Трехфазный многоканальный инвертор напряжения


 


Владельцы патента RU 2559804:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (RU)

Изобретение относится к области электротехники, называемой «силовая электроника», и может быть использовано в электроустановках при создании статических преобразователей частоты большой мощности с использованием управляемых полупроводниковых приборов (транзисторы или запираемые тиристоры), шунтированных «обратными» диодами. Для получения требуемых значений тока в каждой фазе инвертора имеется N параллельных каналов, управляемых так, что выходные напряжения соседних каналов смещены на 1/N периода несущей частоты. Соединение параллельных каналов каждой фазы осуществляется с помощью N двухобмоточных уравнительных реакторов, обеспечивающих технический результат - улучшение формы кривой выходного напряжения инвертора. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, называемой «силовая электроника», и может быть использовано в электроустановках при создании статических преобразователей частоты большой мощности.

В настоящее время в различных электроустановках, в регулируемых электроприводах, во вторичных источниках питания, в электроустановках связи с линиями передач постоянного тока и других электроустановках применяются инверторы напряжения, преобразующие постоянный ток в переменный. В этих инверторах используются полностью управляемые полупроводниковые приборы (УПП) (транзисторы или запираемые тиристоры), шунтированные «обратными» диодами. Указанные УПП соединяются в схему трехфазного моста. Соответствующее управление обеспечивает работу УПП в ключевом режиме, а регулирование выходного напряжения таких инверторов, как правило, осуществляется методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при котором в интервале одного периода основной частоты УПП многократно включаются и выключаются так, чтобы обеспечивались требуемые параметры основной волны (1-й гармоники) выходного напряжения. При этом потери энергии в УПП минимальны, но велики искажения выходного напряжения высокочастотными составляющими (составляющими «несущей» частоты). В одноканальных однотактных инверторах, у которых в фазе инвертора нет параллельных ветвей, для снижения уровней гармоник несущей частоты на нагрузке используются сглаживающие фильтры, применение которых может обусловить ухудшение технико-экономических показателей.

Для создания инверторов выпускается широкая гамма УПП. Допустимые токи этих приборов до нескольких кА, однако для установок большой мощности этого недостаточно. При параллельном соединении УПП или параллельном соединении трехфазных мостовых инверторов применяются различные способы выравнивания токов УПП, включенных параллельно, но они не влияют на форму кривой выходного напряжения инвертора.

Известна схема двухканального трехфазного инвертора напряжения (патент RU 2247466, МПК Н02М 7/44 от 01.10.2003), в котором для выравнивания фазных токов и для улучшения гармонического состава выходных напряжений используется трехстежневой уравнительный реактор. Это решение имеет ограниченное применение потому, что может быть использовано только для двухканальных инверторов.

Прототипом предлагаемого решения является известная схема трехфазного инвертора, в каждой фазе которого имеется по 3 параллельных канала, названные тактами (Иванов А.В. и др. Особенности работы инвертора с многотактной широтно-импульсной модуляцией. «Электричество», 1979 г., №8, стр.42-47, «Энергия»). УПП этих параллельных каналов каждой фазы переключаются со сдвигом в 1/3 периода несущей частоты. Для соединения параллельных каналов в выход фазы инвертора используются трехстержневые уравнительные реакторы с одной обмоткой на каждом стержне. Недостаток такого решения состоит в том, что для реализации инвертора с N каналами (N параллельными ветвями) необходимы уравнительные реакторы со сложными магнитопроводами (N-стержневые магнитопроводы). Кроме того, обмотка каждого стержня реактора создает значительный магнитный поток, проходящий вне магнитопровода (поток рассеяния), а это может быть недопустимо при размещении реактора в ограниченном пространстве.

