Преобразователь постоянного напряжения в переменное

Изобретение относится к электротехнике, а именно к инверторам для автономных источников электропитания разнообразного электрооборудования, требующего использования синусоидальной формы переменного тока. Преобразователь постоянного напряжения содержит генератор синусоидального напряжения, драйвер-усилитель и силовой электронный прерыватель, при этом генератор синусоидального напряжения с частотой f выполнен в виде миниатюрного мотор-генератора, электродвигатель которого вращается со стабилизированной скоростью, пропорциональной частоте f, и мотор-генератор управляет электронным прерывателем-расщепителем. Электродвигатель мотор-генератора питается от постоянного или переменного тока и может плавно менять скорость вращения. Технический результат состоит в получении без искажений формы выходного напряжения по сравнению с чистой синусоидой, повышении надежности работы во внешних электрических полях, расширении области применения и снижении стоимости изготовления. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к инверторам для автономных источников электропитания разнообразных электроприборов, установок и оборудования, требующих для своей работы высококачественной синусоидальной формы переменного тока.

Известно устройство преобразователя постоянного напряжения в синусоидальное переменное, которое состоит из электронного автогенератора синусоидального сигнала, электронного драйвер-усилителя и электронного прерывателя, собранного на мощных тиристорах или транзисторах. Источником питания служит блок аккумуляторных батарей (см. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с.316, 322).

Недостатком известных электронных схемных решений преобразователя является близкая к прямоугольнику или трапеции форма выходного напряжения.

Известно устройство преобразователя постоянного напряжения в синусоидальное переменное, где для улучшения формы кривой напряжения в электронной схеме инвертора используются трансформаторы (патент РФ №2290743 от 23.06.2005 г.). Недостатком таких преобразователей является большой вес и высокая стоимость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство преобразователя постоянного напряжения в переменное (Кузькин В.И. Однофазный агрегат бесперебойного питания мощностью 3 кВА. «Силовая электроника» №3 (30), октябрь 2003, стр.2), который состоит из двух блоков - системного и батарейного. Системный блок содержит четыре функциональных электронных блока - корректор коэффициента мощности, преобразователь постоянного напряжения, мостовой инвертор, а также коммутационную аппаратуру. Батарейный блок представляет собой набор электрохимических аккумуляторов постоянного тока.

Недостатком прототипа является искажение формы выходного напряжения по сравнению с чистой синусоидой, что ограничивает область применения. Эти искажения связаны с электронной схемой инвертора и влиянием на электронные детали внешних электрических полей.

Задачей предлагаемого изобретения является синхронизация синусоидального напряжения с внешней сетью и с множеством параллельно работающих инверторов.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение схемы преобразователя, увеличение универсальности использования, снижение длительности настройки и уменьшение стоимости изготовления.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в переменное синусоидальное, содержащем генератор синусоидального напряжения, драйвер-усилитель и силовой электронный прерыватель, генератор синусоидального напряжения с частотой f выполнен в виде миниатюрного мотор-генератора, электродвигатель которого вращается со стабилизированной скоростью, пропорциональной частоте f, и мотор-генератор управляет электронным прерывателем-расщепителем.

Дополнительное снижение стоимости преобразователя достигается тем, что в мотор-генераторе ротор генератора выполнен из постоянного магнита.

Еще большее снижение стоимости достигается тем, что электродвигатель мотор-генератора питается от стабилизированного источника постоянного тока.

Возможность плавной регулировки частоты синусоидального выходного напряжения достигается тем, что стабилизированный источник питания постоянного тока содержит регулятор величины напряжения.

Расширение области применения достигается тем, что электродвигатель мотор-генератора питается от сети переменного тока, на которую работает преобразователь.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1, 2, 3 и 4.

На фиг.1 показана функциональная схема преобразователя с питанием электродвигателя мотор-генератора от аккумуляторной батареи.

На фиг.2 функциональная схема преобразователя с питанием мотор-генератора от сети переменного тока.

На фиг.3 синусоидальная форма напряжения, вырабатываемого мотор-генератором.

На фиг.4 форма напряжения, получаемого в делителе-прерывателе.

На фиг.1 преобразователь состоит из аккумуляторной батареи 1, стабилизатора постоянного тока 2, мотор-генератора 3, электродвигателя 4, генератора 5 синусоидального напряжения, электронного прерывателя-расщепителя 6, драйвер-усилителя 7, транзисторного моста 8, трансформатора 9. Генератор 5 синусоидального напряжения имеет ротор из постоянного магнита и статорную обмотку, которая вырабатывает синусоидальное напряжение, показанное на фиг.3. На фиг.2 функциональная схема преобразователя состоит из солнечной батареи 10, мотор-генератора 3, электродвигателя 4, генератора 5 синусоидального напряжения, электронного прерывателя-расщепителя 6, электронного драйвер-усилителя 7, транзисторного моста 8, трансформатора 9 и электросети переменного тока 11. При мощностях инвертора менее 3000 Вт драйвер-усилитель не требуется.

Преобразователь согласно схеме фиг.1 работает на нагрузку следующим образом. После подачи электропитания от стабилизатора постоянного тока 2 миниатюрный электродвигатель 4 и ротор генератора 5 начинают вращаться с постоянной скоростью, например, 3000 об/мин. При этом в статорной обмотке генератора 5 возникает переменное напряжение (величиной в несколько вольт при токе менее 1 А) правильной синусоидальной формы с частотой 50 Гц (см. фиг.3).

Далее этот сигнал поступает на электронный прерыватель-расщепитель 6, который разбивает каждую полуволну синусоиды на несколько тысяч высокочастотных импульсов, показанных на фиг.4.

Сформированный прерывателем-расщепителем 6 синусоидальный сигнал поступает на драйвер-усилитель 7 (если он необходим), управляющий транзисторным мостом 8 на мощных транзисторах, и далее через трансформатор 9 получаем переменное синусоидальное напряжение необходимой величины. Для изменения частоты выходного напряжения достаточно изменить величину выходного напряжения стабилизатора постоянного тока 2.

По схеме на фиг.2, в отличие от фиг.1, нагрузкой служит электросеть 11 переменного тока и от нее питается электродвигатель мотор-генератора. Тем самым достигается синхронизация частоты и фазы синусоидального сигнала генератора 5 с электросетью, что позволяет передавать через преобразователь электроэнергию, выработанную солнечной батареей 10 в электросеть 11.

Достоинством предлагаемого преобразователя является простота изготовления, расширение областей применения и нечувствительность его работы к электрическим помехам.

1. Преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальное, содержащий генератор синусоидального напряжения, драйвер-усилитель и силовой электронный прерыватель, отличающийся тем, что генератор синусоидального напряжения с частотой f выполнен в виде миниатюрного мотор-генератора, электродвигатель которого вращается со стабилизированной скоростью пропорциональной частоте f и мотор-генератор управляет электронным прерывателем-расщепителем.

2. Преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальное по п.1, отличающийся тем, что в мотор-генераторе ротор генератора выполнен из постоянного магнита.

3. Преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальное по п.1 или 2, отличающийся тем, что электродвигатель мотор-генератора питается от стабилизированного источника постоянного тока.

4. Преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальное по п.1 или 2, отличающийся тем, что стабилизированный источник питания имеет регулятор величины напряжения.

5. Преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальное по п.1, отличающийся тем, что электродвигатель мотор-генератора питается от сети переменного тока, на которую работает преобразователь.