ТРЁХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР, СОСТАВЛЕННЫЙ ИЗ ТРЕХ ОДНОФАЗНЫХ Российский патент 2018 года по МПК H02M7/42 

Описание патента на изобретение RU2656877C1

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

Известен трехфазный инвертор, составленный из трех однофазных мостовых инверторов, содержащий функционально соединенные клеммы питания, емкостный фильтр, первый однофазный инвертор, содержащий схему управления и силовой модуль, второй однофазный мостовой инвертор, содержащий схему управления и силовой модуль, третий однофазный мостовой инвертор, содержащий схему управления и силовой модуль, выходной трансформатор, содержащий сердечник, первичную трехфазную обмотку и вторичную трехфазную обмотку, фазы которой соединены с клеммами А, В и С для подключения нагрузки, причем фазы первичной обмотки соединены с указанными силовыми модулями инверторов [1].

Данный инвертор нашел широкое применение в системах автономного электроснабжения поскольку он позволяет получить большую мощность без последовательного или параллельного включения транзисторов или тиристоров. Кроме того, использование мостовых однофазных инверторов в общей трехфазной схеме инвертора позволяет повысить надежность инвертора в целом. Однако данному составному инвертору присущи и недостатки, среди которых наиболее значительным является сравнительно низкое качество выходного напряжения из-за большого числа гармоник в его спектре.

Техническим результат изобретения является повышение качества выходного напряжения за счет исключения из спектра пятой и седьмой гармоник.

Поставленный технический результат достигается тем, что в трехфазном инверторе, составленном из трех однофазных, содержащим функционально соединенные клеммы питания, емкостный фильтр, первый однофазный мостовой инвертор, содержащий схему управления и силовой модуль, второй однофазный мостовой инвертор, содержащий схему управления и силовой модуль, третий однофазный мостовой инвертор, содержащий схему управления и силовой модуль, выходной трансформатор, содержащий сердечник, первичную трехфазную обмотку и вторичную трехфазную обмотку, фазы которых соединены с клеммами А, В и С для подключения нагрузки, причем фазы первичной обмотки соединены с выходами силовых модулей соответствующих однофазных мостовых инверторов, а выходной трансформатор выполнен в виде электрической машины переменного тока с заторможенным ротором, содержащей внешний сердечник в виде полого цилиндра с пазами, расположенными на его внутренней поверхности, в которых размещены первичная и вторичная трехфазные обмотки и соосный ему внутренний сердечник, выполненный в форме кольца, при этом в каждой фазе каждая из входной и выходной обмоток выполнена из двух секций, кривая распределения проводников каждой из которых по пазам unx=ϕ(х), где unx - число проводников в пазах; х - расстояние вдоль окружности внутренней поверхности от точки отсчета имеет вид треугольника, кроме того указанные секции сдвинуты относительно друг друга на угол γ=π-2β, где β=nπ/v, n=1, 2, 3…, a ν - номер гармоники, которую необходимо уничтожить.

На фиг. 1 изображен график распределения линейной плотности проводников в расточке трехфазного трансформатора. На фиг. 2 показан принцип образования с трапецеидальным распределением плотности проводников обмотки из двух секций с кривой распределения плотности проводников в виде треугольника. На фиг. 3 представлено сечение сердечника трехфазного трансформатора. На фиг. 4 изображена структурная схема трехфазного инвертора, составленного из трех однофазных. Поскольку обмотка с трапецеидальной кривой распределения плотности проводников относится к обмоткам повышенной точности, то закон распределения линейной плотности проводников (фиг. 1) отличается наличием длительных участков, где указанная плотность обозначена через λ0, а наиболее рациональным законом при λ0=const является трапецеидальный. Одним из способов получения обмотки с трапецеидальной кривой распределения плотности является использование двух обмоток с кривой распределения плотности в виде треугольника (треугольных обмоток) с полным шагом, но сдвинутых относительно друг друга в пространстве на угол γ (фиг. 2), для чего используется шаг обмотки у, относительный шаг β, поэтому используя принцип образования трапецеидальной обмотки можно определить основные ее параметры:

отсюда шаг равен

для уничтожения какой-либо ν-гармоники, необходимо принять

где n=1, 2, 3 - целое число, откуда шаг обмотки будет равен

Если использовать формулы (1)…(4), то находим, что при уничтожении третей гармоники n=1, при уничтожении пятой гармоники n=2, а величину коэффициента, характеризующего уровень седьмой гармоники при условии, что β'=π/3 и β''=2π/5 можно найти по формуле

К7=0,00053%

то есть амплитудой седьмой гармоники можно пренебречь.

