Трехфазный инвертор

Союз СоаетскмкСоцмапмстмческмвреспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 855902ао делает нзвбретеннй н вткрытнйОпубликовано 15,08.81. Бюллетень щ 30 Дата опубликования описания 15.08.81(54) ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТО Изобретение относится к электротехнике иможет быть использовано в системах автоматики и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное трехфаэноенапряжение со ступенчатой, близкой к синусо.идальной формой кривой посредством трехфазиых инверторов.Известны трехфазные инверторы на полностьюуправляемых вентилях, например транзисторах,в которых для получения многоступенчатой,10близкой к синусоидальной, формы кривой выходного напряжения применяется несколькотрехфазных мостов управляемых вентилей, вы.ходиые зажимы которых соединены с выходными выводами инвертора посредством автотранс-15форматоров со средним выводом 11. Есликоличество преобразовательных ячеек превыша.ет два, то указанные,автотрансформаторы вкаждой фазе соединяются между собой по принципу. "пирамиды" (21.В таких инверторах формируется выходноенапряжение с равной амплитудой ступеней, адля лучшего его приближения к синусоиде(полного исключения гармоник с низким порядковым номером) вводятся дополнительныеобмотки на укаэанных автотрансформаторах,включаемые последовательно в выходную цепьдвух других фаз. Хотя габаритная мощность указанных авто- трансформаторов составляет 15 - 20% от выход ной мощности ннвертора, а частота перемагнн. чнвания сердечников эквивалентна цестикратной рабочей частоте инвертора, масса и габари ты автотрансформатора относительно велики, особенно при рабочей частоте 50 Гц и лаже при 400 Гц и при выполнении управляемых вентилей на основе силовых микросхем. Если не использовать дополнительные обмотки, то можно управляемые вентили перевести в ре. жим переключения на высокой частоте (2) и тем самым резко уменьшить вес н габариты автотрансформаторов н повысить их КПЛ, Ол. мако прн этом усредняющая кривая, проходя. щая по серединам горизонтальных отрезков ступеней, имеет вид трапеции, в которой содержится небольшое значение пятой и седьмой гармоник.855902Наиболее близким техническим решениемявляется трехфазный инвертор, содержащийподключенные ко входныМ выводам основнойи дополнительный трехфгзные мосты управляемых ключей, между выводами переменноготока одноименных фаз которых включены автотрансформаторы со средними выводами,связанными с соответствующими выходными выводами 31,Недостатком этого ицвертора является не- Оудовлетворительная форма кривой выходногонапряжения,Цель изобретения - улучшение формы кривой выходного напряжения.Указанная цель достигается тем, что в трех.фазном инвсрторе, содержащем подключенныеко входным выводам основной и дополнительный трехфазцые мосты управляемых ключей,между выводами одноименных фаэ которыхвключены автотрансформаторы со среднимивыводами, связанными с соответствующими выходными выводами, введен подключенный квходным выводам вспомогательный мост уйравлеция ключей и введены три трацсформато.ра с одной первичной и двумя вторичными обмотками каждый, причем первичные обмоткиэтих трансформаторов подключены к соответствующим выводам переменного тока вспомогательного моста, а средний вывод автотрацсформатора каждой фазы соединен через вто.ричцые обмотки двух других фаз с соответствующим выходным выводом.Кроме того, первичная обмотка каждоготрансформатора одним концом соединена с выводом перемешюго тока соответствуюшей фа.зы вспомогательного моста, а другим концом -со средним выводом автотрацсформатора одноименной фазы, либо включена между двумясоответствующими выводами переменного токавспомогательного моста.40На фиг. 1 приведена принципиальная схемаицвертора с трехступенчатым выходным напряжением; на фиг. 2 - диаграммы напряженийэтого инвертора; на фиг. 3 - принципиальнаясхема инвертора с шестиступенчатым выходнымнапряжением;н фиг. 4 - диаграммы напряжений инвертора с шестиступенчатым выходнымнапряжением; на фиг, 5 - многоступенчатыеформы выходного напряжения, получаемые впредлагаемой схеме; на фиг. 6 - вариант вклю.чения первичных обмоток трансформаторов;на фиг. 7 - диаграммы напряжений, соответ.ствующие этому варианту.Трехфазный инвертор с трехступенчатой формой кривой выходного напряжении (фиг, 1)содержит управляемые вентили 1 - 18, напримертранзисторы, соединенные по схеме двух трехфазных мостов; 1, 2, 7, 8, 13, 14 - основноймост, 3, 4, 9, 10, 15, 16 - дополнительный мост 4и 5, 6, 11, 12, 17, 18 - вспомогательный мост.