Преобразователь напряжения постоянного тока в трехфазное напряжение переменного тока на реверсивном выпрямителе

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока. Технический результат заключается в разработке преобразователя, формирующего трехфазную систему симметричного напряжения. Для этого заявленное устройство содержит однофазный инвертор 1, трансформатор 6, выходной фильтр 25, реверсивный выпрямитель, в устройство введены три вторичных обмотки 9, 10, 11 со средними точками и расположенные под углом 120°, выход каждой вторичной обмотки подключен к однофазному реверсивному выпрямителю 12, 13 и 14, система управления однофазного инвертора 26 содержит генератор пилообразного напряжения 27, трансформаторно-выпрямительный блок 28, первый 30 и второй 31 формирователь импульсов, первый 32 и второй 33 распределитель импульсов, система управления реверсивными выпрямителями 35 состоит из трех однофазных блоков управления 35, 36, 37, входы которых подключены к фазосдвигающему устройству реверсивных выпрямителей 48, каждый из однофазных блоков управления содержит блок синхронизации 38, генератор типа кривой 39, первый 40 и второй 41 логические элементы И, первый 42 и второй 43 распределитель импульсов, первый 44, второй 45, третий 46 и четвертый 47 усилители импульсов. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока.

Известно техническое решение преобразователя напряжения (а.с. СССР №944027), содержащего однофазный инвертор, многосекционный трансформатор, ключи переменного тока.

Недостатками преобразователя являются большая масса и габариты и относительно низкая надежность работы.

Наиболее близким по техническому решению является преобразователь напряжения постоянного тока на реверсивном выпрямителе (патент RU.№2420855, МПК Н02М 7/539, Опубл 10.06.2011, бюл №16), содержащий однофазный инвертор, трансформатор, выходной фильтр, реверсивный выпрямитель и системы управления, обеспечивающие работу однофазного инвертора и реверсивного выпрямителя.

Недостатком преобразователя является наличие однофазного выхода и невозможность работы преобразователя на трехфазную нагрузку.

Техническим результатом является разработка преобразователя, формирующего трехфазную систему симметричного напряжения.

