Автономный инвертор напряжения

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и .м.б. использовано при построении источников вторичного электропитания централизованного типа. Целью 13обретения является улуч1иение энергетически.х и массогабаритных показателе11. Устр-во содержит в тре.хфазпом варианте шесть инверторов 3-8 с выходными трансформаторами 9-14. Ко вторичным обмоткам 15, 16 трансформаторов подключены дроссели 17-19 и конденсаторы 20--22. ila- раллельно дросселям 17 19 подключены первичные обмотки 26 - 28 трансформаторов напряжения 29 - 31. Вторичные обмотки 32- 34 через выпрямите. 1Ь 35 соедипены с источником подза.ряда коммутирующих кондепсаторов с напряжением U|. Уровень напряжения источника подзаряда регулируется пронорциона.чьно пагрузке. 1 з.н. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1! 02 М 7/521 (5D 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ни:„-,: -. (61) 13!2708 (2!) 3982991/24-07 (22) 02.! 2.85 (46) 15.06.88. Ьюл. ¹ 22 (71) Запорожское нроизводствсннос обьсдинение «11реобр}}зоватсг}ь» (72) А. A. Карне}}ко, Г. И. !1лкнцаков, Л. М. Зуенко и М. Е. С(. м(. ни чева (53) 621. 314. 572 (088.8 ) (56) Авторское свидетельство СССР № 1312708, кл. H 02 М 7/521, 17.09.85. (54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.о. использовано при построении источников вторичного элсктро.,Ы3,» 1403305 А 2

Il ит)! }(и я }}с}}тра:11}3() ва }! }}Ого ти н

Устр-во содержит I! трехфазном варианте шесть инвсрторов 3 -8 с })ыход}}}}х}и транс форматорами 9 — 14. Ко вторичным обмот-! о, 1 6 T1) а }}с(1)орх! <}To f)OB иодK, I к) }с}l bl дросссли 17- 19 и конденсаторы 20 ---22. 1!ираллельно дросселям 17 - 19 подключены первичные обмотки 26 — 28 трансформаторов напряжения 29 — 31. Вторичные обмотки 32—

34 через выпрямитель 35 сосди}}ены с источником нодзаряда коммутирующих конденсагоров с напряжением UI. Уровень напряжения источника нодзаряда регулируетс5! пропорционально н }грузке. 1 з.}1. ф-лы, 5 Ilл.

1403305

Изобретение относится к си.1овой преобразовательной технике и может быть использовано при построении источников вторичного электропитания централизованного типа, включая многофазные преобразователи.

Цель изобретения — улучшение энергетических и массогабаритных 1юказателей.

На фиг. 1 представлен трехфазный преобразователь, включающий в себя шесть автономных инверторов напряжения; на фиг. 2 -- однофазный мостовой инвертор;

»а фиг. 3 — второй введенный выпрямитель; на фиг. 4 — первый выпрямитель; на фиг. 5 — внешние характеристики.

1О

t5

Автономный инвертор напряжения (фиг. 1) содержит основной источник пи тания, выполненный, например, в виде силового выпрямителя 1 и фильтра постоянного тока 2.

При этом силовой выпрямитель 1 ос- 20

НОВН010 ИСТОЧНИка HHTBHHH Вхо IOM ПодКЛЮчен ко входной сети А, В, С с частотой Г.

