ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР Российский патент 2013 года по МПК H02M7/00 H02M7/537 

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

Известно изобретение «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.

Наиболее близким по техническому решению является изобретение №2426216, опубл. 10.08.2011. Бюл. №22, Н02М 7/53 «Трехфазный инвертор», содержащий однофазные инверторы, каждый состоящий из двух транзисторов, трансформатор с вращающимся магнитным полем, систему управления, содержащую генератор пилообразного напряжения, фазосдвигающее устройство, трансформаторно-выпрямительный блок, первый и второй формирователи импульсов, первый и второй распределители импульсов.

Недостатком трехфазного инвертора является низкое быстродействие системы управления.

Техническим результатом является увеличение быстродействия системы управления за счет осуществления контроля за уровнем входного напряжения и корректировки управляющих импульсов относительно входного напряжения при помощи датчика напряжения и сумматора сигналов.

Поставленная задача достигается тем, что трехфазный инвертор, содержащий однофазные инверторы, каждый состоящий из двух транзисторов, трансформатор с вращающимся магнитным полем, систему управления, содержащую генератор пилообразного напряжения, фазосдвигающее устройство, трансформаторно-выпрямительный блок, первый и второй формирователи импульсов, первый и второй распределители импульсов, причем однофазно-трехфазный трансформатор с вращающимся магнитным полем содержит две первичные обмотки, каждая из которых имеет среднюю точку и три вторичные обмотки, сдвинутые относительно друг 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, согласно изобретению система управления дополнительно содержит датчик напряжения и сумматор сигналов, вход датчика напряжения подключен к входным клеммам трехфазного инвертора, а его выход к первому входу сумматора сигналов, к второму входу сумматора сигналов подключен выход трансформаторно-выпрямительного блока, вход трансформаторно-выпрямительного блока подключен к трехфазному выходу трехфазного инвертора, первый выход сумматора сигналов подключен к первому входу первого формирователя импульсов, на второй вход которого подключен первый выход генератора пилообразного напряжения, второй выход генератора пилообразного напряжения через фазосдвигающее устройство подключен к второму входу второго формирователя импульсов к первому входу которого подключен второй выход сумматора напряжения, выход первого формирователя импульсов через распределитель импульсов подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторов первого однофазного инвертора, а выход второго формирователя импульсов через второй распределитель импульсов подключен к управляющим электродам третьего и четвертого транзистора второго однофазного инвертора.

Новизна технического решения заключается в том, что использование датчика напряжения и сумматора сигналов в составе системы управления позволяет повысить быстродействие системы управления.

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.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема трехфазного инвертора; на фиг.2 - диаграмма напряжений, поясняющая принцип работы трехфазного инвертора.

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 относительно друг 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, выход трансформаторно-выпрямительного блока 22 подключен к второму входу сумматора сигналов 26. Первый вход сумматора сигналов 26 через датчик напряжения 27 подключен к входным клеммам 9 и 14. На второй вход формирователя импульсов 20 подключен первый выход сумматора сигналов 26, а к выходу формирователя импульсов 20 подключен распределитель импульсов 28, который в свою очередь подключен к управляющим входам транзисторов 10, 11. Входы второго формирователя импульсов 29 подключены к фазосдвигающему устройству 21 и к второму выходу сумматора сигналов 26, выход формирователя импульсов 29 подключен к входу распределителя импульсов 30, 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 инверторов. При переменной работе транзисторов 10 или 11 и 12 или 13 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. Сумматор сигналов 26 выполняет функцию сравнения сигналов от трансформаторно-выпрямительного блока 22 и датчика напряжения 27, а также генерирование ведущего сигнала u_СС=(u_ДН+u_ГПН)/2. Система управления работает следующим образом. Генератор пилообразно 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_СС от сумматора сигналов 26 (фиг.2, а). В случае, когда U_ГПН>u_СС 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, и, как следствие, уменьшается сигнал u_СС (фиг.2, л), а так же 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°. При уменьшении напряжения на входе трехфазного инвертора система управления работает аналогично, как и при уменьшении выходного напряжения, т.е. сигнал или уменьшается, и, как следствие, уменьшается сигнал u_СС (фиг.2, л), а так же 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 сумматора сигналов и датчика напряжения обеспечивает стабилизацию выходного напряжения при дестабилизирующих факторах на входе и выходе трехфазного инвертора, что выгодно отличает его от известного, т.к. увеличивается быстродействие системы управления, и, как следствие, уменьшается время необходимое для стабилизации выходного напряжения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения для преобразования постоянного тока в трехфазную симметричную систему напряжений переменного тока. Технический результат заключается в увеличении быстродействия системы управления за счет осуществления контроля за уровнем входного напряжения и корректировки управляющих импульсов относительно входного напряжения при помощи датчика напряжения и сумматора сигналов. Для этого заявленное устройство содержит однофазные инверторы, каждый состоящий из двух транзисторов, трансформатор с вращающимся магнитным полем, систему управления, содержащую генератор пилообразного напряжения, фазосдвигающее устройство, трансформаторно-выпрямительный блок, первый и второй формирователи импульсов, первый и второй распределители импульсов, в систему управления дополнительно введены датчик напряжения и сумматор сигналов. 2 ил.

Трехфазный инвертор, содержащий однофазные инверторы, каждый состоящий из двух транзисторов, трансформатор с вращающимся магнитным полем, систему управления, содержащую генератор пилообразного напряжения, фазосдвигающее устройство, трансформаторно-выпрямительный блок, первый и второй формирователи импульсов, первый и второй распределители импульсов, причем однофазно-трехфазный трансформатор с вращающимся магнитным полем содержит две первичные обмотки, каждая из которых имеет среднюю точку и три вторичные обмотки, сдвинутые относительно друг 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, отличающийся тем, что система управления дополнительно содержит датчик напряжения и сумматор сигналов, при этом вход датчика напряжения подключен ко входным клеммам трехфазного инвертора, а его выход - к первому входу сумматора сигналов, ко второму входу сумматора сигналов подключен выход трансформаторно-выпрямительного блока, вход трансформаторно-выпрямительного блока подключен к трехфазному выходу трехфазного инвертора, первый выход сумматора сигналов подключен к первому входу первого формирователя импульсов, на второй вход которого подключен первый выход генератора пилообразного напряжения, второй выход генератора пилообразного напряжения через фазосдвигающее устройство подключен к второму входу второго формирователя импульсов, к первому входу которого подключен второй выход сумматора напряжения, выход первого формирователя импульсов через распределитель импульсов подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторов первого однофазного инвертора, а выход второго формирователя импульсов через второй распределитель импульсов подключен к управляющим электродам третьего и четвертого транзистора второго однофазного инвертора.