Поставленная задача достигается тем, что преобразователь напряжения постоянного тока в трехфазное напряжение переменного тока на реверсивном выпрямителе, содержащий однофазный инвертор, трансформатор, выходной фильтр, реверсивный выпрямитель и системы управления, обеспечивающие работу однофазного инвертора и реверсивного выпрямителя, согласно изобретению содержит три вторичных обмотки со средними точками и расположенные под углом 120°, выход каждой вторичной обмотки подключен к однофазному реверсивному выпрямителю, а также систему управления, позволяющую создать на выходе преобразователя трехфазную симметричную систему напряжения, причем входные зажимы преобразователя подключены к положительной и отрицательной клемме источника питания постоянного тока, при этом первый входной зажим соединен с эмиттер-коллекторными переходами первого, второго, третьего и четвертого транзисторов однофазного инвертора, эмиттеры первого и второго транзисторов однофазного инвертора соединены с началом и концом соответственно первой первичной обмотки трансформатора, а эмиттеры третьего и четвертого транзисторов однофазного инвертора - с началом и концом соответственно второй первичной обмотки трансформатора, второй входной зажим преобразователя соединен со средними точками первой и второй первичных обмоток трансформатора, начало первой вторичной обмотки трансформатора подключено к первому и второму встречно-параллельно включенным тиристорам первого реверсивного выпрямителя, а конец первой вторичной обмотки трансформатора подключен к третьему и четвертому встречно-параллельно включенным тиристорам первого реверсивного выпрямителя, выходы которых объединены с выходами первого и второго тиристоров первого реверсивного выпрямителя и подключены к первому выводному зажиму, подключение второй и третьей вторичных обмоток с вторым и третьим реверсивными выпрямителями аналогично подключению первой вторичной обмотки и первого реверсивного выпрямителя, выводы второго и третьего реверсивного выпрямителя подключены ко второму и третьему выходу преобразователя, средние точки вторичных обмоток объединены и являются четвертым выводным зажимом преобразователя, выполняя роль нулевого провода, к выходным зажимам преобразователя подключается выходной фильтр для подавления высших гармоник, выводы которого служат для подключения трехфазной нагрузки, система управления однофазного инвертора содержит генератор пилообразного напряжения, трансформаторно-выпрямительный блок, первый и второй формирователь импульсов, первый и второй распределитель импульсов, причем выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входу формирователя импульсов, второй вход которого присоединен к выходу трансформаторно-выпрямительного блока, выход первого формирователя импульсов подключен к входу распределителя импульсов, а его выходы подключены к управляющим электродам первого и второго транзисторов однофазного инвертора, второй выход генератора пилообразного напряжения через фазосдвигающее устройство подключен к первому входу второго формирователя импульсов, второй вход которого подключен к второму выходу трансформаторно-выпрямительного блока, выход второго формирователя импульсов, через второй распределитель импульсов, подключен к управляющим электродам третьего и четвертого транзисторов однофазного инвертора, вход трансформаторно-выпрямительного блока подключен к первому, второму, третьему и четвертому выходному зажиму преобразователя, система управления реверсивными выпрямителями состоит из трех однофазных блоков управления, входы которых подключены к фазосдвигающему устройству реверсивных выпрямителей, каждый из однофазных систем управления содержит блок синхронизации, генератор типа кривой, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределитель импульсов, первый, второй, третий и четвертый усилители импульсов, причем вход блока синхронизации подключен к выходу и средней точке вторичной обмотки трансформатора, а его выход подключен к вторым входам логических элементов И, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора типа кривой, вход которого является входом однофазного блока управления, выходы первого и второго логических элементов и соединены с входом первого и второго распределителя импульсов соответственно, первый и второй выход первого распределителя импульсов, первый и второй вход второго распределителя импульсов соединены с первым, вторым, третьим и четвертым усилителями импульсов, а выходы первого, второго, третьего и четвертого усилителя импульсов подключены к первому, третьему, второму и четвертому тиристору соответственно, вход фазосдвигающего устройства реверсивного выпрямителя соединен с входом генератора пилообразного напряжения системы управления однофазного инвертора.

Новизна технического решения заключается в том, что использование трех вторичных обмоток со средними точками, трех однофазных реверсивных выпрямителей и системы управления реверсивными выпрямителями позволяет подключать к преобразователю трехфазную нагрузку.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема преобразователя напряжения постоянного тока в трехфазное напряжение переменного тока на реверсивном выпрямителе; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы преобразователя.