Предлагаемая схема трехфазного многоканального инвертора напряжения, регулируемого методом ШИМ, обеспечивает улучшенную форму кривой напряжения на нагрузке и реализуется с помощью двухобмоточных уравнительных реакторов, потоки рассеяния которых могут быть минимальны. Магнитопроводы реакторов просты по конструкции. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого трехфазного N-канального инвертора напряжения. В состав этого инвертора входят фазы 1, 2 и 3 с УПП. В каждой фазе содержится N параллельных ветвей (тактов). Управляющие входы УПП фаз 1, 2 и 3 связаны с выходом блока управления 4. Входы всех каналов фаз подключены к одному источнику постоянного тока 5 параллельно. Кроме того, в состав инвертора входят три группы двухобмоточных уравнительных реакторов 6, 7 и 8, в каждой из которой имеется N двухобмоточных уравнительных реакторов. Выходы каналов фазы 1 соединены с началами первичных обмоток (обмоток W1) группы реакторов 6 так, что выход А1 соединен с началом обмотки W1 первого реактора группы (реактора 1-6), выход А2 соединен с началом обмотки W1 второго реактора группы 6 (реактора 2-6) и т.д., а выход AN фазы 1 соединен с началом обмотки W1 реактора N-6. Аналогично соединены выходы каналов фазы 2 (выходы B1, B2, … BN) с началами обмоток W1 реакторов группы 7 и выходы каналов фазы 3 (выходы C1, C2, … CN) с началами обмоток W1 реакторов группы 8. В каждой группе реакторов концы обмоток W1 соединены с концами обмоток W2 реакторов по кольцевой схеме так, что конец обмотки W1 реактора 1-6 соединен с концом обмотки W2 реактора 2-6 и т.д. и конец обмотки W1 реактора N-6 соединен с концом обмотки W2 реактора 1-6. Начала обмоток W2 всех реакторов группы 6 соединены вместе и образуют выход фазы А инвертора. Аналогично соединены начала обмоток W2 реакторов групп 7, и эта точка соединения является выходом фазы В инвертора. Входом фазы С инвертора является точка соединения всех начал обмоток W2 реакторов группы 8.

Предлагаемый многоканальный инвертор напряжения работает как N-тактный инвертор с ШИМ. Такой алгоритм обеспечивается тем, что блок управления 4 подает на УПП фаз 1, 2 и 3 импульсы управления так, что на выходах каналов фаз создаются знакопеременные импульсы напряжения с несущей частотой. Фазовые сдвиги между выходными напряжениями каналов в одной фазе равны 1/N периода несущей частоты. Среднее значение напряжения на выходе каждого канала фазы за период несущей частоты определяется требуемой величиной основной волны выходного напряжения фазы инвертора. Указанные импульсы напряжений с выходов каналов одной фазы поступают на первичные обмотки уравнительных реакторов одной группы. За счет кольцеобразного соединения первичных и вторичных обмоток реакторы группы перемагничиваются с несущей частотой. В результате этого в N раз снижается амплитуда пульсаций напряжения фазы с несущей частотой, что обуславливает улучшение гармонического состава напряжения на выходе фазы инвертора. В предлагаемой схеме многоканального инвертора напряжения уравнительные реакторы с простой конструкцией магнитопровода. Намагничивающие силы от токов нагрузки, протекающих по катушкам каждого реактора, направлены встречно, поэтому подмагничивание магнитопровода этими токами может быть минимальным. Основное перемагничивание магнитопровода каждого реактора происходит с несущей частотой. Наибольшее напряжение несущей частоты на катушке реактора, равное 1/4 от напряжения на входе инвертора, возникает в те интервалы, когда основная волна напряжения на выходе фазы инвертора близка к нулю. При хорошей магнитной связи катушек реактора потоки рассеяния, создаваемые токами нагрузки инвертора, могут быть незначительными, поэтому реакторы можно устанавливать достаточно близко к токопроводящим элементам конструкции.

Трехфазный многоканальный инвертор напряжения, регулируемый методом ШИМ и содержащий в каждой фазе по N параллельных каналов, образованных полупроводниковыми приборами (транзисторами или запираемыми тиристорами), управляемыми так, что параллельные каналы фазы переключаются со сдвигом в 1/N периода несущей частоты, и три группы двухобмоточных уравнительных реакторов по N реакторов в каждой группе, отличающийся тем, что выходы N каналов каждой фазы соединены с началами первичных катушек уравнительных реакторов одной группы, концы этих первичных обмоток реакторов одной группы соединены с концами вторичных обмоток реакторов этой группы по кольцевой схеме так, что конец вторичной обмотки первого реактора соединен с концом вторичной обмотки второго реактора и т.д., а конец первичной обмотки реактора N соединен с концом вторичной обмотки первого реактора этой группы, начала всех вторичных обмоток реакторов одной группы соединены вместе и образуют выход одной фазы инвертора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу эксплуатации блока генерирования озона. Способ включает стадию, на которой в устройство генерирования озона подают поток содержащего кислород газа и стадию, на которой управляют потоком содержащего кислород газа, и управляют мощностью, которую подают из блока питания в устройство генерирования озона так, чтобы получить из устройства генерирования озона заданный выход озона, и так, чтобы обеспечить уменьшение потребления ресурсов, включая содержащий кислород газ и мощность, подаваемую из блока питания.

