Трёхфазный инвертор на основе схемы скотта

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных системах электроснабжения в качестве источника синусоидального напряжения. Технический результат заключается в снижении уровня высших гармоник в выходном напряжении инвертора. Инвертор содержит клеммы источника постоянного напряжения, преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий первую ячейку, вторую ячейку и фазосдвигающее устройство, обеспечивающее фазовый сдвиг между напряжениями ячеек, равный 90 электрических градусов, схему Скотта, содержащую первый трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную с первой ячейкой, сердечник и вторичную обмотку со средней точкой, и второй трансформатор, содержащий первичную обмотку, сердечник и вторичную обмотку, причем средняя точка вторичной обмотки первого трансформатора соединена с началом вторичной обмотки второго трансформатора, и клеммы для подключения симметричной нагрузки, преобразователь двухфазного напряжения в трехфазное, выполненный по типу электрического асинхронного управляемого двигателя с заторможенным ротором, содержащим внутренний пазовый сердечник, в пазах которого размещена первичная двухфазная обмотка, первой фазой которой является горизонтальная обмотка, включенная между концом вторичной обмотки второго трансформатора через настроечный конденсатор и концом вторичной обмотки первого трансформатора схемы Скотта, а второй фазой - вертикальная обмотка, размещенная по отношению к первой фазе под углом, равным 90 геометрических градусов, и включенная между концом обмотки первой фазы и началом вторичной обмотки первого трансформатора схемы Скотта, и внешний пазовый сердечник, соосный внутреннему, в пазах которого размещена трехфазная вторичная обмотка, соединенная с выходными клеммами для подключения симметричной нагрузки. Улучшение качества выходного напряжения инвертора достигается тем, что первичная и вторичная обмотки преобразователя двухфазного напряжения в трехфазное выполнены с линейным законом распределения плотности проводников по расточке сердечников. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных системах электроснабжения в качестве источника синусоидального напряжения.

Известен трехфазный инвертор на основе схемы Скотта, содержащий клеммы источника постоянного напряжения, преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий первую ячейку, вторую ячейку и фазосдвигающее устройство, обеспечивающее фазовый сдвиг между напряжениями указанных ячеек, равный 90 электрических градусов, схему Скотта, содержащую первый трансформатор, содержащий первичную обмотку, сердечник и вторичную обмотку со средней точкой, и второй трансформатор, содержащий первичную обмотку, сердечник и вторичную обмотку, причем средняя точка вторичной обмотки первого трансформатора соединена с началом вторичной обмотки второго трансформатора, и клеммы для подключения симметричной нагрузки, причем названные ячейки преобразователя постоянного тока соединены с клеммами источника, выход первой ячейки преобразователя постоянного тока в переменный соединен с первичной обмоткой первого трансформатора схемы Скотта, выход второй ячейки соединен с первичной обмоткой второго трансформатора схемы Скотта, начало вторичной обмотки первого трансформатора, конец вторичной обмотки первого трансформатора и конец вторичной обмотки второго трансформатора соединены с соответствующими клеммами для подключения симметричной нагрузки [1]. Данный инвертор нашел широкое применение из-за схемной простоты, повышенной надежности и сравнительно низкой стоимости, однако его выходное напряжение отличается наличием высших гармонических составляющих, что сокращает область применения инвертора.

Техническим результатом изобретения является снижение уровня высших гармоник в выходном напряжении инвертора.

Поставленный технический результат достигается тем, что в трехфазный инвертор на основе схемы Скотта, содержащий клеммы источника постоянного напряжения, преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий первую ячейку, вторую ячейку и фазосдвигающее устройство, обеспечивающее фазовый сдвиг между напряжениями указанных ячеек, равный 90 электрических градусов, схему Скотта, содержащую первый трансформатор, содержащий первичную обмотку, сердечник и вторичную обмотку со средней точкой, и второй трансформатор, содержащий первичную обмотку, сердечник и вторичную обмотку, причем средняя точка вторичной обмотки первого трансформатора соединена с началом вторичной обмотки второго трансформатора, и клеммы для подключения симметричной нагрузки, причем названные ячейки соединены с клеммами источника постоянного напряжения, выход первой ячейки преобразователя постоянного тока в переменный соединен с первичной обмоткой первого трансформатора схемы Скотта, выход второй ячейки соединен с первичной обмоткой второго трансформатора схемы Скотта, начало вторичной обмотки первого трансформатора, конец вторичной обмотки первого трансформатора и конец вторичной обмотки второго трансформатора соединены с соответствующими клеммами для подключения симметричной нагрузки, введен преобразователь двухфазного напряжения в трехфазное, выполненный по типу электрического асинхронного управляемого двигателя с заторможенным ротором, содержащим внутренний пазовый сердечник, в пазах которого размещена первичная двухфазная обмотка, первой фазой которой является горизонтальная обмотка, включенная между концом вторичной обмотки второго трансформатора схемы Скотта через настроечный конденсатор и концом вторичной обмотки первого трансформатора схемы Скотта, а второй фазой - вертикальная обмотка, размещенная по отношению к первой фазе со сдвигом в пространстве, равным 90 геометрических градусов, и включенная между концом обмотки первой фазы и началом вторичной обмотки первого трансформатора схемы Скотта, и внешний пазовый сердечник, соосный внутреннему, в пазах которого размещена трехфазная вторичная обмотка, соединенная с выходными клеммами для подключения симметричной нагрузки, причем параметры первичной двухфазной обмотки выбраны из условия образования кругового вращающегося магнитного поля (КВМП), при этом первичная и вторичная обмотки выполнены с неполным прямоугольным распределением линейной плотности проводников по расточке сердечников как двухслойные обмотки с сокращением шага на угол 2β, при этом