Таким образом, выполнение первичной и вторичной трехфазных обмоток трапецеидальными позволяет получить обмоточные коэффициенты нежелательных гармоник в следующем виде

что доказывает, что трапецеидальная обмотка относится к классу точных обмоток. Трехфазный трансформатор конструктивно похож на электрическую машину переменного тока с заторможенным ротором и вид поперечного сечения его (фиг. 3) позволяет выделить следующие элементы при диаметре стали 1, который включает внешний сердечник 2 (в виде полого цилиндра), внутренний сердечник в форме кольца, первичную обмотку 4, которая состоит из двух секций 5 и вторичную обмотку 6, при этом указанные обмотки размещены в пазах с параллельными стенками. Структурная схема трехфазного инвертора содержит (фиг. 4) функционально соединенные клеммы питания 7, емкостный фильтр 8, первый однофазный мостовой инвертор 9, содержащий схему управления 9-1 силовой модуль 9-2; второй однофазный мостовой инвертор 10, содержащей схему управления 10-1 и силовой модуль 10-2, третий однофазный мостовой инвертор 11, содержащий схему управления 11-1 и силовой модуль 11-2, основными элементами трехфазного трансформатора 12 является внешний сердечник с пазами 12-1, фазы первичной обмотки 12-2, 12-3 и 12-4, вторичная трехфазная обмотка 12-5, соединенная с клеммами А, В и С для подключения нагрузки 13. Все элементы трехфазного инвертора серийно выпускаются отечественной промышленностью.

Трехфазный инвертор, составленный из трех однофазных, работает следующим образом.

При наличии напряжения на клеммах питания 7 в работу емкостный фильтр 8, которые уменьшает пульсации выходного напряжения. Отфильтрованная напряжение подается на схему управления 9-1 первого однофазного мостового инвертора 9, на схему управления 10-1 второго однофазного мостового инвертора 10 и на схему управления 11-1 третьего однофазного мостового инвертора 11, где формируются импульсы управления соответствующими силовыми модулями 9-2, 10-2 и 11-2. С выхода указанных модулей (не обозначены) напряжения поступают на фазы первичной обмотки 12-2, 12-3 и 12-4 выходного трансформатора 12. Поскольку в указанном трансформаторе соблюдаются все условия образования кругового вращающегося магнитного поля (КВМП), то в сердечнике 12-1 образуется магнитный поток, который наводит во вторичной обмотке 12-5 трехфазную ЭДС, используемую для питания потребителей с помощью клемм А, В и С для подключения нагрузки 13.

Требуемое качество напряжения на выходе инвертора достигается за счет конструкции трапецеидальных обмоток.

Источники информации

[1]. Электротехнический справочник. Том 2. Под ред. В.Г. Герасимова. М., МЭИ, 2003, стр. 471, рис. 37. 60.

[2]. Лопухина Е.М., Семенчуков Г.А. Проектирование асинхронных микродвигатели с применением ЭВМ. М., ВШ., 1980, стр. 77-82.