С выхода фильтра 2 напряжение Е подводится к параллельно включенным входами однофазным мостовым регулируемым инверторам напряжения 3 — -8 с выходными трансформаторами 9--14, вторичные обмотки 15 и 16 которых, например, соединены указанным на фиг. образом для формирования фазного напряжения фазы С с частотой f. В каж jj/Io фазу Вк 1ючены gp дроссели !7 — -19, а между каждой фазой и нулем включены конденсаторы 20 — -22, образующие с дросселями 17 — 19 выходной Г-образный L(.-фильтр. Г1араллельно обмотке каждого из дросселей 17- 19 Вклк)чены перВичные обмотки 26 — 28 идентичных трансформаторов напряжения 29--31, вторичные обмотки 32 — 34 которых подключены ко входу второго выпрямителя 35, а положительHblM выводом последний соединен с Отрицательным выводом первого выпрямителя 36, который входом подключен, например, ко 4О входной сети преобразователя. Положительный вывод первого выпрямителя 36 через ограничивакнций дроссель 37 и отрицательный вывод второго выпрямителя 35 подсоединены к парал 1«lbH< Включенным шинам 45 подзаряда коммутирующих конденсаторов однофазных мостовых инверторов 3 — -8. Между положительным выводом выпрямителя 36 . и отрицательным выводом выпрямителя 35 включен накопительный конденсатор 38.

Таким образом, последовательно включенные выпрямители 35 и 36, трансформаторы напряжения 29 — 31, ограничиваю1ций дроссель 37 и накопительный конденсатор 38 совместно образуют общую цепь подзаряда коммутирующих конденсаторов однофазных мостовых инверторов 3 — 8. 55

Каждый из инверторов напряжения

3 — -8 выполнен по известной однофазной мостовой схеме (фиг. 2).

В предлагаемой схеме находятся шины подзаряда +U, и — U, коммутирующих конденсаторов.

Введенный второй выпрямитель 35 (фиг. 3) с напряжением U2 на выходе представляет собой трехфазный диодный мостовой выпрямитель, входом подключенный ко вторичным обмоткам 32 — 34 трансформаторов напряжения 29---31 на (фиг. 1). Положительным выводом (+) он соединен с отрицательным выводом первого BblHpHMHTI.IH

36, а отрицательным выводом () подключен к отрицательному выводу конденсатора 38 и к минусовым шинам подзаряда конденсаторов инверторов 3 — 8.

Г(ервый выпрямитель 36 (фиг. 4) представляет собой люоой автономный источник и в данном случае Включает в себя согласующий трехфазный трансформатор, первичными обмотками подкл1оченный ко входной сети частотой E (фиг. 1), а вторичными обмотками -- ко Вход) выпрямителя 36 с напряжением Ц на выходе.

1-!а фиг. 5 изображены внец1ние характеристики источников питания, где внешняя характеристика первого выпрямителя V, = f/1, ; 2 — внешняя характеристика второго выпрямителя L, =

= f/1/; 3 — внешняя характеристика цепи подзаряда коммутирующих конденсаторов V, =f/I/; 4 — — внешняя характеристика Основнс1го силового источника питания E = f/1/; 1Ч вЂ” начальное Выпрямленное напряжение на выходе первого выпрямителя при холостом ходе преобразоВателя частоты /В/; U>iI -- начальное выпрямленное напряжение на выходе второго выпрямителя при холостом ходе преобразователя частоты /В/; Uc -- начальное выпрямленное напряжение источника заряда коммутирующих конденсаторов /Вj; 1 — номинальное значение тока нагрузки преобразователя частоты /А/; E: — наибольшее допустимое значение выпрямленного напряжения основного источника питания при холостом ходе преобразователя /В/; E" наименьшее значение выпрямленного напряжения основного источника питания при нормируемой перегрузке (например, 21Н) преобразователя частоты / В/; Е. номинальное значение выпрямленного напряжения основного источника питания при номинальном токе нагрузки преобразователя частоты /В/; U . — — номинальное напряжение источника заряда коммутирующих конденсаторов при номинальном токе нагрузки преобразователя частоты /В/; L !, U — текущие значения выпрямленного напряжения первого и второго выпрямителей /В/.

Автономный инвертор напряжения работает следующим образом.

Входное напряжение частоты F преобразуется нерегулируемым силовым Выпрямителем в выпрямленное напряжение. Вы!

403305 прямитель! может быть выполнен llo.!óóHp;IBляемым с целью обеспечения защиты преобразователя по управляющему электрод .

