Однофазный последовательный инвертор

Полезная модель относится к преобразовательной технике, а конкретно к преобразователям энергии постоянного тока в энергию переменного тока повышенной частоты. Полезная модель позволяет повысить надежность силовой схемы преобразователя. Это достигается использованием схемы однофазного последовательного инвертора, содержащего однофазный тиристорный мост, состоящий из тиристоров 1-4; коммутирующий конденсатор 5; однофазный выходной трансформатор 6; нагрузку 7; источник питания 8 с положительным выводом «+» и отрицательным выводом «-». Коммутирующий конденсатор 5 подсоединен к выводам переменного тока однофазного тиристорного моста 1-4. Первичная обмотка однофазного выходного трансформатора 6 подсоединена между положительным выводом источника питания «+» и анодами тиристоров 1 и 2 однофазного тиристорного моста 1-4. Нагрузка 7 подсоединена к выводам вторичной обмотки однофазного выходного трансфоматора 6. Устройство снабжено цепочкой из двух дополнительных тиристоров 9 и 10, подсоединенных параллельно однофазному тиристорному мосту 1-4, а также двумя дополнительными коммутирующими конденсаторами 11 и 12, подсоединенными одними своими выводами к средней точке цепочки из двух дополнительных тиристоров 9 и 10, а другими своими выводами подсоединенными к выводам переменного тока однофазного тиристорного моста 1-4. 1 ил.

Полезная модель относится к преобразовательной технике, а конкретно к преобразователям энергии постоянного тока в энергию переменного тока повышенной частоты.

Недостатком известных схем однофазных инверторов является ограниченная надежность силовой схемы преобразователя. Вследствие этого, задача повышения надежности силовой схемы преобразователя является важной и актуальной.

Для получения токов и напряжений повышенной частоты в нагрузке используется однофазный последовательный инвертор [Булатов О.Г., Царенко. Тиристорно-конденсаторные преобразователи. - М.: Энергоиздат, 1982, стр.6, рис.1.1], который содержит однофазный тиристорный мост, к выводам переменного тока которого подсоединен коммутирующий конденсатор, а нагрузка подсоединена между отрицательным выводом источника питания и катодами тиристоров однофазного тиристорного моста. В схеме [Булатов О.Г., Царенко. Тиристорно-конденсаторные преобразователи. - М.: Энергоиздат, 1982, стр.6, рис.1.1], благодаря применению последовательного коммутирующего контура, ток тиристоров спадает плавно, что облегчает их выключение и увеличивает надежность силовой схемы преобразователя. Общими признаками известного аналога с заявляемой полезной моделью являются однофазный тиристорный мост и коммутирующий конденсатор.

Недостатком инвертора является ограниченная надежность силовой схемы преобразователя вследствие резкого нарастания тока при включении тиристоров и невозможности осуществлять свою функцию при выходе из строя любого элемента силовой схемы.

Кроме схемы известного устройства [Булатов О.Г., Царенко. Тиристорно-конденсаторные преобразователи. - М.: Энергоиздат, 1982, стр.6, рис.1.1], для получения токов и напряжений повышенной частоты в нагрузке известна из уровня техники схема однофазного резонансного инвертора [Тиристорные преобразователи повышенной частоты / Е.И.Беркович, Г.В.Ивенский, Ю.С.Иоффе, А.Т.Матчак, В.В.Моргун. - Л.: Энергоатомиздат, 1983, стр.38, рис.2.15а], которая содержит однофазный тиристорный мост, к выводам переменного тока которого подсоединена цепочка из коммутирующего конденсатора и нагрузки, а коммутирующий дроссель подсоединен между положительным выводом источника питания и анодами тиристоров однофазного тиристорного моста. В схеме [Тиристорные преобразователи повышенной частоты / Е.И.Беркович, Г.В.Ивенский, Ю.С.Иоффе, А.Т.Матчак, В.В.Моргун. - Л.: Энергоатомиздат, 1983, стр.38, рис.2.15а], благодаря применению последовательного резонансного коммутирующего контура, ток тиристоров в течение всего интервала проводимости изменяется плавно, что улучшает условия их включения и выключения, тем самым увеличивая надежность силовой схемы преобразователя. Общими признаками известного аналога с заявляемой полезной моделью являются однофазный тиристорный мост и коммутирующий конденсатор.