Похожие патенты RU2656877C1

название год авторы номер документа
ТРЁХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР, СОСТОЯЩИЙ ИЗ ДВУХ ОДНОФАЗНЫХ 2017
  • Квасов Евгений Геннадиевич
  • Кириллов Николай Петрович
  • Маракулин Юрий Владимирович
  • Полянский Владимир Иванович
RU2656878C1
Стабилизатор напряжения трехфазного инвертора 2023
  • Кириллов Николай Петрович
  • Шихов Кирилл Андреевич
  • Жабский Игорь Васильевич
RU2797578C1
ТРЁХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР НА ОСНОВЕ СХЕМЫ СКОТТА 2017
  • Гончаров Никита Сергеевич
  • Квасов Евгений Геннадиевич
  • Кириллов Николай Петрович
  • Полянский Владимир Иванович
RU2658641C1
Трехфазный инвертор для питания нагрузки с нулевым выводом 1975
  • Моин Владимир Самойлович
  • Уан-Зо-Ли Борис Лазаревич
  • Сурминский Анатолий Евгеньевич
SU584416A1
ВЫПРЯМИТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА 2005
  • Зиновьев Геннадий Степанович
  • Лопаткин Николай Николаевич
RU2297707C2
Трёхфазный инвертор 2015
  • Оськин Сергей Владимирович
  • Стрижков Игорь Григорьевич
  • Усков Антон Евгеньевич
RU2697191C2
ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР 2010
  • Григораш Олег Владимирович
  • Сепура Юрий Петрович
  • Власенко Евгений Анатольевич
  • Усков Антон Евгеньевич
  • Шиян Юлия Васильевна
RU2426216C1
ТРАНСФОРМАТОР ИНВЕРТОРА 2001
  • Кириллов Н.П.
  • Матвеев С.С.
  • Березов В.В.
  • Рулев А.С.
RU2192065C1
ТРЕХФАЗНЫЙ КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ 1992
  • Климаш В.С.
  • Симоненко И.Г.
RU2027278C1
Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное для частотно-управляемого электропривода 1976
  • Мыцык Геннадий Сергеевич
  • Чесноков Александр Владимирович
SU657550A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 656 877 C1

Реферат патента 2018 года ТРЁХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР, СОСТАВЛЕННЫЙ ИЗ ТРЕХ ОДНОФАЗНЫХ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве трехфазного инвертора повышенной мощности с улучшенным качеством выходного напряжения. Технический результат заключается в повышении качества выходного напряжения. Инвертор содержит функционально соединенные клеммы питания, емкостный фильтр, три однофазных мостовых инвертора, каждый из которых содержит схему управления и силовой модуль, выходной трансформатор, содержащий сердечник, первичную трехфазную обмотку и вторичную трехфазную обмотку, которые выполнены трапецеидальными, при этом фазы первичной обмотки соединены с соответствующими силовыми модулями инверторов, а фазы вторичной обмотки соединены с клеммами для подключения нагрузки. Повышение качества выходного напряжения инвертора обеспечивается конструкцией и параметрами трапецеидальных обмоток. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 656 877 C1

Трехфазный инвертор, составленный из трех однофазных, содержащий функционально соединенные клеммы питания, емкостный фильтр, первый однофазный мостовой инвертор, содержащий схему управления и силовой модуль, второй однофазный мостовой инвертор, содержащий схему управления и силовой модуль, третий однофазный мостовой инвертор содержащий схему управления и силовой модуль, выходной трансформатор содержащий сердечник, первичную трехфазную обмотку и вторичную трехфазную обмотку, фазы которых соединены с соответствующими клеммами А, В и С для подключения нагрузки, причем фазы первичной обмотки соединены с выходами силовых модулей соответствующих однофазных мостовых инверторов, а входной трансформатор выполнен в виде электрической машины переменного тока с заторможенным ротором, содержащей внешний сердечник в виде полого цилиндра с пазами, расположенными на его внутренней поверхности, в которых размещены первичная и вторичная трехфазные обмотки и соосный ему внутренний сердечник, выполненный в форме кольца, при этом в каждой фазе каждая из входной и выходной обмоток выполнена из двух секций, кривая распределения проводников каждой из которых по пазам unx=ϕ(х), где unx - число проводников в пазах; х - расстояние вдоль окружности внутренней поверхности от точки отсчета имеет вид треугольника, кроме того указанные секции сдвинуты относительно друг друга на угол γ=π-2β, где β=nπ/ν, n=1, 2, 3…, a ν - номер гармоники, которую необходимо уничтожить.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2656877C1

Преобразователь постоянного напряжения в переменное 1981
  • Зуйков Сергей Алексеевич
  • Козлов Михаил Александрович
  • Орлов Анатолий Васильевич
  • Сапожников Василий Васильевич
SU989710A1
Преобразователь постоянного напряжения 1989
  • Левин Николай Николаевич
  • Никулин Владимир Иванович
  • Якушков Александр Владимирович
SU1695463A1
DE 19611401 C2, 31.05.2000.

RU 2 656 877 C1

Авторы

Квасов Евгений Геннадиевич

Кириллов Николай Петрович

Полянский Владимир Иванович

Соколова Евгения Олеговна

Даты

2018-06-07Публикация

2017-08-23Подача