Выпрямленное напряжение фильтруется фильтром 2 постоянного тока и в виде напряжения Е основного источника питания поступает на параллельно включенные входами шесть однофазных инверторов 3 8. Инверторы 3 — 5 и 6 — 8 имеют временной сдвиг в работе между собой в 120 эл. град., а и верторы 6 — 8 соответственно относительно инверторов 3 — -5 в работе сдвинуты на

60 эл. град.

Таким образом, квазисинусоидальное фазное выходное напряжение (например, фазы С) формируется из геометрически скла- )5 дываемых напряжений вторичных обмоток 15 и 16 выходных трансформаторов 11 и 14, имеющих временной сдвиг между собой в

60 эл град. Лналогично формируются фазные напряжения других фаз. Для получения практически синусоидальной кривой вь>ходного напряжения с частотой f B фазные провода включены дроссели 17 — 19, а между каждой фазой и нулем включены конденсаторы 20 — 22, образующие совместно выходной Г-образный пассивный 1 С-фильтр.

Для ограничения перенапряжений в цепях нагрузки преобразователя и на первичных обмотках 26 — 28 трансформаторов

29 — 31 напряжения параллельно обмотке каждого из дросселей 17 — 19 включены идентичные цепи, состоящие из встречно вклю- 30 ченных через резистор 23 пороговых элементов 24 и 25 (практическая схема приведена на фиг. 6). Вторичные обмотки 32

34 трансформаторов 29 — 31 напряжения соединены в треугольник и подключены ко входу второго выпрямителя 35. Выпрям- 35 ленное напряжение второго выпрямителя 35 прямо пропорционально зависит от полного фазного тока (1 ), где 1 — полный ток нагрузки преобразователя; 1, — полный ток выходного фильтра. Таким образом, при нагруз- 40 ке на выходе преобразователя падение напряжения Uz!; на обмотке дросселя 17 ïðîпорционально полному току нагрузки преобразователя и равно

U2g=2nfLIq(1 ), где L>7 — индуктивность дросселя 17; 45 — частота напряжения на выходе преобразователя.

Линейное напряжение U . на вторичной обмотке 32 трансформатора 29 напряжения равно

")

)- >2— 50

Кт где К- — — коэффициент трансформации трансформатора 29.

В связи с тем, что вторичные обмотки

32 — 34 трансформаторов 29 — 31 соединены в треугольник, выпрямленное напряжение U) на выходе неуправляемого второго выпрямителя 35 равно

>>,, аа,!>>, >,35 UU; 2,7 Гт!1, >к>. к к

При неизменнои ин (yI"I HBHoca L>-, и сриксированной частоте ), постоянной емкс>с1и

20- 22 фильтра )с = сопя(. 11ри стабилизированном напряжении на иь оде преобразователя напряжение (.,!2=)/1 /, что Bhlражастся внешнеи . арактеристикой 2 на фиг. 5 (внешняя характеристика второго источника }, где ). >! — начальное выпрямленное напряжение и» выходе второгo выпрямителя 35 при холостом ходе II poîáразоватсля.

Первый вы и ря м ител ь 36 подкл юче H ко входной сети с частотой F линейным нажением ) )„, тогда выпрямленное напряжение U, на выходе нерегулируемого первого выпрямителя 36 равно:

),35 UaB ! >!

KT

I äE )х-. — коэффициент трансформации трансформатора 1 на фиг. 4.

Значение напряжения ).. чо при хо,гостом хс>дс преобразователя частоты выбирается из

KoëoBèÿ обеспечения устойчивой коммуT«II(HH инверторов 3- 8. При последовательном соединении выllðÿмителей 35 и 36 начальное напряжение ). !.с> заряда коммутирующих конденсаторов выбрано таким образом, чтобы при холостом ходе, например, Fмакс

U:с> = — ) + ). 2

2 где Е ."- — наибольшее допустимое значеHие выпрямленного напряжения основного источника питания -- силового выпрямителя 1 при холостом ходе преобразователя частоты; 1..! .с> — начальное выпрямл >Нное напряжение источника заряда коммутируемых кон jt HoàòoðoB, образованного последовательным соединением первого и второго выпрямителей 35 и 36 при холостом ходе преобразоватсля частоты.