Недостатком схемы является ограниченная надежность силовой схемы преобразователя вследствие высокой вероятности пробоя тиристоров при опрокидывании инвертора, а также невозможности осуществлять свою функцию при выходе из строя любого элемента силовой схемы.

Наиболее близким к заявляемому устройству является однофазный последовательный инвертор [Справочник по преобразовательной технике // Под ред. И.Н.Чиженко, К: Техника, 1978, стр.118, рис.3.25а], содержащий однофазный тиристорный мост, к выводам переменного тока

которого подсоединен коммутирующий конденсатор, а первичная обмотка однофазного выходного трансформатора подсоединена между положительным выводом источника питания и анодами тиристоров однофазного тиристорного моста. Нагрузка подсоединена к выводам вторичной обмотки однофазного выходного трансформатора. В схеме [Справочник по преобразовательной технике // Под ред. И.Н.Чиженко, К: Техника, 1978, стр.118, рис.3.25а], благодаря применению последовательного резонансного коммутирующего контура, ток тиристоров в течение всего интервала проводимости изменяется плавно, что улучшает условия их включения и выключения, тем самым увеличивая надежность силовой схемы преобразователя. Общими признаками прототипа с заявляемой полезной моделью являются однофазный тиристорный мост, коммутирующий конденсатор и однофазный выходной трансформатор.

Недостатком схемы является ограниченная надежность однофазного последовательного инвертора из-за невозможности осуществлять свою функцию при выходе из строя любого элемента силовой схемы.

Полезная модель направлена на повышение надежности силовой схемы преобразователя.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении надежности устройства за счет повышения вероятности безотказной работы путем оперативного обеспечения выполнения функций вышедших из строя элементов другими элементами устройства.

Технический результат в полезной модели достигается тем, что, однофазный последовательный инвертор, содержащий однофазный тиристорный мост, к выводам переменного тока которого подсоединен коммутирующий конденсатор, а также однофазный выходной трансформатор, первичная обмотка которого подсоединена между положительным выводом источника питания и анодами тиристоров однофазного тиристорного моста, а к вторичной обмотке подсоединена нагрузка, согласно

изобретению, снабжен цепочкой из двух дополнительных тиристоров, подсоединенных параллельно однофазному тиристорному мосту, а также двумя дополнительными коммутирующими конденсаторами, подсоединенных одними своими выводами к средней точке цепочки из двух дополнительных тиристоров, а другими своими выводами к выводам переменного тока однофазного тиристорного моста.

Отличием заявляемого устройства является наличие цепочки из двух дополнительных тиристоров, подсоединенных параллельно однофазному тиристорному мосту, а также двух дополнительных коммутирующих конденсаторов, подсоединенными одними своими выводами к средней точке цепочки из двух дополнительных тиристоров, а другими своими выводами к выводам переменного тока однофазного тиристорного моста.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на Фиг. показана схема заявляемого устройства.

Заявляемое устройство содержит однофазный тиристорный мост, состоящий из тиристоров 1, 2, 3, 4; коммутирующий конденсатор 5; однофазный выходной трансформатор 6; нагрузку 7; источник питания 8 с положительным выводом «+» и отрицательным выводом «-». Коммутирующий конденсатор 5 подключен к выводам переменного тока однофазного тиристорного моста 1-4. Первичная обмотка однофазного выходного трансформатора 6 подсоединена между положительным выводом источника питания «+» и анодами тиристоров 1 и 2 однофазного тиристорного моста 1-4. Нагрузка 7 подсоединена к выводам вторичной обмотки однофазного выходного трансфоматора 6. Устройство снабжено цепочкой из двух дополнительных тиристоров 9 и 10, подсоединенных параллельно однофазному тиристорному мосту 1-4, а также двумя дополнительными коммутирующими конденсаторами 11 и 12, подсоединенными одними своими выводами к средней точке цепочки из двух

дополнительных тиристоров 9 и 10, а другими своими выводами к выводам переменного тока однофазного тиристорного моста 1-4.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Постоянное напряжение от клемм «+» и «-» источника питания 8 поступает на однофазный тиристорный мост 1-4. Поочередно открываются пары тиристоров 1 и 3, 2 и 4, 1 и 3 и т.д. Происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 5 по колебательному закону в контуре, содержащем первичную обмотку выходного трансформатора 6 и какую-либо из пар тиристоров, 1 и 3 или 2 и 4. В установившемся режиме работы инвертора напряжение на коммутирующем конденсаторе 5 является знакопеременным и периодическим во времени. В нагрузке 7 благодаря наличию однофазного выходного трансформатора 6 протекает только переменная составляющая тока перезаряда коммутирующего конденсатора 5, частота которой соответствует удвоенной частоте работы пар тиристоров 1 и 3, 2 и 4.

