении инверторов на равные мощности (при питании индукционного нагревателя) действующее значение тока через транзисторы в заявляемом инверторе может быть меньше более чем в 5 раз за счет уменьшения уровня реактивной мощности, потребляемой индукционным нагревателем, и проходящей через транзисторы. В заявляемом инверторе в номинальном режиме работы через встречные диоды ток не протекает, следовательно, отсутствует рекуперируемая в конденсатор фильтра энергия. Повышается надежность работы инвертора и за счет снижения коммутационных потерь в транзисторах.

По сравнению с прототипом увеличивается коэффициент полезного действия инвертора за счет уменьшения потерь в элементах схемы при более низких действующих токах и увеличения уровня напряжения на нагрузке.

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 однофазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, конденсатор, отличающийся тем, что входные выводы однофазного моста на транзисторах подключены к входным выводам инвертора тока через дроссели фильтра, выходные выводы инвертора тока зашунтированы вторым конденсатором и подключены к выходным выводам однофазного моста на транзисторах через коммутирующие дроссели, вывод конденсатора соединен с катодом тиристора, анод которого подключен к коллекторной группе однофазного моста на транзисторах, второй вывод конденсатора соединен с анодом второго тиристора, катод которого подключен к эмиттерной группе однофазного моста на транзисторах, катод тиристора соединен с положительным входным выводом инвертора тока через резистор, анод второго тиристора соединен с отрицательным входным выводом инвертора тока через второй резистор, тиристор зашунтирован встречно-последовательной цепью, содержащей диод, дроссель и третий резистор, второй тиристор зашунтирован встречно-последовательной цепью, содержащей второй диод, второй дроссель и четвертый резистор.