инвертор тока

Формула изобретения

Инвертор тока, содержащий подключенный к входным выводам инвертора тока через дроссели фильтра однофазный мост на транзисторах, компенсирующий конденсатор, шунтирующий выходные выводы инвертора тока, отличающийся тем, что выводы переменного тока однофазного моста на транзисторах соединены с выходными выводами инвертора тока через коммутирующие дроссели, коллекторная группа однофазного моста на транзисторах соединена с эмиттерной группой однофазного моста на транзисторах через последовательную цепь, содержащую конденсатор, диод и второй конденсатор, встречно-параллельно диоду подключен тиристор, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного моста на транзисторах через последовательную цепь, содержащую второй диод, дроссель и резистор, анод диода соединен с эмиттерной группой однофазного моста на транзисторах через последовательную цепь, содержащую третий диод, второй дроссель и второй резистор.

Описание изобретения к патенту

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 с последовательными диодами, компенсирующий конденсатор, шунтирующий выходные выводы инвертора тока (Ruzsamyi Т., Baesanyi С. Transistorwechelrichter fur Induktiwe Erwarmung//Period. polytechn. Mech. engineering. - 1986. - N 1. - S.99-122).

Недостатком инвертора тока является низкая надежность работы из-за высоких значений коммутационных потерь в транзисторах и диодах и низкой надежности пуска.

Известен инвертор тока, содержащий подключенный к входным выводам инвертора тока через дроссель фильтра однофазный мост на транзисторах, компенсирующий конденсатор, шунтирующий выходные выводы инвертора тока, выводы переменного тока однофазного моста на транзисторах соединены с выходными выводами инвертора тока через коммутирующие дроссели (Глазенко Т.А., Сеньков В.И. Схемотехнические и конструктивные методы обеспечения электромагнитной совместимости транзисторных преобразователей постоянного напряжения//Электричество. - 1989. - N 2. - С.37-43).

Недостатком инвертора тока является низкая надежность работы из-за высоких значений коммутационных потерь в транзисторах.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является инвертор тока (П. 2155433 Россия, МКИ Н 02 М 5/451. Преобразователь частоты/Силкин Е.М. - Заявл. 13.04.99. Опубл. 27.08.00. - Бюл. №24), который и рассматривается в качестве прототипа.

Прототип содержит подключенный к входным выводам инвертора тока через дроссели фильтра однофазный мост на транзисторах, компенсирующий конденсатор, шунтирующий выходные выводы инвертора тока.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы из-за высоких значений коммутационных потерь в транзисторах и низкой надежности пуска.

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, компенсирующий конденсатор, шунтирующий выходные выводы инвертора тока, выводы переменного тока однофазного моста на транзисторах соединены с выходными выводами инвертора тока через коммутирующие дроссели, коллекторная группа однофазного моста на транзисторах соединена с эмиттерной группой однофазного моста на транзисторах через последовательную цепь, содержащую конденсатор, диод и второй конденсатор, встречно-параллельно диоду подключен тиристор, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного моста на транзисторах через последовательную цепь, содержащую второй диод, дроссель и резистор, анод диода соединен с эмиттерной группой однофазного моста на транзисторах через последовательную цепь, содержащую третий диод, 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 повышения надежности пуска.

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, компенсирующий конденсатор 7, шунтирующий выходные выводы 8 инвертора тока, выводы переменного тока однофазного моста на транзисторах соединены с выходными выводами инвертора тока через коммутирующие дроссели 9, 10, коллекторная группа однофазного моста на транзисторах соединена с эмиттерной группой однофазного моста на транзисторах через последовательную цепь, содержащую конденсатор 11, диод 12 и второй конденсатор 13, встречно-параллельно диоду подключен тиристор 14, катод диода соединен с коллекторной группой однофазного моста на транзисторах через последовательную цепь, содержащую второй диод 15, дроссель 16 и резистор 17, анод диода соединен с эмиттерной группой однофазного моста на транзисторах через последовательную цепь, содержащую третий диод 18, второй дроссель 19 и второй резистор 20.

Инвертор тока работает следующим образом. Транзисторы диагоналей моста инвертора 3, 6 и 4, 5 в установившемся режиме работы включаются поочередно с частотой, определяемой собственной частотой параллельного контура, образованного индукционным нагревателем 8 и компенсирующим конденсатором 7. Параллельный контур обладает высокой добротностью, в результате напряжение на индукционном нагревателе 8 и компенсирующем конденсаторе 7 имеет форму, близкую к синусоидальной. Индуктивности дросселей фильтра 1, 2 выбираются из условия полного сглаживания входного тока инвертора. При пуске инвертора тока конденсаторы 11, 13 заряжены от источника питания до половины напряжения на входе инвертора. В момент пуска включаются тиристор 14 и транзисторы 3, 6 (4, 5) одной диагонали моста инвертора. При этом конденсаторы 11, 13 разряжаются через тиристор 14 и коммутирующие дроссели 9, 10 на компенсирующий конденсатор 7 по цепи: 11-3-9-7(8)-10-6-13-14-11 (11-5-10-7(8)-9-4-13-14-11). Параметры элементов схемы выбираются таким образом, чтобы разряд конденсаторов 11, 13 имел колебательный характер. При спаде тока тиристора 14 до нуля тиристор 14 выключается, а в параллельном контуре, содержащем индукционный нагреватель 8 и компенсирующий конденсатор 7 возбуждаются колебания. Далее инвертор тока переходит в режим самовозбуждения. В установившемся режиме работы конденсаторы 11, 13 заряжены до напряжения на входе инвертора тока. При превышении напряжения на транзисторах 3-6 в интервалах коммутации суммы напряжений на конденсаторах 11, 13 включается диод 12 и напряжение на транзисторах 3-6 ограничивается. Разряд конденсаторов 11, 13 и возврат (рекуперация) энергии, накопленной в электрическом поле конденсаторов 11, 13 при работе диода 12 осуществляется через последовательные цепи, содержащие элементы 15-17 и 18-20 соответственно: 11-3-9-7(8)-10-6-20-19-18-11 (11-5-10-7(8)-9-4-20-19-18-11), 13-15-16-17-3-9-7(8)-10-6-13 (13-15-16-17-5-10-7(8)-4-13). При этом часть энергии рассеивается на резисторах 17, 20, а часть потребляется в индукционном нагревателе 8.

По сравнению с прототипом существенно повышается надежность работы инвертора тока за счет снижения коммутационных потерь в элементах и повышения надежности пуска. При выполнении инверторов на равные мощности при питании индукционного нагревателя в заявляемом инверторе тока допустимые токи и напряжения на транзисторах могут соответствовать области безопасной работы транзисторов, то есть соответствовать практически предельным величинам, так как схемотехнически обеспечивается ограничение напряжения на транзисторах на уровне удвоенного напряжения на входе инвертора тока (напряжения питания). В заявляемом инверторе тока обеспечивается надежный пуск за счет начального предварительного заряда компенсирующего конденсатора и возбуждения колебаний в параллельном контуре при пуске. Повышение надежности работы инвертора тока на индукционный нагреватель может быть оценено по времени наработки на отказ. Согласно экспертной оценке время наработки на отказ заявляемого инвертора тока по сравнению с прототипом может быть увеличено в 2-2,5 раза.

По сравнению с прототипом увеличивается коэффициент полезного действия инвертора тока за счет уменьшения потерь в элементах схемы.

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