Преобразователь напряжения постоянного тока в трехфазное напряжение переменного тока на реверсивном выпрямителе содержит однофазный инвертор 1, состоящий из транзисторов 2, 3, 4 и 5, трансформатор 6, содержащий две первичные обмотки 7 и 8 со средними точками, а также три вторичных обмотки 9, 10 и 11 со средними точками и расположенные под углом 120°, выход каждой вторичной обмотки подключен к однофазному реверсивному выпрямителю 12, 13 и 14, причем входные зажимы преобразователя 15 и 16 подключены к положительной и отрицательной клемме источника питания постоянного тока, при этом первый входной зажим 15 соединен с эмиттер-коллекторными переходами первого 2, второго 3, третьего 4 и четвертого 5 транзисторов однофазного инвертора 1, эмиттеры первого 2 и второго 3 транзисторов однофазного инвертора 1 соединены с началом и концом соответственно первой первичной обмотки 7 трансформатора 6, а эмиттеры третьего 4 и четвертого 5 транзисторов однофазного инвертора 1 - с началом и концом соответственно второй первичной обмотки 8 трансформатора 6, второй входной 16 зажим преобразователя соединен со средними точками первой 7 и второй 8 первичных обмоток трансформатора 6, начало первой вторичной обмотки 9 трансформатора 6 подключено к первому 17 и второму 18 встречно-параллельно включенным тиристорам первого реверсивного выпрямителя 12, конец первой вторичной обмотки 9 подключен к третьему 19 и четвертому 20 встречно-параллельно включенным тиристорам первого реверсивного выпрямителя 12, выходы первого 17 и второго 18 тиристора объединены с выходами третьего 19 и четвертого 20 тиристоров первого реверсивного выпрямителя 12 и подключены к первому выводному зажиму 21, подключение второй 10 и третьей 11 вторичных обмоток с вторым 13 и третьим 14 реверсивными выпрямителями аналогично подключению первой вторичной обмотки 9 и первого реверсивного выпрямителя 12, выводы второго 13 и третьего 14 реверсивного выпрямителя подключены ко второму 22 и третьему 23 выходу преобразователя соответственно, средние точки вторичных обмоток 9, 10 и 11 объединены и являются четвертым 24 выводным зажимом преобразователя, выполняя роль нулевого провода, к выходным зажимам 21, 22, 23, 24 подключается выходной фильтр 25 для подавления высших гармоник, выводы которого служат для подключения трехфазной нагрузки, система управления инвертора 26 содержит генератор пилообразного напряжения 27, трансформаторно-выпрямительный блок 28, фазосдвигающее устройство 29, первый 30 и второй 31 формирователь импульсов, первый 32 и второй 33 распределитель импульсов, причем выход генератора пилообразного напряжения 27 подключен к первому входу первого формирователя импульсов 30, второй вход которого присоединен к первому выходу трансформаторно-выпрямительного блока 28, выход формирователя импульсов 30 подключен через первый распределитель импульсов 32 к управляющим электродам первого 2 и второго 3 транзисторов, вход трансформаторно-выпрямительного блока 28 подключен к первому 21, второму 22, третьему 23 и четвертому 24 выходному зажиму преобразователя, второй выход генератора пилообразного напряжения 27 через фазосдвигающее устройство 29 подключен к первому входу второго формирователя импульсов 31, второй вход которого подключен к второму выходу трансформаторно-выпрямительного блока 28, выход второго формирователя импульсов 31 подключен через второй распределитель импульсов 33 к управляющим электродам третьего 4 и четвертого 5 транзисторов, система управления реверсивными выпрямителями 34 состоит из трех однофазных блоков управления 35, 36 и 37, каждый из которых содержит блок синхронизации 38, генератор типа кривой 39, первый 40 и второй 41 логические элементы И, первый 42 и второй 43 распределитель импульсов, первый 44, второй 45, третий 46 и четвертый 47 усилители импульсов, причем вход блока синхронизации 38 подключен к концу и средней точке первой вторичной обмотки 9, а его выход подключен к вторым входам первого 40 и второго 41 логических элементов И, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора типа кривой 39, вход которого соединен с первым выходом фазосдвигающего устройства реверсивного выпрямителя 48, выходы первого 40 и второго 41 логических элементов И соединены с входом первого 42 и второго 43 распределителя импульсов соответственно, первый и второй выход первого распределителя импульсов 42, первый и второй выход второго распределителя импульсов 43 соединены с первым 44, вторым 45, третьим 46 и четвертым 47 усилителями импульсов, а выходы первого 44, второго 45, третьего 46 и четвертого 47 усилителя импульсов подключены к первому 17, третьему 19, второму 18 и четвертому 20 тиристору соответственно, вход фазосдвигающего устройства реверсивного выпрямителя 48 соединен с входом генератора пилообразного напряжения 27 системы управления однофазного инвертора 26, а выходы фазосдвигающего устройства реверсивного выпрямителя 48 соединены со входами однофазных блоков управления 35, 36 и 37.

