Трехфазный инвертор с переменной структурой

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах бесперебойного электроснабжения для преобразования напряжений постоянного тока в трехфазную симметричную систему напряжений переменного тока. Технический результат заключается в обеспечении номинального значения трехфазного напряжения на выходе инвертора за счет применения в составе источника постоянного тока двух аккумуляторных блоков и силовых ключей, а также изменения схемы включения секций первичных обмоток трансформатора с вращающимся магнитным полем. Для этого заявленное устройство содержит источник постоянного тока, однофазные автономные инверторы, трансформатор с вращающимся магнитным полем, содержащий первичные и вторичные обмотки, имеет блоки контактов и источник постоянного тока, который содержит два аккумуляторных блока и пять силовых ключей, каждый из четырех блоков контактов содержит три силовых ключа, два входа и три выхода, причем вторичные обмотки размещены на статоре под углом 120°, их начала являются трехфазными выводами устройства, а концы объединены и образуют трехфазную обмотку, включенную по схеме звезда. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных систем бесперебойного электроснабжения для преобразования напряжений постоянного тока в трехфазную симметричную систему напряжений переменного тока.

Известно техническое решение - преобразователь напряжения постоянного тока в трехфазное переменное, выполненный на базе трех мостовых однофазных транзисторных инверторах и трехфазного трансформатора (Моин B.C. Стабилизированные трехфазные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с.314).

Недостатками преобразователя являются низкая надежность работы и высокий уровень электромагнитных помех из-за большого числа силовых полупроводниковых ключей, сложная система управления.

В качестве прототипа выбран «Трехфазный инвертор», патент РФ №2426216, Н02М 7/53, содержащий источник напряжения постоянного тока, однофазные автономные инверторы, трансформатор с вращающимся магнитным полем, содержащий первичные и вторичные обмотки.

Недостатком известного изобретения является то, что при пониженном значении напряжения источника питания постоянного тока силовая схема инвертора не обеспечивает номинальное значение трехфазного напряжения на выходе.

Техническим результатом является обеспечение номинального значения трехфазного напряжения на выходе инвертора за счет применения в составе источника постоянного тока двух аккумуляторных блоков и силовых ключей, а так же изменения схемы включения секций первичных обмоток трансформатора с вращающимся магнитным полем.

Трехфазный инвертор с переменной структурой, содержащий источник постоянного тока, однофазные автономные инверторы, трансформатор с вращающимся магнитным полем содержащий первичные и вторичные обмотки, согласно изобретению имеет блоки контактов и источник постоянного тока, который содержит два аккумуляторных блока и пять силовых ключей, при этом положительный полюс первого аккумуляторного блока соединен с первым выходом источника постоянного тока и с первым зажимом первого силового ключа источника постоянного тока, отрицательный полюс первого аккумуляторного блока подключен к первому зажиму второго силового ключа источника постоянного тока и к первому зажиму третьего силового ключа источника постоянного тока, положительный полюс второго аккумуляторного блока подключен ко второму зажиму второго силового ключа источника постоянного тока, а также к первому зажиму четвертого силового ключа источника постоянного тока, отрицательный полюс второго аккумуляторного блока подключен к четвертому выходу источника постоянного тока и к первому зажиму пятого силового ключа источника постоянного тока, второй зажим четвертого силового ключа и второй зажим первого силового ключа источника постоянного тока объединены и подключены к третьему выходу источника постоянного тока, второй зажим третьего силового ключа и второй зажим пятого силового ключа источника постоянного тока объединены и подключены ко второму выходу источника постоянного тока, к первому выходу источника постоянного тока через эмиттер-коллекторный переход первого транзистора первого однофазного инвертора подключен первый вход первого блока контактов, второй вход которого подключен к второму выходу источника постоянного тока, также к первому выходу источника постоянного тока через эмиттер-коллекторный переход второго транзистора первого однофазного инвертора подключен первый вход второго блока контактов, второй вход которого подключен к второму выходу источника постоянного тока, к третьему выходу источника постоянного тока через эмиттер-коллекторный переход первого транзистора второго однофазного инвертора подключен первый вход третьего блока контактов, второй вход которого подключен к четвертому выходу источника постоянного тока, также к третьему выходу источника постоянного тока через эмиттер-коллекторный переход второго транзистора второго однофазного инвертора подключен первый вход четвертого блока контактов, второй вход которого подключен к четвертому выходу источника постоянного тока, каждый из четырех блоков контактов содержит три силовых ключа, два входа и три выхода, причем первый зажим первого силового ключа подключен к первому входу блока контактов подключен, а также к первому выходу блока контактов, второй зажим первого силового ключа блока контактов подключен к первому зажиму второго силового ключа блока контактов, а также подключен к третьему выходу блока контактов, второй зажим второго силового ключа блока контактов подключен ко второму выводу блока контактов, а также подключен к первому зажиму третьего силового ключа блока контактов, второй зажим третьего силового ключа блока контактов подключен к второму входу блока контактов, второй выход первого блока контактов подключен к началу первой секции первой первичной обмотки, конец которой подключен к первому выходу первого блока контактов, начало второй секции первой первичной обмотки подключено к второму выходу источника постоянного тока, конец второй секции первой первичной обмотки подключен к третьему выходу первого блока контактов, второй выход второго блока контактов подключен к началу первой секции второй первичной обмотки, конец которой подключен к первому выходу второго блока контактов, начало второй секции второй первичной обмотки подключено к второму выходу источника постоянного тока, конец второй секции второй первичной обмотки подключен к третьему выходу второго блока контактов, второй выход третьего блока контактов подключен к началу первой секции третьей первичной обмотки, конец которой подключен к первому выходу третьего блока контактов, начало второй секции третьей первичной обмотки подключено к четвертому выходу источника постоянного тока, конец второй секции третьей первичной обмотки подключен к третьему выходу третьего блока контактов, второй выход четвертого блока контактов подключен к началу первой секции четвертой первичной обмотки, конец которой подключен к первому выходу четвертого блока контактов, начало второй секции четвертой первичной обмотки подключено к четвертому выходу источника постоянного тока, конец второй секции четвертой первичной обмотки подключен к третьему выходу четвертого блока контактов, вторичные обмотки размещены на статоре под углом 120°, их начала являются трехфазными выводами устройства, а концы объединены и образуют трехфазную обмотку, включенную по схеме звезда.