Изобретение касается модульной системы шкафов преобразователя тока, снабженного по меньшей мере одним модулем (1, 3, 5) фазы, имеющим один верхний и один нижний вентиль (T1, … T6) преобразователя тока, при этом каждый вентиль (T1, … T6) преобразователя тока имеет по меньшей мере две ячейки (2) преобразователя тока и один дроссель (LT1, … LT6) ветви, которые включены электрически последовательно.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазными автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), в частности, для частотного регулирования скорости асинхронного двигателя.

Изобретение относится к области электротехники, в частности - к преобразованию переменного тока в стабильный по напряжению постоянный с последующим преобразованием его в регулируемый постоянный и переменный для питания потребителей собственных нужд тепловоза.

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники и может быть использовано для питания с частотой 400 Гц бортовых систем летательных аппаратов (ЛА), а также для питания высокочастотного инструмента частотой 400 Гц или 200 Гц.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромеханической трансмиссии гибридного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, высоковольтными электрическими машинами и низковольтной аккумуляторной батареей, используемой для запуска двигателя внутреннего сгорания.

Многоуровневый преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока, содержащий три входа (IN1, IN2, IN3) постоянного тока для приема, соответственно, трех напряжений (V1, V2, V3), так что V1>V2>V3, один выход (OUT1) переменного тока для передачи напряжения (Va) переменного тока, группу по меньшей мере из шести переключающих элементов (Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6), расположенных в виде симметричной пирамидальной схемы, как показано на Фиг.1, и схему управления переключением для управления состояниями «замкнуто»/«разомкнуто» (ON/OFF) каждого из шести переключающих элементов.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразователем. Технический результат - улучшение балансировки внутреннего состояния электрического преобразователя, управляемого способом широтно-импульсной модуляции.