Г1ри нормируемой перегрузке (например, двойной) напряжение источника заряда

U,. (E>i.>кс.

Внешние характеристики первого выпрямителя 36 I., = f(1) второго выпрямителя 35 (.; = !,!),источника заряда 1), — !(1) и силового выпрямителя 1 (основного источника IH тания) приведены на фиг. 5

/ соответственно прямыс — 4. Выход источника заряда шунтирован накопительным конденсатором 38, величиной емкости на поря;lîк выше половины емкости коммутиру>огцих ко«деHOBTopoB 03Hol о инвертop;I

3 — 8. 1-!акопительнь>й I OHleHcaтор 38 сн>сспечивает сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения Ui и дозаряжает коммхтирующие конде >саторы при коммхтации

КЛЮЧЕВЫХ ЭЛЕМЕ ITOB.

Дроссель 37 ограничивает зарядный ток групп 3) — 38 коммутирующих конденсаторов и ограничивает при коротком замыкании в инверторах 3--8 провал напряжения )) источника заряда при огpBHH÷oíHÎÉ могцно!.ти выпрямителей 35 и 36.

1403305

1, K l. — = 1+ —

U1 выпрямленное HallpH)IE. !!II <)с))единенном выходе источника за 1)яда в точке подключения к клеммам инвертора ячейки 3 --8;

55 где Г),.

Суммарная мощность выпрямителей 35 и 36 должна быть болыие коммутационных потерь мощности в инверторах 3 — 8 с учетом частоты коммутации и К11Д выпрямителей 35 и 36. 5

Для рассматриваемого преобразователя частоты частота коммутаций составляет

UI, = 6nk l = 24f, где N), — частота коммутаций преобразователя частоты за 1 с; 10 и), -- частота коммутаций однофазного регулируемого мостового инвертора за период частоты t выходного напряжения, nk = 4 (фиг. 2); количество инверторов 3 — 8 (фиг. 1).

Такая же частота пульсаций напряжения

U, источника заряда от возвращаемой энергии при коммутации ключевых элементов инверторов. Напряжение U, источника подзаряда подводится к положительным и отрицательным шинам подзаряда конденса. торов инверторов 3 — -8, причем его внешняя .характеристика соответствует прямой 3 на фиг. 5 (внешняя характеристика последовательно соединенных двух выпрямителей заряда комм\ THpующих KQII3OHOBTopoB) . 25

Те.снико-экономические преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известным заключаются в следующем. Предлагаемое устройство имеет источник заряда конденсаторов, однако последний не позволяет регулировать уровень его напряжения 30 пропорционально нагрузке инвертора и, тем самым, обеспечивать снижение коммутационных потерь B инверторе особенно при его нагрузках менее номинальной, что ведет к непроизводительным потерям энергии. Ввиду то. го, что известное устройство не позволяет 35 регулировать уровень напряжения источника ,заряда конденсаторов пропорционально нагрузке инверторов, для его реализации необходимо было бы ввести такое устройство .(например, на базе трансформаторов тока,, 0 включенных в фазные провода на выходе инвертора), что:увеличило бы его весогабаритные показатели. В предлагаемом устройстве источник, заряда коммутирующих конденсаторов состоит из двух последовательно соединенных нерегулируемого первого 45 выпрямителя и регулируемогo неуправляемого второго выпрямителя, причем первый выпрямитель подкл)очен вхо loll к входной сети преобразователя.