Преобразователь напряжения постоянного тока в трехфазное напряжение переменного тока на реверсивном выпрямителе работает следующим образом. Напряжение источника постоянного тока подается к входным зажимам 15, 16, которые являются входами инвертора 1. При переменной работе транзисторов 2 или 3 и 4 или 5 в первичных обмотках трансформатора 6 протекает пульсирующий ток, который наводит переменный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора (фиг.2, д, и) и создают таким образом круговое вращающееся магнитное поле с магнитным потоком Ф (фиг.2, к) действие которого наводит трехфазную ЭДС на выходе трансформатора 6. При дестабилизирующих факторах на выходных зажимах 21, 22, 23, 24 система управления 26 обеспечивает стабилизацию напряжения на вторичных обмотках трансформатора 6. Система управления инвертором 26 работает следующим образом. Генератор пилообразно напряжения 27 генерирует опорный сигнал u_ГПН (фиг.2, а), который поступает на формирователь импульсов 30 и фазосдвигающее устройство 29. На второй вход формирователя импульсов 30 поступает ведущий сигнал u_ТВБ от трансформаторно-выпрямительного блока 28 (фиг.2, а). В случае, когда u_ГПН>u_ТВБ, формируется управляющий сигнал u_ФИ1 (фиг.2, б), который через распределитель импульсов 32 поступает на управляющие электроды транзистора 2 или 3 (фиг.2, в, г). Фазосдвигающее устройство 29 осуществляет электрический сдвиг опорного сигнала u_ГПН на 90° (фиг.2, е), в результате сдвигаются на 90° управляющие импульсы поступающие на управляющие электроды транзистора 3 или 5 инвертора 1 (фиг.2, ж, з) 1 в магнитопроводе трансформатора 6 наводится круговое вращающееся магнитное поле (фиг.2, к). Рассмотрим работу системы управления реверсивным выпрямителем 34 на примере одного блока. Фазосдвигающее устройство реверсивного выпрямителя 48 формирует низкочастотный сигнал синусоидальной формы u_ФСУРВ, соответствующий частоте нагрузки (фиг.2, н), который синхронизирован с генератором пилообразного напряжения 27 и поступает на вход генератора типа кривой 39, на выходе которого формируются импульсы, соответствующие положительной и отрицательной полуволнам фазосдвигающего устройства реверсивного выпрямителя 48 (фиг.2, о). Сигналы с выхода генератора типа кривой 39 подаются на первые входы логических элементов И 40 и 41 соответственно. На второй вход которых поступает сигнал u_БС, синхронизированный с напряжением источника питания (фиг.2, м) через блок синхронизации 38. При положительной полярности низкочастотного выходного напряжения срабатывает логический элемент И 40, и импульсы управления через первое распределительное устройство 42 и усилители импульсов 44, 45 поступают на управляющие электроды тиристоров 17 и 19 силовой схемы реверсивного выпрямителя 12, и на выходе преобразователя формируются положительные полуволны u'₂₁ (фиг.2, п, 0÷π). При отрицательной полярности срабатывает логический элемент И 41, и импульсы управления через второе распределительное устройство 43 и усилители импульсов 46, 47 поступают на управляющие электроды тиристоров 18 и 20 силовой схемы реверсивного выпрямителя 12, и на выходе преобразователя формируются отрицательные полуволны u'₂₂ (фиг.2, п, π÷2π). Блоки управления 36 и 37 работают аналогично, со смещением 120° эл, которые задаются при помощи фазосдвигающего устройства 48, и таким образом формируется трехфазное напряжение требуемой частоты на выходе преобразователя, при этом выходной фильтр 25 подавляет высшие гармоники, обеспечивая требуемое качество выходного напряжения u_ВЫХ (фиг.2, р).