Изобретение относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в переменное - инверторам и регуляторам напряжения, и предназначено для использования в автономных системах электропитания и в электроприводах перспективных авиакосмических летательных аппаратах с преимущественно или полностью электрифицированным приводным оборудованием.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для формирования изменяемого по частоте выходного напряжения. Техническим результатом является снижение потерь выпрямителя тока. В способе входное напряжение (Ud) в зависимости от круговой частоты (ω0) в диапазоне между нижней круговой частотой (ω1), которая равна или больше, чем нулевая частота (ω0), и круговой частотой (ω2) для снижения затрат на конденсаторы в выпрямителе тока управляется или регулируется таким образом, что оно возрастает с возрастанием частоты. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике. Способ управления многофазным выпрямительным агрегатом осуществляется путем плавного регулирования выпрямленного напряжения, которое осуществляется изменением выходного напряжения трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией, подключенного зажимами переменного тока ко входу низкочастотного фильтра (Г-образного), выходные зажимы которого подключены к первичной обмотке трехфазного согласующего трансформатора, который вторичными фазными обмотками подключен последовательно с сетевой обмоткой преобразовательного трансформатора. Плавное регулирование выпрямленного напряжения осуществляется изменением фаз и амплитуд первых гармоник выходного напряжения трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Технический результат состоит в упрощении выпрямительного агрегата и его цепей управления, с обеспечением возможности рекуперации электрической энергии из цепи постоянного тока в питающую сеть. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники. Технический результат заключается в улучшении массогабаритных показателей, КПД, в улучшении технологичности изготовления, повышении надежности, расширении функциональных возможностей. Для этого заявленное устройство содержит шесть силовых фазных полублоков, которые своими силовыми входами подключены к шинам питания постоянного тока, а выходами - к первичным обмоткам фазных трансформаторных узлов, вторичные фазные обмотки которых соединены пофазно согласно последовательно и подключены ко входным выводам трехфазного фильтра, а также систему управления фазными полублоками, формирующую две трехфазные системы сигналов с широтно-импульсной модуляцией, сдвинутые на тактовой частоте fТ на угол π, для управления ключевыми элементами фазных полублоков, трансформаторные узлы выполнены в виде двух трехфазных трансформаторов, первая половина из трех фазных полублоков выполнена в виде первого трехфазного инвертора напряжения по мостовой схеме на транзисторах с обратными диодами, который своим силовым входом подключен к шинам питания постоянного тока, вторая половина из трех фазных полублоков также выполнена по схеме трехфазного инвертора напряжения, своим силовым входом подключенного аналогично к шинам питания постоянного тока, а выходы первого и второго трехфазных инверторов напряжения подключены к трехфазной первичной обмотке одного из двух трехфазных трансформаторов напряжения. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области силовой электроники. Преобразовательная схема с преобразовательным блоком (1), который имеет множество управляемых силовых полупроводниковых выключателей и сторона постоянного напряжения которого соединена с емкостным энергоаккумулирующим контуром (2), причем емкостной энергоаккумулирующий контур (2) содержит, по меньшей мере, один емкостной энергоаккумулятор и, по меньшей мере, одну разгрузочную цепь (3) для ограничения скорости нарастания тока или напряжения на управляемых силовых полупроводниковых выключателях преобразовательного блока (1). Для достижения технического результата - уменьшения нежелательных колебаний сверхтока в емкостном энергоаккумулирующем контуре (2) - последний содержит, по меньшей мере, один пассивный неуправляемый демпфирующий блок (4) с однонаправленным направлением течения тока, который имеет диод и демпфирующий резистор. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и предназначено для управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и может быть использовано для частотного регулирования скорости асинхронного двигателя. Предложенный способ может быть использован для управления как полумостовыми, так и мостовыми инверторами с различным числом фаз, а также инверторами, управляемыми посредством однополярных модулирующих и опорных сигналов. Кроме того, предложенный способ управления может быть использован для управления трехфазными автономными инверторами с введенными в синусоидальный модулирующий сигнал компонентами нулевой последовательности. Предложен способ управления автономным инвертором, основанный на сравнении высокочастотного опорного напряжения треугольной или пилообразной формы и низкочастотного модулирующего напряжения, в котором при амплитуде модулирующего напряжения больше амплитуды опорного напряжения в модулирующее напряжение вводят дополнительный сигнал прямоугольной биполярной формы той же частоты и фазы с амплитудой, пропорциональной разности амплитуд модулирующего и опорного напряжений, причем исходное модулирующее напряжение соответствующим образом ослабляют, так чтобы амплитуда суммарного модулирующего напряжения оставалась равной амплитуде опорного напряжения. Технический результат заключается в расширении линейного диапазона регулирования амплитуды 1-й гармоники выходного напряжения автономного инвертора вплоть до максимально возможного значения. 8 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к конструкциям и компоновкам блоков питания. Технический результат состоит в повышении надежности. Корпус блока питания включает отделение управления, выполненное с возможностью принимать один или более управляющих компонентов, трансформаторное отделение, расположенное рядом с отделением управления и выполненное с возможностью принимать трансформатор, и отделение элементов питания, расположенное рядом с отделением управления и трансформаторным отделением. Отделение элементов питания выполнено с возможностью принимать множество элементов питания, скомпонованных в виде множества группы. Элементы питания могут приниматься в отделение элементов питания таким образом, что каждый элемент питания в первой группе находится рядом с, по меньшей мере, двумя другими элементами питания в первой группе. Разность потенциалов между соседними элементами питания в группе может быть меньше допустимого отклонения напряжения. