ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР Российский патент 2011 года по МПК H02M7/53 

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

Известен преобразователь напряжения (а.с. СССР №944027), содержащий однофазный инвертор, многосекционный трансформатор, ключи переменного тока. Недостатками являются низкое качество выходного напряжения и сложность системы управления.

Наиболее близким по техническому решению является 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 и высокий уровень помех из-за большого числа транзисторных ключей, сложная система управления.

Техническим решением поставленной задачи является повышение надежности работы трехфазного инвертора и уменьшение уровня электрических помех.

Поставленная задача достигается тем, что в трехфазном инверторе, содержащем однофазные инверторы и трансформатор, согласно изобретению имеется система управления, а в качестве силового трансформатора использован однофазно-трехфазный трансформатор с вращающимся магнитным полем с двумя первичными обмотками, каждая из которых имеет среднюю точку, и три вторичные обмотки, сдвинутые друг относительно друга на 120°, соединенные по схеме «звезда», выводы которых являются выводами инвертора для подключения трехфазной нагрузки, причем первый входной зажим трехфазного инвертора соединен с эмиттер-коллекторными переходами транзисторов первого и второго однофазных инверторов, эмиттеры первого и второго транзисторов первого однофазного инвертора соединены с началом и концом соответственно первой первичной обмотки трансформатора, а эмиттеры первого и второго транзисторов второго однофазного инвертора - с началом и концом соответственно второй первичной обмотки трансформатора, второй входной зажим трехфазного инвертора соединен со средними точками первой и второй первичных обмоток трансформатора, система управления трехфазным инвертором содержит генератор пилообразного напряжения, фазосдвигающее устройство, трансформаторно-выпрямительный блок, первый и второй формирователи импульсов, первый и второй распределители импульсов, причем первый выход генератора пилообразно напряжения соединен с первым входом первого формирователя импульсов, на второй вход которого поступает сигнал с первого выхода трансформаторно-выпрямительного блока, выход первого формирователя импульсов через первый распределитель импульсов соединен с управляющими электродами первого и второго транзисторов первого однофазного инвертора, второй выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым выходом фазосдвигающего устройства, выход которого соединен с первым входом второго формирователя импульсов, второй вход фазосдвигающего устройства соединен с входом трансформаторно-выпрямительного блока и выходными зажимами трехфазного инвертора, второй вход второго формирователя импульсов соединен со вторым выходом трансформаторно-выпрямительного блока, выход второго формирователя импульсов через второй распределитель импульсов соединен с управляющими электродами первого и второго транзисторов второго однофазного инвертора.

Новизна технического решения заключается в том, что вместо однофазных инверторов и силового трехфазного трансформатора используется два однофазных инвертора, с однофазно-трехфазным трансформатором с вращающимся магнитным полем с двумя первичными обмотками, каждая из которых имеет среднюю точку, а также систему управления, обеспечивающую работу однофазных инверторов, в том числе стабилизацию выходного напряжения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема трехфазного инвертора; на фиг.2 - диаграмма напряжений, поясняющая принцип работы трехфазного инвертора; на фиг.3 - схема обмоток трансформатора с вращающимся магнитным полем.

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.

Трехфазный инвертор состоит из: однофазно-трехфазного трансформатора с вращающимся магнитным полем, который содержит две первичные обмотки 1 и 2, с выводами 3, 4, 5 и 6, 7, 8 соответственно, размещенные на тороидальной части и сдвинутые в пространстве друг относительно друга под углом 90°. Средние точки первичных обмоток 4 и 7 соединены между собой и подключены к отрицательной клемме 9 источника постоянного тока, начала 3, 6 и концы 5, 8 первичных обмоток 1 и 2 через транзисторные ключи 10, 11 и 12, 13 подключены к положительной клемме 14. Три вторичные обмотки 15, 16, 17 размещены под углом 120° и соединены по схеме «звезда». Система управления 18 содержит генератор пилообразного напряжения 19, подключенный к первому формирователю импульсов 20 и фазосдвигающему устройству 21, вход трансформаторно-выпрямительного блока 22 подключен к выходам трехфазного инвертора 23, 24, 25, также к выходам подключено и фазосдвигающее устройство 21. На второй вход формирователя импульсов 20 подключен трансформаторно-выпрямительный блок 22, а к выходу - распределитель импульсов 26, который, в свою очередь, подключен к управляющим входам транзисторов 10, 11. Входы второго формирователя импульсов 27 подключены к фазосдвигающему устройству 21 и к трансформаторно-выпрямительному блоку 22, выход формирователя импульсов 27 подключен к входу распределителя импульсов 28, выходы которого, в свою очередь, подключены к управляющим входам транзисторов 12, 13.