Новизна технического решения заключается в том, что источник напряжения постоянного тока содержит два аккумуляторных блока и силовые ключи, коммутация которых позволяет получать различные уровни напряжения, а так же наличие блоков контактов, позволяющие изменять схему подключения первичных обмоток трансформатора с вращающимся магнитным полем к источнику.

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 показана принципиальная электрическая схема трехфазного инвертора с переменной структурой, на фиг.2 - схема обмоток трансформатора с вращающимся магнитным полем.

Трехфазный инвертор с переменной структурой состоит из источника постоянного тока 1, содержащего два аккумуляторных блока 2 и 3, а также силовые ключи 4, 5, 6, 7 и 8. Причем положительный полюс аккумуляторного блока 2 и первый зажим силового ключа 8 подключены к первому выходу 9 источника постоянного тока 1. Вторые зажимы силовых ключей 4 и 7 объединены и подключены ко второму выходу 10 источника постоянного тока 1. Первые зажимы силовых ключей 4 и 5 объединены и подключены к отрицательной клемме аккумуляторного блока 2. Второй зажим силового ключа 5 объединен с первым зажимом силового ключа 6 и подключен к положительной клемме аккумуляторного блока 3. Вторые зажимы силовых ключей 6 и 8 объединены и подключены к третьему выходу 11 источника постоянного тока 1. Отрицательный полюс аккумуляторного блока 3 объединен с первым зажимом силового ключа 7 и подключен к четвертому выходу 12 источника постоянного тока 1. Однофазные инверторы 13 и 14 содержат транзисторы 15 и 16, 17 и 18 соответственно. Каждый из блоков контактов 19, 20, 21 и 22 содержит первый и второй 23 и 24; 25 и 26; 27 и 28; 29 и 30 входы соответственно, три выхода 31-33; 34-36; 37-39; 40-42 соответственно, а также по три силовых ключа 43-45; 46-48; 49-51; 52-54 соответственно. Причем вход 23 через эмиттер-коллекторный переход транзистора 15 подключен к выходу 9 источника постоянного тока 1, вход 25 через эмиттер-коллекторный переход транзистора 16 так же подключен к выходу 9 источника постоянного тока 1. Вход 27 через эмиттер-коллекторный переход транзистора 17 подключен к выходу 11 источника постоянного тока 1, вход 29 через эмиттер-коллекторный переход транзистора 18 также подключен к выходу 11 источника постоянного тока 1. Вход 24 объединен с входом 26 и подключен к выходу 10 источника постоянного тока 1. Выход 28 объединен с выходом 30 и подключен к выходу 12 источника постоянного тока 1.