где n - любое целое нечетное число;

ν - номер гармоники.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема трехфазного инвертора на основе схемы Скотта. На фиг. 2 представлен график закона распределения линейной плотности проводников по расточке сердечников преобразователя двухфазного напряжения в трехфазное.

Трехфазный инвертор на основе схемы Скотта содержит (фиг. 1) клеммы источника постоянного напряжения 1, преобразователь постоянного тока в переменный 2, содержащий первую ячейку 2-1, вторую ячейку 2-2 и фазосдвигающее устройство 2-3, обеспечивающее фазовый сдвиг между напряжениями указанных ячеек, равный 90 электрических градусов, схему Скотта 3, содержащую первый трансформатор 3-1, содержащий первичную обмотку (не обозначена), сердечник (не обозначен) и вторичную обмотку со средней точкой (не обозначена), и второй трансформатор 3-2, содержащий первичную обмотку (не обозначена), сердечник (не обозначен) и вторичную обмотку (не обозначена), причем средняя точка вторичной обмотки трансформатора 3-1 соединена с началом вторичной обмотки трансформатора 3-2, и клеммы для подключения симметричной нагрузки 4, 5 и 6, преобразователь двухфазного напряжения в трехфазное 7, выполненный по типу электрического асинхронного управляемого двигателя с заторможенным ротором, содержащим внутренний пазовый сердечник 7-1, в пазах которого размещена первичная двухфазная обмотка (не обозначена), первой фазой которой является горизонтальная обмотка 7-4, включенная между концом вторичной обмотки второго трансформатора 3-2 схемы Скотта 3 через настроечный конденсатор 7-5 и концом вторичной обмотки первого трансформатора 3-1 схемы Скотта 3, а второй фазой - вертикальная обмотка 7-3, размещенная по отношению к первой фазе со сдвигом в пространстве, равным 90 геометрических градусов, и включенная между концом 7-6 обмотки первой фазы 7-4 и началом вторичной обмотки первого трансформатора 3-1 схемы Скотта 3, и внешний пазовый сердечник 7-2, соосный внутреннему сердечнику 7-1, в пазах которого размещена трехфазная вторичная обмотка 7-7, соединенная с выходными клеммами для подключения симметричной нагрузки 8, 9 и 10. Параметры первичной двухфазной обмотки выбраны из условия образования кругового вращающегося магнитного поля (КВМП), а именно:

где Iг, Iв, wг, wв - токи и число витков горизонтальной 7-4 и вертикальной 7-3 обмоток;

Fг, Fв - МДС указанных обмоток.

Поскольку напряжения ячеек 2-1 и 2-2 преобразователя постоянного тока в переменный 2 являются несинусоидальными, то для нейтрализации гармоник ν=3, ν=5 и ν=7 как самых нежелательных распределение линейной плотности проводников по расточке сердечников 7-1 и 7-2 выбрано неполным прямоугольным (фиг. 2), т.е. указанные обмотки выполнены как двухслойные обмотки с сокращением шага на угол 2β и чтобы уничтожить ν-ю гармонику ЭДС, необходимо угол 2β принять равным

или в линейных размерах

где n - любое целое нечетное число;

τ - полюсное деление,

при этом шаг обмотки будет равен

для лучшего использования обмотки нужно выполнить у по величине как можно ближе к τ (полюсное деление), для чего необходимо взять n=1, тогда

причем для выполнения сокращения шага на целое число необходимо, чтобы число пазов сердечника z было кратно 2pmν, т.е. кратно 4ν, где m - число фаз.

