Трехфазный инвертор

 

Союз Соеетскнк

Соцмапнстмческна республнм

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >855902 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 02.01.74 (21) 1981744/24-07 с присоединением заявки М (28) Приоритет (5! )М. Кл.

Н 02 М 7/537

Гасударственный кем нтет

СССР

60 делам нзабретеннй н вткрытнй

ОпУбликовано 15,08.81 ктллетень Щ 30

Дата опубликования описания 15.08.81 (53) УДК 621.314, .58 (088.8) (72) Автор изобретения

В. С. Моин (71) Заявитель (54) ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автомати. ки и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное трехфазное напряжение со ступенчатой, близкой к синусоидальной формой кривой посредством трехфаэиых инверторов.

Известны трехфазные инверторы на полностью управляемых вентилях, например транзисторах, в которых для получения многоступенчатой, 10 близкой к синусоидальной, формы кривой выходного напряжения применяется несколько трехфазных мостов управляемых вентилей, выходные зажимы которых соединены с выходными выводами инвертора посредством автотранс- т5 форматоров со средним выводом 11). Если количество преобразовательных ячеек превышает два, то указанные,автотрансформаторы в каждой фазе соединяются между собой по принципу. "пирамиды" (2).

В таких инверторах формируется выходное напряжение с равной амплитудой ступеней, а для лучшего его приближения к синусоиде (полного исключения гармоник с низким порядковым номером) вводятся дополнительные обмотки на укаэанных автотрансформаторах, включаемые последовательно в выходную цепь двух других фаз.

Хотя габаритная мощность указанных антотрансформаторов составляет 15 — 20% от выходной мощности ннвертора, а частота перемагннчнвания сердечников эквивалентна шестикратной рабочей частоте инвертора, масса и габариты автотрансформатора относительно велики, особенно при рабочей частоте 50 Гц и даже при 400 Гц и при выполнении управляемых вентилей на основе силовых микросхем. Если не использовать дополнительные обмотки, то можно управляемые вентили перевести в режим переключения на высокой частоте (2) и тем самым резко уменьшить вес н габариты автотрансформаторов н повысить их КПД. Опнако при этом усредняющая кривая, проходящая по серединам горизонтальных отрезков ступеней, имеет вид трапеции, в которой содержится небольшое значение пятой и седьмой гармоник.

855902

Наиболее близким техническим решением является трехфазный инвертор, содержащий подключенные ко входныМ выводам основной и дополнительный трехфгзные мосты управляемых ключей, между выводами переменного тока одноименных фаз которых включены asтотрансформаторы со средними выводами,связанными с соответствующими выходными выводами (3) .

Недостатком этого инвертора является неудовлетворительная форма кривой выходного напряжения, Цель изобретения — улучшение формы кривой выходного напряжения.

Указанная цель достигается тем, что в трехфазном инвсрторе, содержащем подключенные ко входным выводам основной и дополнительный трехфазные мосты управляемых ключей, между выводами одноименных фаэ которых включены автотрансформаторы со средними выводами, связанными с соответствующими выходными выводами, введен подключенный к входным выводам вспомогательный мост уйравления ключей и введены три трансформатора с одной первичной и двумя вторичными об. мотками каждый, причем первичные обмотки этих трансформаторов подключены к соответствующим выводам переменного тока вспомогательного моста, а средний вывод автотргнсформатора каждой фазы соединен через вторичные обмотки двух других фаз с соответствующим выходным выводом.

Кроме того, первичная обмотка каждого трансформатора одним концом соединена с выводом перемещгого тока соответствуюшей фазы вспомогательного моста, а другим концом— со средним выводом автотрансформатора одноименной фазы, либо включена между двумя соответствующими выводами переменного тока вспомогательного моста.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема инвертора с трехступенчатым выходным напряжением; на фиг. 2 — диаграммы напряжений этого инвертора; на фиг. 3 — принципиальная схема инвертора с шестиступенчатым выходным напряжением; na фиг. 4 — диаграммы напряжений инвертора с шестиступенчатым выходным напряжением; на фиг, 5 — многоступенчатые формы выходного напряжения, получаемые в предлагаемой схеме; на фиг. 6 — вариант включения первичных обмоток трансформаторов; на фиг. 7 — диаграммы напряжений, соответствующие этому варианту.

Трехфазный инвертор с трехступенчатой формой кривой выходного напряжении (фиг, 1) содержит управляемые вентили 1 — 18, например транзисторы, соединенные по схеме двух трехфазных мостов; 1, 2, 7, 8, 13, 14 — основной мост, 3, 4, 9, 10, 15, 16 — дополнительный мост

4 и 5, 6, 11, 12, 17, 18 — вспомогательный мост.

Выходные выводы основного и дополнительного трехфазных мостов соединены с выходными выводами инвертора (А, В, С) через три автотрансформатора 19 — 21, имеющих отвод от средней точки. K выводам вспомогательного моста подключены трансформаторы 22 (фаза А), 23 (фаза В) или 24 (фаза С). Вторичные обмотки трансформаторов каждой фазы включены последовательно в выходную цепь двух других фаз преобразователя. Первичные обмотки этих трансформаторов одним концом соединены с отводом от средней точки обмотки автотрансформатора данной фазы и другим концомчерез ключи 5,6, ll, 12, 17, 18 с входными выводами инвертора.