Преобразователь напряжения постоянного тока в трехфазное напряжение переменного тока на реверсивном выпрямителе, содержащий однофазный инвертор, трансформатор, выходной фильтр, реверсивный выпрямитель и системы управления, обеспечивающие работу однофазного инвертора и реверсивного выпрямителя, отличающийся тем, что содержит три вторичных обмотки со средними точками, и расположенные под углом 120°, выход каждой вторичной обмотки подключен к однофазному реверсивному выпрямителю, а также систему управления, позволяющую создать на выходе преобразователя трехфазную симметричную систему напряжения, причем входные зажимы преобразователя подключены к положительной и отрицательной клеммам источника питания постоянного тока, при этом первый входной зажим соединен с эмиттер-коллекторными переходами первого, второго, третьего и четвертого транзисторов однофазного инвертора, эмиттеры первого и второго транзисторов однофазного инвертора соединены с началом и концом, соответственно, первой первичной обмотки трансформатора, а эмиттеры третьего и четвертого транзисторов однофазного инвертора - с началом и концом, соответственно, второй первичной обмотки трансформатора, второй входной зажим преобразователя соединен со средними точками первой и второй первичных обмоток трансформатора, начало первой вторичной обмотки трансформатора подключено к первому и второму встречно-параллельно включенным тиристорам первого реверсивного выпрямителя, а конец первой вторичной обмотки трансформатора подключен к третьему и четвертому встречно-параллельно включенным тиристорам первого реверсивного выпрямителя, выходы которых объединены с выходами первого и второго тиристоров первого реверсивного выпрямителя и подключены к первому выводному зажиму, подключение второй и третьей вторичных обмоток с вторым и третьим реверсивными выпрямителями аналогично подключению первой вторичной обмотки и первого реверсивного выпрямителя, выводы второго и третьего реверсивного выпрямителя подключены ко второму и третьему выходу преобразователя, средние точки вторичных обмоток объединены и являются четвертым выводным зажимом преобразователя, выполняя роль нулевого провода, к выходным зажимам преобразователя подключается выходной фильтр, для подавления высших гармоник, выводы которого служат для подключения трехфазной нагрузки, система управления однофазного инвертора содержит генератор пилообразного напряжения, трансформаторно-выпрямительный блок, первый и второй формирователи импульсов, первый и второй распределители импульсов, причем выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входу формирователя импульсов, второй вход которого присоединен к выходу трансформаторно-выпрямительного блока, выход первого формирователя импульсов подключен к входу распределителя импульсов, а его выходы подключены к управляющим электродам первого и второго транзисторов однофазного инвертора, второй выход генератора пилообразного напряжения через фазосдвигающее устройство подключен к первому входу второго формирователя импульсов, второй вход которого подключен к второму выходу трансформаторно-выпрямительного блока, выход второго формирователя импульсов, через второй распределитель импульсов, подключен к управляющим электродам третьего и четвертого транзисторов однофазного инвертора, вход трансформаторно-выпрямительного блока подключен к первому, второму, третьему и четвертому выходному зажиму преобразователя, система управления реверсивными выпрямителями состоит из трех однофазных блоков управления, входы которых подключены к фазосдвигающему устройству реверсивных выпрямителей, каждая из однофазных систем управления содержит блок синхронизации, генератор типа кривой, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределители импульсов, первый, второй, третий и четвертый усилители импульсов, причем вход блока синхронизации подключен к выходу и средней точке вторичной обмотки трансформатора, а его выход подключен к вторым входам логических элементов И, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора типа кривой, вход которого является входом однофазного блока управления, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входами первого и второго распределителей импульсов соответственно, первый и второй выходы первого распределителя импульсов, первый и второй входы второго распределителя импульсов соединены с первым, вторым, третьим и четвертым усилителями импульсов, а выходы первого, второго, третьего и четвертого усилителя импульсов подключены к первому, третьему, второму и четвертому тиристорам соответственно, вход фазосдвигающего устройства реверсивного выпрямителя соединен с входом генератора пилообразного напряжения системы управления однофазного инвертора.