Таким образом, если выполнить первичную и вторичную обмотки преобразователя постоянного тока в переменный 2 с неполным прямоугольным распределением, то для одной из них

а для другой

что при n=1 дает

тогда отношение амплитуды ЭДС седьмой гармоники к амплитуде ЭДС первой гармоники будет равно

т.е. обмоточный коэффициент по седьмой гармонике будет минимальным, поэтому напряжение на выходных клеммах для подключения симметричной нагрузки будет иметь форму, близкую к синусоидальной. Виды схем Скотта и режимы их работы описаны в [2], а включение двухфазной обмотки синхронного конденсаторного двигателя показано в [3].

Трехфазный инвертор работает следующим образом.

При появлении напряжения на клеммах источника постоянного напряжения 1 в работу вступает преобразователь постоянного тока в переменный 2, в первой ячейке 2-1 и во второй ячейке 2-2 постоянный ток преобразуется в переменный, при этом фазосдвигающее устройство 2-3 обеспечивает временный сдвиг между напряжениями указанных ячеек на 90 электрических градусов. Поскольку выходы ячеек 2-1 и 2-2 подключены к первичным обмоткам первого трансформатора 3-1 схемы Скотта 3 и второго трансформатора 3-2 указанной схемы, то на вторичных обмотках трансформаторов 3-1 и 3-2 появятся напряжения, которые на клеммах 4, 5, 6 образуют симметричную систему двухфазного напряжения. Напряжение вторичной обмотки первого трансформатора 3-1 схемы Скотта 3 через указанные клеммы 4, 5 подается на вертикальную обмотку 7-3 преобразователя двухфазного напряжения в трехфазное 7, в то время как горизонтальная обмотка 7-4 образует с вертикальной обмоткой 7-3 общую точку 7-6, которая подключена к выходу вторичной обмотки трансформатора 3-1, выход вторичной обмотки 7-4 преобразователя двухфазного напряжения в трехфазное 7 соединен с выходом вторичной обмотки трансформатора 3-2 схемы Скотта через настроечный конденсатор 7-5. Поскольку в первичной цепи выполнены все условия образования кругового вращающегося магнитного поля (КВМП), то в преобразователе двухфазного напряжения в трехфазное 7 в соответствии с формулой (2) образуется КВМП, силовые линии которого просекают витки трехфазной обмотки 7-7 и наводят в них симметричную систему ЭДС, используемую для питания потребителей с помощью выходных клемм для подключения симметричной нагрузки 8, 9 и 10.

Источники информации

1. Моин В.С., Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергия, 1972, стр. 159, рис. 5-20, в.

2. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины и микромашины. М.: ВШ, 1971, стр. 89, рис. 2.55, а.

3. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. М.: ВШ, 1988, стр. 77, рис. 3.11, 3.12, а.

Трехфазный инвертор на основе схемы Скотта, содержащий клеммы источника постоянного напряжения, преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий первую ячейку, вторую ячейку и фазосдвигающее устройство, обеспечивающее фазовый сдвиг между напряжениями указанных ячеек, равный 90 электрических градусов, схему Скотта, содержащую первый трансформатор, содержащий первичную обмотку, сердечник и вторичную обмотку со средней точкой, и второй трансформатор, содержащий первичную обмотку, сердечник и вторичную обмотку, причем средняя точка вторичной обмотки первого трансформатора соединена с началом вторичной обмотки второго трансформатора, и клеммы для подключения симметричной нагрузки, причем названные ячейки соединены с клеммами источника постоянного напряжения, выход первой ячейки преобразователя постоянного тока в переменный соединен с первичной обмоткой первого трансформатора схемы Скотта, выход второй ячейки соединен с первичной обмоткой второго трансформатора схемы Скотта, начало вторичной обмотки первого трансформатора, конец вторичной обмотки первого трансформатора и конец вторичной обмотки второго трансформатора соединены с соответствующими клеммами для подключения симметричной нагрузки, отличающийся тем, что введен преобразователь двухфазного напряжения в трехфазное, выполненный по типу электрического асинхронного управляемого двигателя с заторможенным ротором, содержащим внутренний пазовый сердечник, в пазах которого размещена первичная двухфазная обмотка, первой фазой которой является горизонтальная обмотка, включенная между концом вторичной обмотки второго трансформатора схемы Скотта через настроечный конденсатор и концом вторичной обмотки первого трансформатора схемы Скотта, а второй фазой - вертикальная обмотка, размещенная по отношению к первой фазе со сдвигом в пространстве, равным 90 геометрических градусов, и включенная между концом обмотки первой фазы и началом вторичной обмотки первого трансформатора схемы Скотта, и внешний пазовый сердечник, соосный внутреннему, в пазах которого размещена трехфазная вторичная обмотка, соединенная с выходными клеммами для подключения симметричной нагрузки, причем параметры первичной двухфазной обмотки выбраны из условия образования кругового вращающегося магнитного поля (КВМП), при этом первичная и трехфазная вторичная обмотки выполнены с неполным прямоугольным распределением линейной плотности проводников по расточке сердечников как двухслойные обмотки с сокращением шага на угол 2β, при этом 2β=nπ/ν, где n - любое целое нечетное число, ν - номер гармоники.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения объектов, потребители которых предъявляют повышенные требования к качеству напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве трехфазного инвертора повышенной мощности с улучшенным качеством выходного напряжения.