Выходные выводы основного и дополнительного трехфазных мостов соединены с выходными выво. дами инвертора (А, В, С) через три автотрансформатора 19 - 21, имеющих отвод от средней точки. К выводам вспомогательного моста под. ключены трансформаторы 22 (фаза А), 23 (фаза В) или 24 (фаза С). Вторичные обмотки трансформаторов каждой фазы включены по. следовательно в выходную цепь двух других фаз преобразователя. Первичные обмотки этих трансформаторов одним концом соединены с отводом от средней точки обмотки автотранс. форматора данной фазы и другим концом через ключи 5,6, 1, 12, 17, 18 с входными выводами инвертора.Инвертор работает следующим образом.Когда открыты трацэисторы 1, 4, 7, 10, 13, 16, то потенциал средней точки А отцосигельно условной средней гочки (нуля) источника питания равен нулю и напряжение Одо (фиг,) имеет паузу (интервал а- б), Поскольку ца этом интервале открыт один из вспомогательных трап зисторов данкой фазы 5 (6), на трансформаторе появляется напряжение Од суммирующееся с выходным напряжением двух других фаз (заштрихованные площадки в напряжении ОА ), Напряжение О имеет аналогичный вид, но сдвинуто на 120 эл,град., а разность напряжений .О - О образует линейное выходное цапряжецие преобразователя ОА с КНИ = 16% и наинизшей одиннадцатой гармоникой. Для уменьшения массы и габаритов автотрансформаторов переклю. чение транзисторов производится на повышенной частоте, Например, для 1 6 = 400 Гц и восьми - кратном переключении транзисторов в интервале а - б (фнг. 2) частота перемагничивания сердечников автотрансформаторов составит 38,4 кГц 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 транс. форматоров 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, допол.8нитетьных вентилей 33 - 36 и автотрансформа. торами 37 - 39. Для формирования в такой схе. ме шести ступенек с КНИ = 8% и наинизшей двадцать третьей гармоникой используются два855902 вспомогательных моста, каждый нз них обра. зован основными вентилями, одной из двух пар дополнительных вентилей 33-36 н одним из двух трансформаторов 40 и 41, Диаграммы пе. реключения вентилей и напряжений на транс 5 форматорах показаны на фиг. 4. Работа схемы происходит аналогично рассмотренной, Двухступенчатое напряжение трансформаторов должно иметь уровни т = 0,0750 П и и = 0:0560, . Поэтому коэффициенты трансформации трансфор. 1 О маторов 40 и 41 выбираются равными 1:0,075 и 1:0,038. При этом выходное напряжение не содержит гармоник вплоть до двадцать третьей (фиг, 5). Габаритная мощность трансформаторов и автотрансформаторов в этой схеме также 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 рав. ным 1:0,0725, что вдвое снижает токи дополнительных вентилей 5, 6, 11, 12, )7 и 18, При этом несколько усложняется системз унравления (см, фиг. 7), 25Для управления всеми рассмотренными вариантами схем используют широко известные системы с генератором тактовых импульсов повышенной частоты и распределители импульсов любого известного типа (на основе пере- ЗО счетных схем, делителей частоты диодных мат. риц логических схем) с широким использова. нием цифровых интегральных микросхем.Предлагаемые схемы позволяют миниатюриэировать магнитные узлы и всю аппаратуру в Э 5 целом,Формула изобретения1. Трехфазный инвертор, содержащий под ключенные ко входным выводам основной ироза А 4дополнительный трехфазные мосты управляемых ключей, между выводами переменного тока одноименных фаз которых включены автотрансформаторы со средними выводами, связанными с соответствующими выходными выводами, о т. л н ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения, он снабжен подключенным ко входным выводам вспомогательным трехфазным мостом управляемых ключей и тремя трансформатора. ми с одной первичной и двумя вторичными обмотками кажый, 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 соответству. юшим выходным выводом,2. Инвертор по и, 1, о т л и ч а ю ш и й. с я тем, что первичная обмотка каждого трансформатора одним концом соединена с вы. водом переменного тока соответствующей фазы вспомогательного моста, а другим концом - со средним выводом автотрансформатора одноименной фазы.3, Инвертор по п. 1, о т л н ч а ю щ и йс я тем, что первичная обмотка каждого трансформатора включена между двумя со.: ветствуюшими выводами переменного тока вспомогательного моста. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Ко 3573602, кл, 321 - 9,1969.2 Авторское свидетельство СССР по заявкеМ 1739924/24-07, кл. Н 02 М 7/537, 1972.3. Авторское свидетельство СССР Яо 51666,кл. Н 02 М 7/48, 1971,аВ разоСТираж 730 ПИПИ Государственного комитета .СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/ атент", г, Ужгород, ул. Проектн Составитель И. Жеребиндактор Л, Тюрина Техред М. Рейнес