Инвертор работает следующим образом.

Когда открыты транзисторы l, 4, 7, lO, 13, 16, то потенциал средней точки А относигельно условной средней гочки (нуля) источника питания равен нулю и напряжение UAg (фиг. ) имеет паузу (интервал а- б). Поскольку на этом интервале открыт один из вспомогательных трап зисторов данкой фазы 5 (6), на трансформаторе появляется напряжение Uq>, суммирующееся с выходным напряжением двух других фаз (заштрихованные площадки в напряжении UAB

Напряжение U имеет аналогичный вид, но сдвинуто на 120 эл.град., а разность напряжений

0 — 0 образует линейное выходное напряжение преобразователя UA>c КНИ = 16% и наинизшей одиннадцатой гармоникой. Для уменьшения массы и габаритов автотрансформаторов переключение транзисторов производится на повышенной частоте. Например, для f 6 = 400 Гц и восьми— кратном переключении транзисторов в интервале а — б (фнг. 2) частота перемагничивания сердечников автотрансформаторов составит 38,4кГц

При использовании ферритовых сердечников габариты автотрансформаторов весьма малы, а инвертор имеет высокий КПД. Габаритная мощность автотрансформаторов (по вольт-секундам) составляет менее 2% выходной мощности преобразователя, трансформаторов 22, 20, 23— менее 1%. Коэффициент трансформации трансформаторов для этой схемы выбирается равным

1: 0,145. Для улучшения формы кривой выходного напряжения можно использовать схему инвертора с большим числом мостов на управляемых вентилях. В этом случае автотрансформаторы включаются по принципу "пирамиды

На фиг. 3 показана схема инвертора с четырьмя мостами основных вентилей 25 — 32, дополГ ните тьных вентилей 33 — 36 и автотрансформаторами 37 — 39. Для формирования в такой схеме шести ступенек с КНИ = 8% и наинизшей двадцать третьей гармоникой используются два

855902

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США N 3573602, кл. 321 — 9, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке

No 1739924/24-07, кл. Н 02 М 7/537, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР N 511666. кл. Н 02 М 77//4488, 1971. схВ разо С вспомогательных моста, каждый нз них образован основными вентилями, одной из двух пар дополнительных вентилей 33 — 36 н одним из двух трансформаторов 40 и 41. Диаграммы переключения вентилей и напряжений на трансформаторах показаны на фиг. 4. Работа схемы происходит аналогично рассмотренной, Двухступеичатм напряжение трансформаторов должно иметь уровни m = 0075U> и n = 0:056U> . Поэтому коэффициенты трансформации трансфор- 10 маторов 40 и 41 выбираются равными 1:0,075 и i:0,038. При этом выходное напряжение не содержит гармоник вплоть до двадцать третьей (фиг. 5). Габаритная мощность трансформаторов и автотрансформаторов в этой схеме так- ts же не превышает 1 — 2% выходной мощности преобразователя. Первичные обмотки трансформаторов могут быть включены по схеме треугольника на выходе вспомогательного трехфазного моста (рис. 6). Прн этом в схеме фиг. 1 20 коэффициент трансформации нужно принять равным 1:0,0725, что вдвое снижает токи дополнительных вентилей 5, 6, 11, 12, 17 и 18. При этом несколько усложняется система унравления (см. фиг. 7). 2$

Для управления всеми рассмотренными вариантами схем используют широко известные системы с генератором тактовых импульсов повышенной частоты и распределители импульсов любого известного типа (на основе пере- 30 счетных схем, делителей частоты диодных матриц логических схем) с широким использованием цифровых интегральных микросхем.

Предлагаемые схемы позволяют миниатюриэировать магнитные узлы и всю аппаратуру в целом.

Формула изобретения

1. Трехфазный инвертор, содержащий подключенные ко входным выводам основной и

pasuA рсП

6 дополнительный трехфазные мосты управляемь|х ключей, между выводами переменного тока одноименных фаз которых включены автотрансформаторы со средними выводамн, связанными с соответствующими выходными выводами, о тл н ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения, он снабжен подключенным ко входным выводам вспомогательным трехфазным мостом управляемых ключей и тремя трансформаторами с одной первичной и двумя вторичными обмотками каж„btH, причем первичнью обмотки подключены к соответствующим выводам переменного тока вспомогательного моста, а средний вывод автотрансформатора каждой фазы соединен через вторичные обмотки трансформаторов двух других фаз с соответствуюшим выходным выводом.

2. Инверторпоп. 1,отличающийс я тем, что первичная обмотка каждого трансформатора одним концом соединена с выводом переменного тока соответствующей фазы вспомогательного моста, а другим концом— со средним выводом автотрансформатора одноименной фазы.

3. Инвертор по п. l, о т л н ч а ю щ и йс я тем, что первичная обмотка каждого трансформатора включена между двумя ccrc:: ветствуюшими выводами переменного тока вспомогательного моста.

855902

Редактор Л, Тюрина

Заказ 69б0/81 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета .СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4

5 б

17

7Z

77

Составитель И. Жеребина

Техред M. Рейнес Корректор С. Корниенко