Соотношение напряжений UI Ilopâîãо источника подзаряда и )после loBclTBл)ии) вклю- 50

ИЕННОГО С НИМ BTOPOI НЯПРЯ)КЕПИ)1 (1 > введенного вь)прямителя выбирп)от из выражения

UI постоянное напряжение на выходе существующего источника заряда (нерегулируемая часть напряжения источника заряда);

U — — Kl — регулируемая часть напряжения цепи подзаряда;

1 — полный фазный ток на выходе преобразователя;

К вЂ” коэффициент пропорциональности, зависящий от схемы выпрямления, величины индуктивности индуктивного элемента фильтра, коэффициента трансформации введенного трансформатора и частоты выходного напряжения: который изменяется практически в пределах

0,001...! . — определяет начальное напряжение (в

1Л

v отн. ед.) от первого выпрямителя на коммутирую)цих конденсаторах при холостом ходе преобразователя, а — определяет добаU„ ночную величину напряжения (в отн. ед.) на конденсаторах от второго выпрямителя, пропорциональное полному току нагрузки преобразователя. Полный ток состоит из емкостного тока, 1 С-фильтра и тока нагрузки преобразователя. Полный ток, протекая через дроссель 17 — 19, вызывает на них падение напряжения, которое, трансформируясь трансформаторами напряжения 29-31 во вторичные обмотки 32- -34 необходимого уровня, поступает на вход второго выпрямителя 35, выходное напряжение Uz которого, складываясь последовательно с напряжением первого выпрямителя, определяет внешнюю характеристику 3 (фиг. 5) источника подзаряда в зависимости от полного тока на выходе преобразователя.

Автоматический подзаряд коммутирующих конденсаторов организован так, что в области малых нагрузок инвертора коммутационные потери энергии также относительно небольшие, что обеспечивает снижение потерь энергии.

Формула изобретения

1. Автономный инвертор напряжения по авт. св. ¹ 1312708, отлина)с)и(ийся le», что, с целью улучшения энергетических и массогабаритных показателей, он снабжен выходным 1 С-фильтром и трансформатором напряжения, первичная обмотка которого подключена napaëëå Iû!o дросселк) L.Ñ-филь гра, а вторичная I o обмотка подключена к входу введенного диодного выпрямителя, выход которого с напряжением (; = К 1 включен согласно последоваге IbHo с источником подзаряда коммутирующих конденсаторов, причем отношение этих напряжений задают в соответс)вии с выражением:

К IH UC — — 1

Ц Uf где )) )

К— результирующее напряжение подзаряда коммутирующих конденсаторов; выходной фазный ток инвертора; коэффициент пропорциональности, завися(ций от схемы вьшрямления, величины индуктивности дросселя

L.Ñ-фил ьтра, коэффициента тра нсформации введенного трансформатO))cI и I iOTOThl ВЫХОДНОГО II

2. И н вертор Il» н. 1, о)сш 1()ющ!(!) с»

5 тем, что, с целью повыгн llllH фу нкцнои а л ь Н О и Н а дс ж I I O (. T f I, l l I I I Н ы и о 1 3 3 )) 51. (11 ко )1мътиру 10!них I(()II.L(нс ITo))013 нодк, I K) I(. lfû K

3 казанной If(IIII нодз(1РЯда ч(. Р(. 3 1!Вел Ill!hill

I3To))of() 1C l -фи,lь r)).! -103305

EW»

Ен

4 сн

6иин

VT»

Чн (..0(Tff t>IITo. l l> (. Мы пы к

Релактор !. Сег 1>lfillt(1 стрел И. Бс!)ес Ko(>(>o ор O. ((,ралли>>а

:»акал 28(>((>52 Гира>к (>(>5 . Ilo;ttt>>0»oe

В((((((!((1 >с!.(Орс) веииого колит(та (.(.t.(> ио тел(>)> и 300ретсиий и Отары> ии ! (:(()35), Моеf lfл, Ж:(5. (>»уи>ск l>l иао., т (5 ((РОизао>(стн(tlllo-Ilo 1I! Ã!)0((Ill >сскос ОР(г(п Риити(, 1 " >кГОРО.I. . I ((Роек) и(ill. (