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно к реверсивным инверторам напряжения для преобразования постоянного напряжения в переменное, допускающими неисправности в виде короткого замыкания или размыкания цепи, и к способам управления такими инверторами. Инвертор напряжения содержит: - нагрузку (1), имеющую три фазы (2, 3, 4), при этом каждая фаза имеет первый контакт (5, 6, 7) и второй контакт (8, 9, 10); - первую и вторую ячейки (12, 13), каждая из которых содержит три параллельно соединенных между собой плеча, при этом каждое плечо содержит два последовательно соединенных средства (Q1/Q4, Q2/Q5, Q3/Q6, Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12) переключения и среднюю точку (20, 21, 22, 23, 24, 25), расположенную между двумя средствами (Q1/Q4, Q2/Q5, Q3/Q6, Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12) переключения, при этом каждый первый контакт (5, 6, 7) каждой из фаз соединен с одной из средних точек (20, 21, 22) первой ячейки (12), и каждый второй контакт (8, 9, 10) каждой из фаз соединен с одной из средних точек (23, 24, 25) второй ячейки (13), - источник (11) напряжения, при этом первая и вторая ячейки подключены, каждая, к источнику постоянного напряжения через два средства (Q13, Q14, Q15, Q16) электрической изоляции. 7 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных системах освещения, обогрева и т.п. Устройство содержит источник электрического тока в виде аккумуляторной батареи, генератор постоянного по направлению и линейно меняющегося во времени пилообразного тока (ПНЛПТ), диод, выполненный с возможностью шунтирования генератора по обратному току между входом и выходом генератора, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем вход генератора соединен с первым полюсом аккумуляторной батареи, второй полюс которой соединен с первым выводом первичной обмотки, второй вывод которой соединен с выходом генератора, а вторичная обмотка трансформатора подсоединена к потребителю тепловой или электрической энергии, при этом генератор ПНЛПТ выполнен виде импульсного источника напряжения, снабженного блоком автоматической регулировки выходного напряжения импульсного источника напряжения, выполненным с возможностью автоматического регулирования выходного напряжения импульсного источника напряжения, при этом вход импульсного источника напряжения соединен со входом генератора, выход импульсного источника напряжения соединен с выходом генератора, а вход регулировки напряжения импульсного источника напряжения соединен с выходом блока автоматической регулировки выходного напряжения импульсного источника через резистивный делитель, соединенный с выходом импульсного источника напряжения, при этом блок автоматической регулировки выходного напряжения импульсного источника выполнен виде генератора пилообразного напряжения. Технический результат: снижение потерь энергии источника электрического тока на активном сопротивлении генератора постоянного по направлению и линейно меняющегося во времени пилообразного тока, расширение частотного диапазона преобразования, повышение удельной мощности устройства, а также повышение надежности и эффективности преобразования энергии при работе устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях трехфазного переменного напряжения в постоянное напряжение. Технический результат - отсутствие всех видов намагничивания трансформатора. Трехпульсный преобразователь содержит трехфазный трансформатор и основную группу соединенных в звезду вторичных фазных обмоток. Каждая фазная обмотка совместно с двумя дополнительными разноименными фазными обмотками и вентилем образует трехфазное последовательное разветвление зигзага, подключенное к общей нагрузке. Сумма чисел витков внутренней и внешней ветвей зигзага равна числу витков фазной обмотки основной группы. Девятипульсные преобразователи отличаются: наличием дополнительных и вспомогательных групп обмоток и вентилей, аналогично подключенных к промежуточным выводам первой группы обмоток с соотношением чисел витков, соответствующим отсутствию всех видов намагничивания трансформатора; вдвое меньшим количеством вспомогательных групп обмоток, функции которых совмещены в части фазных обмоток первой группы между ее нейтралью и промежуточными выводами за счет соответствующего увеличения числа витков указанных фазных обмоток; вдвое меньшим количеством дополнительных и вспомогательных групп обмоток, за счет их подключения к промежуточным выводам первой группы обмоток через вентили на зигзаг; наиболее экономичным девятипульсным выпрямителем; меньшим на одну группу обмоток количеством трехфазных последовательных разветвлений зигзага; наличием двух идентичных вторичных обмоток, соединенных каждая в звезду, соответствующие промежуточные и крайние выводы которых соединены друг с другом на зигзаг через вентиль и одну вспомогательную фазную обмотку; наличием одной вторичной обмотки, соединенной в звезду с разомкнутой нейтралью, выводы которой подключены к входным выводам трехфазного вентильного моста, первый промежуточный и крайний выводы разноименных фазных обмоток соединены на зигзаг через управляемый вентиль и две (одну) вспомогательные фазные обмотки, а вторые промежуточные выводы - только через управляемый вентиль. Возможно встречно параллельное включение вентилей. 8 н. и 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания аппаратуры различного назначения при работе в агрессивных средах, например атомных электростанциях или в космосе. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, повышение надежности и технологичности монтажа устройства. Полумостовой автогенераторный инвертор содержит делитель входного питающего напряжения на двух последовательно соединенных конденсаторах, два последовательно соединенных полевых транзистора, трансформатор, обмотку нагрузки и обмотку питания схемы управления, управляющий элемент, токоограничивающие резисторы, частотозадающую цепь, цепь запуска и выпрямитель с фильтрующим конденсатором для питания схемы управления. В качестве управляющего элемента использован компаратор напряжения, к входам которого дополнительно подключена цепь симметрирования. Полевые транзисторы выполнены с разной проводимостью: n-типа и р-типа. Упомянутые элементы соединены между собой так, как указано в материалах заявки. 1 ил.
Наверх