В блоке контактов 19 вход 23 объединен с выходом 31 и подключен к первому зажиму силового ключа 43, второй зажим которого объединен с первым зажимом силового ключа 44 и подключен к выходу 33. Второй зажим силового ключа 44 подключен к выходу 32, а также к первому зажиму силового ключа 45. Второй зажим силового ключа 45 подключен к второму входу 24 блока контактов 19. В блоке контактов 20 вход 25 объединен с выходом 34 и подключен к первому зажиму силового ключа 46, второй зажим которого объединен с первым зажимом силового ключа 47 и подключен к выходу 36. Второй зажим силового ключа 47 подключен к выходу 35, а также к первому зажиму силового ключа 48. Второй зажим силового ключа 48 подключен к второму входу 26 блока контактов 20. В блоке контактов 21 вход 27 объединен с выходом 37 и подключен к первому зажиму силового ключа 49, второй зажим которого объединен с первым зажимом силового ключа 50 и подключен к выходу 39. Второй зажим силового ключа 50 подключен к выходу 38, а также к первому зажиму силового ключа 51. Второй зажим силового ключа 51 подключен к второму входу 28 блока контактов 21.

В блоке контактов 22 вход 29 объединен с выходом 40 и подключен к первому зажиму силового ключа 52, второй зажим которого объединен с первым зажимом силового ключа 53 и подключен к выходу 42. Второй зажим силового ключа 53 подключен к выходу 41, а также к первому зажиму силового ключа 54. Второй зажим силового ключа 54 подключен к второму входу 30 блока контактов 22. Трансформатор с вращающимся полем 55 содержит первую 56 и вторую 57 секции первой первичной обмотки, первую 58 и вторую 59 секции второй первичной обмотки, первую 60 и вторую 61 секции третьей первичной обмотки, первую 62 и вторую 63 секции четвертой первичной обмотки, а также три 64, 65, 66 вторичных обмотки, размещенные под углом 120°, их начала являются трехфазными выводами А, В, С трехфазного инвертора, а концы объединены и образуют трехфазную обмотку, включенную по схеме «звезда». Причем к выходу 31 подключен конец секции 56 первичной обмотки, а ее начало подключено к выходу 32. К выходу 33 подключен конец секции 57 первичной обмотки, а ее начало - к выходу 10 источника постоянного тока 1. К выходу 34 подключен конец секции 58 первичной обмотки, а ее начало подключено к выходу 35. К выходу 36 подключен конец секции 59 первичной обмотки, а ее начало - к выходу 10 источника постоянного тока 1. К выходу 37 подключен конец секции 61 первичной обмотки, а ее начало подключено к выходу 38. К выходу 39 подключен конец секции 60 первичной обмотки, а ее начало - к выходу 12 источника постоянного тока 1. К выходу 40 подключен конец секции 63 первичной обмотки, а ее начало подключено к выходу 41. К выходу 42 подключен конец секции 62 первичной обмотки, а ее начало - к выходу 12 источника постоянного тока 1.

Трехфазный инвертор с переменной структурой работает следующим образом. Изначальное положение контактов показано на фиг.1: аккумуляторный блок 2 подключен к выводам 9 и 10 источника постоянного тока 1, а аккумуляторный блок 3 подключен к выводам 11 и 12 источника постоянного тока 1; первая и вторая секции каждой из первичных обмоток трансформатора с вращающимся магнитным полем 55 включены последовательно. При снижении уровня напряжения на одном из аккумуляторных блоков 2 или 3 происходит переключение силовых ключей 43-48 или 49-54 блоков контактов 19 и 20 или 21 и 22, при этом схемы включения соответствующих секций первичных обмоток трансформатора с вращающимся магнитным полем 55 изменяются с последовательного на параллельное, что позволяет увеличить уровень напряжения, подаваемого на секции первичных обмоток. При дальнейшем снижении уровня напряжения на аккумуляторных блоках 2 или 3 происходит переключение силовых ключей 4-8 источника постоянного тока 1, что включает аккумуляторные блоки 2 и 3 последовательно, при этом не изменяется полярность на выходах 9-12 источника постоянного тока 1, тем самым увеличивается уровень выходного напряжения источника постоянного тока. При значительном превышении уровня выходного напряжения источника постоянного тока 1, например после включения аккумуляторных блоков 2 и 3 последовательно, секции первичных обмоток переключаются в исходное, последовательное включение.