Трехфазный инвертор работает следующим образом. Напряжение источника постоянного тока подается к входным зажимам 9, 14, которые являются входами первого и второго однофазных инверторов. При переменной работе транзисторов 10 или 11 первого однофазного инвертора и 12 или 13 второго однофазного инвертора в первичных обмотках протекает пульсирующий ток, который наводит переменный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора с вращающимся магнитным полем (фиг.2, д, и), и создают таким образом круговое вращающееся магнитное поле (фиг.2, к), действие которого наводит трехфазную ЭДС на выходе трехфазного инвертора. При дестабилизирующих факторах на выходных зажимах 23, 24, 25 система управления 18 обеспечивает стабилизацию выходного напряжения. Система управления работает следующим образом. Генератор пилообразного напряжения 19 генерирует опорный сигнал u_ГПН (фиг.2, а), который поступает на формирователь импульсов 20 и фазосдвигающее устройство 21. На второй вход формирователя импульсов 20 поступает ведущий сигнал u_ТВБ от трансформаторно-выпрямительного блока 22 (фиг.2, а). В случае, когда u_ГПН>u_ТВБ, формируется управляющий сигнал u_ФИ1 (фиг.2, б), который через распределитель импульсов 26 поступает на управляющие электроды транзистора 10 или 11 (фиг.2, в, г). Фазосдвигающее устройство 21 осуществляет электрический сдвиг опорного сигнала u_ГПН на 90° (фиг.2, е), в результате сдвигаются на 90° управляющие импульсы, поступающие на управляющие электроды транзистора 12 или 13 второго инвертора (фиг.2, ж, з), и в магнитопроводе трансформатора с вращающимся магнитным полем наводится круговое вращающееся магнитное поле (фиг.2, к).

К примеру, при уменьшении напряжения на выходе трехфазного инвертора сигнал u_ТВБ уменьшается (фиг.2, л) и, как следствие, уменьшается угол управления транзисторами α₁ (фиг.2, м), тем самым увеличивая время открытого состояния транзисторов однофазных инверторов, что увеличивает величину суммарного магнитного потока Ф_{сум.магн} (фиг.2, р) и соответственно выходное напряжение трехфазного инвертора. При этом фазосдвигающее устройство обеспечивает угол сдвига фаз между напряжениями первого и второго инверторов в 90°.

Использование однофазно-трехфазного трансформатора с вращающимся магнитным полем с двумя первичными обмотками, каждая из которых имеет среднюю точку в составе схемы инвертора и систему управления, обеспечивающую работу однофазных инверторов, в том числе стабилизацию выходного напряжения, выгодно отличает его от известного, т.к. уменьшается число силовых ключей.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в повышении надежности трехфазного инвертора и уменьшении уровня электрических помех. Для этого устройство содержит инверторы и трансформатор, кроме того, имеет систему управления, а в качестве силового трансформатора использован однофазно-трехфазный трансформатор с вращающимся магнитным полем с двумя первичными обмотками, каждая из которых имеет среднюю точку, и три вторичные обмотки, сдвинутые друг относительно друга на 120°, соединенные по схеме «звезда», выводы которых являются выводами инвертора для подключения трехфазной нагрузки, причем первый входной зажим трехфазного инвертора соединен с эмиттер-коллекторными переходами транзисторов первого и второго однофазных инверторов, эмиттеры первого и второго транзисторов первого однофазного инвертора соединены с началом и концом соответственно первой первичной обмотки трансформатора, а эмиттеры первого и второго транзисторов второго однофазного инвертора - с началом и концом соответственно второй первичной обмотки трансформатора, второй входной зажим трехфазного инвертора соединен со средними точками первой и второй первичных обмоток трансформатора, система управления трехфазным инвертором содержит генератор пилообразного напряжения, фазосдвигающее устройство, трансформаторно-выпрямительный блок, первый и второй формирователи импульсов, первый и второй распределители импульсов. 3 ил.

Трехфазный инвертор, содержащий однофазные инверторы и трансформатор, отличающийся тем, что имеет систему управления, а в качестве силового трансформатора использован однофазно-трехфазный трансформатор с вращающимся магнитным полем с двумя первичными обмотками, каждая из которых имеет среднюю точку и три вторичные обмотки, сдвинутые друг относительно друга на 120°, соединенные по схеме «звезда», выводы которых являются выводами инвертора для подключения трехфазной нагрузки, причем первый входной зажим трехфазного инвертора соединен с эмиттер-коллекторными переходами транзисторов первого и второго однофазных инверторов, эмиттеры первого и второго транзисторов первого однофазного инвертора соединены с началом и концом, соответственно, первой первичной обмотки трансформатора, а эмиттеры первого и второго транзисторов второго однофазного инвертора с началом и концом, соответственно, второй первичной обмотки трансформатора, второй входной зажим трехфазного инвертора соединен со средними точками первой и второй первичных обмоток трансформатора, система управления трехфазным инвертором содержит генератор пилообразного напряжения, фазосдвигающее устройство, трансформаторно-выпрямительный блок, первый и второй формирователи импульсов, первый и второй распределители импульсов, причем первый выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом первого формирователя импульсов, на второй вход которого поступает сигнал с первого выхода трансформаторно-выпрямительного блока, выход первого формирователя импульсов через первый распределитель импульсов соединен с управляющими электродами первого и второго транзисторов первого однофазного инвертора, второй выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым выходом фазосдвигающего устройства, выход которого соединен с первым входом второго формирователя импульсов, второй вход фазосдвигающего устройства соединен с входом трансформаторно-выпрямительного блока и выходными зажимами трехфазного инвертора, второй вход второго формирователя импульсов соединен со вторым выходом трансформаторно-выпрямительного блока, выход второго формирователя импульсов через второй распределитель импульсов соединен с управляющими электродами первого и второго транзисторов второго однофазного инверторов.