Использование – в области электротехники. Система параллельного управления электропитанием для преобразователей собственных нужд моторвагонной секции поезда при наличии соединительных линий состоит из множества трехфазных инверторных модулей, параллельно соединенных друг с другом.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам преобразования электрической энергии переменного тока в переменный ток. Устройство преобразования мощности содержит трансформаторы, снабженные первичными обмотками, соединенными с входными клеммами, и вторичными обмотками, включающими в себя множества однофазных открытых обмоток, которые изолированы друг от друга; множество ячеек преобразователя, соединенных с вторичными обмотками трансформаторов; и управляющую схему включения/выключения переключающих элементов, при этом входы ячеек преобразователя, выполненных с промежуточными звеньями постоянного тока, соединены взаимно параллельным образом с соответствующими однофазными открытыми обмотками, а выходы соединены взаимно последовательно с выходными клеммами каждой фазы.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электропривода и электроснабжения. Трехфазный Z-инвертор, содержащий мостовой инвертор напряжения с ШИМ и повышающее импедансное звено, состоящее из первой индуктивности, один конец которого является положительным входом трехфазного Z-инвертора, а второй конец соединен с анодом диода, второй индуктивности, подключенной одним концом к катоду диода, а вторым концом - к положительному входу мостового инвертора, первого конденсатора, подключенного положительным полюсом ко второму концу первой индуктивности и аноду диода, а отрицательным - ко второму концу второй индуктивности и к положительному входу мостового инвертора напряжения, второго конденсатора, подключенного положительным полюсом к катоду диода, коллектору силового транзистора и первому концу второй индуктивности, а отрицательным - к отрицательному входу трехфазного Z-инвертора, соединенного с отрицательным входом мостового инвертора напряжения, третьего конденсатора, подключенного параллельно входу трехфазного Z-инвертора, и третьей индуктивности, подключенной одним концом к аноду диода, а вторым - к эмиттеру силового транзистора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразователями. Технический результат - обеспечение компенсации нежелательного насыщения трансформатора преобразователя в течение короткого времени.

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.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения в переменное при разработке различных устройств автоматики.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователе напряжения источника питания. Технический результат - повышение надежности.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в установках для индукционного нагрева и плавки металлов. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных системах электроснабжения в качестве источника синусоидального напряжения. Технический результат заключается в снижении уровня высших гармоник в выходном напряжении инвертора. Инвертор содержит клеммы источника постоянного напряжения, преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий первую ячейку, вторую ячейку и фазосдвигающее устройство, обеспечивающее фазовый сдвиг между напряжениями ячеек, равный 90 электрических градусов, схему Скотта, содержащую первый трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную с первой ячейкой, сердечник и вторичную обмотку со средней точкой, и второй трансформатор, содержащий первичную обмотку, сердечник и вторичную обмотку, причем средняя точка вторичной обмотки первого трансформатора соединена с началом вторичной обмотки второго трансформатора, и клеммы для подключения симметричной нагрузки, преобразователь двухфазного напряжения в трехфазное, выполненный по типу электрического асинхронного управляемого двигателя с заторможенным ротором, содержащим внутренний пазовый сердечник, в пазах которого размещена первичная двухфазная обмотка, первой фазой которой является горизонтальная обмотка, включенная между концом вторичной обмотки второго трансформатора через настроечный конденсатор и концом вторичной обмотки первого трансформатора схемы Скотта, а второй фазой - вертикальная обмотка, размещенная по отношению к первой фазе под углом, равным 90 геометрических градусов, и включенная между концом обмотки первой фазы и началом вторичной обмотки первого трансформатора схемы Скотта, и внешний пазовый сердечник, соосный внутреннему, в пазах которого размещена трехфазная вторичная обмотка, соединенная с выходными клеммами для подключения симметричной нагрузки. Улучшение качества выходного напряжения инвертора достигается тем, что первичная и вторичная обмотки преобразователя двухфазного напряжения в трехфазное выполнены с линейным законом распределения плотности проводников по расточке сердечников. 2 ил.

Наверх