Трехфазный инвертор с переменной структурой, содержащий источник постоянного тока, однофазные автономные инверторы, трансформатор с вращающимся магнитным полем, содержащий первичные и вторичные обмотки, отличающийся тем, что имеет блоки контактов и источник постоянного тока, который содержит два аккумуляторных блока и пять силовых ключей, при этом положительный полюс первого аккумуляторного блока соединен с первым выходом источника постоянного тока и с первым зажимом первого силового ключа источника постоянного тока, отрицательный полюс первого аккумуляторного блока подключен к первому зажиму второго силового ключа источника постоянного тока и к первому зажиму третьего силового ключа источника постоянного тока, положительный полюс второго аккумуляторного блока подключен ко второму зажиму второго силового ключа источника постоянного тока, а также к первому зажиму четвертого силового ключа источника постоянного тока, отрицательный полюс второго аккумуляторного блока подключен к четвертому выходу источника постоянного тока и к первому зажиму пятого силового ключа источника постоянного тока, второй зажим четвертого силового ключа и второй зажим первого силового ключа источника постоянного тока объединены и подключены к третьему выходу источника постоянного тока, второй зажим третьего силового ключа и второй зажим пятого силового ключа источника постоянного тока объединены и подключены ко второму выходу источника постоянного тока, к первому выходу источника постоянного тока через эмиттер-коллекторный переход первого транзистора первого однофазного инвертора подключен первый вход первого блока контактов, второй вход которого подключен к второму выходу источника постоянного тока, также к первому выходу источника постоянного тока через эмиттер-коллекторный переход второго транзистора первого однофазного инвертора подключен первый вход второго блока контактов, второй вход которого подключен к второму выходу источника постоянного тока, к третьему выходу источника постоянного тока через эмиттер-коллекторный переход первого транзистора второго однофазного инвертора подключен первый вход третьего блока контактов, второй вход которого подключен к четвертому выходу источника постоянного тока, также к третьему выходу источника постоянного тока через эмиттер-коллекторный переход второго транзистора второго однофазного инвертора подключен первый вход четвертого блока контактов, второй вход которого подключен к четвертому выходу источника постоянного тока, каждый из четырех блоков контактов содержит три силовых ключа, два входа и три выхода, причем первый зажим первого силового ключа подключен к первому входу блока контактов, а также к первому выходу блока контактов, второй зажим первого силового ключа блока контактов подключен к первому зажиму второго силового ключа блока контактов, а также подключен к третьему выходу блока контактов, второй зажим второго силового ключа блока контактов подключен ко второму выводу блока контактов, а также подключен к первому зажиму третьего силового ключа блока контактов, второй зажим третьего силового ключа блока контактов подключен к второму входу блока контактов, второй выход первого блока контактов подключен к началу первой секции первой первичной обмотки, конец которой подключен к первому выходу первого блока контактов, начало второй секции первой первичной обмотки подключено к второму выходу источника постоянного тока, конец второй секции первой первичной обмотки подключен к третьему выходу первого блока контактов, второй выход второго блока контактов подключен к началу первой секции второй первичной обмотки, конец которой подключен к первому выходу второго блока контактов, начало второй секции второй первичной обмотки подключено к второму выходу источника постоянного тока, конец второй секции второй первичной обмотки подключен к третьему выходу второго блока контактов, второй выход третьего блока контактов подключен к началу первой секции третьей первичной обмотки, конец которой подключен к первому выходу третьего блока контактов, начало второй секции третьей первичной обмотки подключено к четвертому выходу источника постоянного тока, конец второй секции третьей первичной обмотки подключен к третьему выходу третьего блока контактов, второй выход четвертого блока контактов подключен к началу первой секции четвертой первичной обмотки, конец которой подключен к первому выходу четвертого блока контактов, начало второй секции четвертой первичной обмотки подключено к четвертому выходу источника постоянного тока, конец второй секции четвертой первичной обмотки подключен к третьему выходу четвертого блока контактов, вторичные обмотки размещены на статоре под углом 120°, их начала являются трехфазными выводами устройства, а концы объединены и образуют трехфазную обмотку, включенную по схеме звезда.