инвертор

Формула изобретения

Инвертор, содержащий однофазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами и конденсаторами, выходные выводы которого соединены с выходными выводами инвертора, конденсатор фильтра, отличающийся тем, что входные выводы однофазного моста подключены к входным выводам инвертора через дроссели фильтра, выходные выводы инвертора зашунтированы конденсатором, последовательно с конденсатором фильтра включены диод, зашунтированный варистором, и второй конденсатор фильтра, соединение конденсатора фильтра, диода и второго конденсатора фильтра шунтирует входные выводы однофазного моста, отрицательный входной вывод инвертора через последовательную цепь, содержащую дроссель и второй диод, соединен с анодом диода, катод диода соединен с положительным входным выводом инвертора через вторую последовательную цепь, содержащую третий диод и второй дроссель.

Описание изобретения к патенту

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

Известен инвертор, содержащий подключенный к входным выводам однофазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, выходные выводы которого соединены с выходными выводами инвертора, конденсатор фильтра, шунтирующий входные выводы (Исследование системы аккумулятор - повышающий напряжение преобразователь - регулируемый электропривод /Л.А. 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, содержапий подключенный к входным выводам однофазный мост на транзисторах, выходные выводы которого соединены с выходными выводами инвертора и зашунтированы конденсатором (патент России 2155433, МКИ Н 02 М 5/451. Преобразователь частоты. /Силкин Е.М. - Заявл. 13.04.1999, опубл. 27.08.2000. - 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 (патент России 2159497, МКИ Н 02 М 5/44. Способ управления преобразователем частоты. /Силкин Е.М. - Заявл. 13.04.1999, опубл. 20.11.2000. - Бюл. N 32), который и рассматривается в качестве прототипа.

Прототип содержит однофазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами и конденсаторами, входные выводы однофазного моста подключены к входным выводам инвертора, а выходные выводы соединены с выходными выводами инвертора, конденсатор фильтра, входные выводы зашунтированы конденсатором фильтра.

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 и конденсаторами, выходные выводы которого соединены с выходными выводами инвертора, конденсатор фильтра, входные выводы однофазного моста подключены к входным выводам инвертора через дроссели фильтра, выходные выводы инвертора зашунтированы конденсатором, последовательно с конденсатором фильтра включены диод, зашунтированный варистором, и второй конденсатор фильтра, соединение конденсатора фильтра, диода и второго конденсатора фильтра шунтирует входные выводы однофазного моста, отрицательный входной вывод инвертора через последовательную цепь, содержащую дроссель и второй диод, соединен с анодом диода, катод диода соединен с положительным входным выводом инвертора через вторую последовательную цепь, содержащую третий диод и второй дроссель.

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.

Повышение надежности работы инвертора на индукционный нагреватель является полученным техническим результатом, обусловленным введением новых элементов и связей, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого инвертора являются существенными.

На чертеже приведена схема инвертора.

Инвертор содержит однофазный мост на четырех транзисторах 1-4, зашунтированных встречными диодами 5-8 и конденсаторами 9-12, конденсатор фильтра 13, входные выводы однофазного моста подключены к входным выводам инвертора через дроссели фильтра 14, 15, выходные выводы инвертора 16 зашунтированы конденсатором 17, последовательно с конденсатором фильтра включены диод 18, зашунтированный вариатором 19, и второй конденсатор фильтра 20, соединение конденсатора фильтра, диода и второго конденсатора фильтра шунтирует входные выводы однофазного моста, отрицательный входной вывод инвертора через последовательную цепь, содержащую дроссель 21 и второй диод 22, соединен с анодом диода, катод диода соединен с положительным входным выводом инвертора через вторую последовательную цепь, содержащую третий диод 23 и второй дроссель 24.

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 16 и конденсатором 17. Включение очередных транзисторов диагоналей 1, 4 или 2, 3 производится при нулевом уровне напряжения на нагрузочном контуре 16, 17. При работе транзисторов 1, 4 ток протекает по цепи: 1 - (16, 17) - 4 - 15 - "-" - "+" - 14 - 1. При работе транзисторов 2, 3 ток (через нагрузочный контур 16, 17) протекает в противоположном направлении по цепи: 3 - (16, 17) - 2 - 15 - "-" - "+" - 14 - 3. Индуктивности дросселей фильтра 14, 15 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 конденсаторы 9, 12 или 11, 10. При заряде конденсаторов 9-12 ограничивается уровень коммутационных перенапряжений на транзисторах 1-4. До начала интервала коммутации все конденсаторы 9-12 разряжены, так как коммутация осуществляется при нулевом уровне напряжения на нагрузочном контуре 16, 17. Ограничение уровня напряжения на инверторном мосту (удвоенное напряжение питания инвертора) осуществляется цепью из конденсатора фильтра 13, диода 18 и второго конденсатора фильтра 20. Диод 18 препятствует прямому разряду конденсаторов фильтра 13, 20 через транзисторы 1-4 на конденсатор 17 нагрузочного контура (16, 17). Варистор 19 ограничивает коммутационные перенапряжения на диоде 18. Энергия, накопленная конденсаторами фильтра 13, 20 в интервалах коммутации, потребляется в нагрузочном контуре 16, 17 при разряде конденсаторов фильтра 13, 20 по цепям: 13 - 1(3) - (16, 17) - 4(2) - 15 - 21 - 22 - 13 и 20 - 23 - 24 - 14 - 1(3) - (16, 17) - 4(2) - 20 соответственно.

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 и диодах.

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.