Наличие цепочки из двух дополнительных тиристоров 9 и 10, подсоединенных параллельно однофазному тиристорному мосту 1-4, а также двух дополнительных коммутирующих конденсаторов 11 и 12, подсоединенных одними своими выводами к средней точке цепочки из двух дополнительных тиристоров 9 и 10, а другими своими выводами к выводам переменного тока однофазного тиристорного моста 1-4, позволяет увеличить надежность работы силовой схемы преобразователя. Увеличение надежности работы силовой схемы преобразователя происходит из-за возможности оперативной замены вышедшей из строя пары тиристоров, 1 и 3 или 2 и 4, и коммутирующего конденсатора 5 цепочкой из двух дополнительных тиристоров 9 и 10 и одним из двух дополнительных коммутирующих конденсаторов 11 или 12.

Таким образом, введение в схему инвертора дополнительных элементов 9, 10, 11 и 12 в сочетании с имеющимися элементами 1, 2, 3, 4, 5,

6, 7 и 8 позволяет при выходе из строя какого-либо из элементов 1, 2, 3, 4, 5 осуществлять их работу при помощи дополнительных элементов 9, 10, 11, 12, что приводит к увеличению надежности силовой схемы преобразователя.

Это подтверждается известной формулой [О.Е.Вершинин. Компьютер для менеджера. М.: Высшая школа, 1990, стр.11]:

где - опасность отказа устройства,

P _s(t) - вероятность безотказной работы устройства,

_i - вероятность отказа i-того элемента устройства,

n - количество элементов устройства.

Для большинства отдельных элементов опасность отказов составляет порядка 10^-6 1/ч. Схема прототипа состоит из 7 элементов.

Если считать опасность отказов всех элементов одинаковой и равной:

_i=10^-6 1/ч, получается ,

тогда вероятность того, что схема проработает 10 000 часов, равна:

Ps(t)=e^-7*10*10=e^-0,07=0,932.

В схеме предлагаемого устройства имеется 11 элементов. Однако с учетом того, что резервирование четырех элементов типа «тиристор» (однофазный тиристорный мост 1-4) и одного элемента типа «конденсатор» (коммутирующий конденсатор 5), уменьшает расчетное число элементов схемы предлагаемого устройства на семь, получается, что окончательное число элементов равно 4. Тогда опасность отказа схемы предлагаемого устройства равна:

отсюда вероятность безотказной работы устройства равна:

Ps(t)=e^-7*10*10=e^-0,04=0,961.

Среднее время безотказной работы:

по прототипу Т_ср=1/s=1/0,000007=142857 ч,

по заявляемому устройству Т_cр=1/s=1/0,000004=250000 ч.

Таким образом, при дополнении элементов устройства увеличивается вероятность безотказной работы, что ведет к достижению технического результата, а именно к повышению надежности работы устройства путем повышения надежности силовой схемы преобразователя.

Однофазный последовательный инвертор, содержащий однофазный тиристорный мост, к выводам переменного тока которого подсоединен коммутирующий конденсатор, а также однофазный выходной трансформатор, первичная обмотка которого подсоединена между положительным выводом источника питания и анодами тиристоров однофазного тиристорного моста, а к выводам вторичной обмотки однофазного выходного трансформатора подсоединена нагрузка, отличающийся тем, что он снабжен цепочкой из двух дополнительных тиристоров, подсоединенных параллельно однофазному тиристорному мосту, а также двумя дополнительными коммутирующими конденсаторами, подсоединенными одними своими выводами к средней точке цепочки из двух дополнительных тиристоров, а другими своими выводами подсоединенными к выводам переменного тока однофазного тиристорного моста.