Трёхфазный инвертор Российский патент 2019 года по МПК H02M7/53 

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

Известно техническое решение 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 работы и высокий уровень электромагнитных помех из-за большого числа силовых полупроводниковых ключей, сложная система управления.

В качестве прототипа выбран «Трехфазный инвертор» патент РФ №2426216, Н02М 7/53 содержащий источник напряжения постоянного тока, однофазные автономные инверторы с транзисторными ключами, трансформатор с вращающимся магнитным полем с первичными и вторичными обмотками, входной фильтр, систему управления состоящую из генератора пилообразного напряжения, фазосдвигающего устройства, трансформаторно-выпрямительного блока, формирователей импульсов, распределителей импульсов.

Недостатком известного изобретения является то, что транзисторными ключами выделяется большое количество тепла при работе на низких частотах, что увеличивает массу инвертора, т.к. необходимо дополнительное охлаждение, и уменьшает КПД из-за увеличения тепловых потерь.

Техническим результатом является увеличение КПД.

Технический результат достигается тем, что трехфазный инвертор содержащий источник напряжения постоянного тока, однофазные автономные инверторы, трансформатор с вращающимся магнитным полем содержащий первичные и вторичные обмотки, входной фильтр, причем к положительной клемме источника напряжения постоянного тока подключены: через эмиттер-коллекторный переход первого транзисторного ключа начало первой первичной обмотки, через эмиттер-коллекторный переход второго транзисторного ключа конец второй первичной обмотки, через эмиттер-коллекторный переход третьего транзисторного ключа начало третьей первичной обмотки, через эмиттер-коллекторный переход четвертого транзисторного ключа конец четвертой первичной обмотки; к отрицательной клемме источника напряжения постоянного тока подключены: конец первой первичной обмотки, начало второй первичной обмотки, конец третьей первичной обмотки, начало четвертой первичной обмотки; так же к положительной и отрицательной клеммам источника напряжения постоянного тока подключен входной фильтр, начала выходных обмоток объединены, а концы образуют силовой выход трехфазного инвертора А, В, С, а так же, трехфазный инвертор содержит систему управления состоящую из генератора пилообразного напряжения, фазосдвигающего устройства, трансформаторно-выпрямительного блока, первого и второго формирователей импульсов, первого и второго распределителей импульсов согласно формуле изобретения, система управления содержит генератор высоких частот, а первый выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входу первого формирователя импульсов, второй выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входу фазосдвигающего устройства, второй вход которого объединен с входом трансформаторно-выпрямительного блока и подключены к выходу трехфазного инвертора А, В, С, выход фазосдвигающего устройства подключен к первому входу второго формирователя импульсов, ко второму входу первого формирователя импульсов подключен первый выход трансформаторно-выпрямительного блока, второй выход которого подключен ко второму входу второго формирователя импульсов, к третьему входу первого формирователя импульсов подключен первый выход генератора высоких частот, второй выход которого подключен к третьему входу второго формирователя импульсов, выход первого формирователя импульсов через первый распределитель импульсов подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторных ключей первого автономного инвертора, выход второго формирователя импульсов через второй распределитель импульсов подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторных ключей второго автономного инвертора.

Новизна технического решения заключается в том, что использование генератора высоких частот в составе системы управления, что позволяет снизить количество выделяемого тепла транзисторами.

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; на фиг. 3 - развернутая схема обмоток трансформатора с вращающимся магнитным полем.

Трехфазный инвертор состоит из: трансформатора с вращающимся магнитным полем 1 содержащим первичные обмотки 2, 3 и 4, 5, а так же вторичные обмотки 6, 7, 8, однофазные автономные инверторы 9 и 10 содержат транзисторные ключи 11, 12 и 13, 14 соответственно, источник напряжения постоянного тока 15, причем к положительной клемме источника напряжения постоянного тока 15 подключены: через эмиттер-коллекторный переход транзисторного ключа 11 начало первичной обмотки 2, через эмиттер-коллекторный переход транзисторного ключа 12 конец первичной обмотки 3, через эмиттер-коллекторный переход транзисторного ключа 13 начало первичной обмотки 4, через эмиттер-коллекторный переход транзисторного ключа 14 конец первичной обмотки 5; к отрицательной клемме источника напряжения постоянного тока 15 подключены: конец первичной обмотки 2, начало первичной обмотки 3, конец первичной обмотки 4, начало первичной обмотки 5; так же к положительной и отрицательной клеммам источника напряжения постоянного тока 15 подключен входной фильтр 16, начала выходных обмоток 6, 7, 8 объединены, а концы образуют силовой выход трехфазного инвертора А, В, С, система управления 17 состоит из генератора пилообразного напряжения 18, генератора высоких частот 19, фазосдвигающего устройства 20, трансформаторно-выпрямительного блока 21, формирователей импульсов 22 и 23, распределителей импульсов 24 и 25, причем первый выход генератора пилообразного напряжения 18 подключен к первому входу формирователя импульсов 22, второй выход генератора пилообразного напряжения 18 подключен к первому входу фазосдвигающего устройства 20, второй вход которого объединен с входом трансформаторно-выпрямительного блока 21 и подключены к выходу трехфазного инвертора А, В, С, выход фазосдвигающего устройства 20 подключен к первому входу формирователя импульсов 23, ко второму входу формирователя импульсов 22 подключен первый выход трансформаторно-выпрямительного блока 21, второй выход которого подключен ко второму входу формирователя импульсов 23, к третьему входу формирователя импульсов 22 подключен первый выход генератора высоких частот 19, второй выход которого подключен к третьему входу формирователя импульсов 23, выход формирователя импульсов 22 через распределитель импульсов 24 подключен к управляющим электродам транзисторных ключей 11 и 12, выход формирователя импульсов 23 через распределитель импульсов 25 подключен к управляющим электродам транзисторных ключей 13 и 14.

Трехфазный инвертор работает следующим образом. Генератор пилообразного напряжения 18 формирует ведущий сигнал u_ГПН, а трансформаторно-выпрямительный блок 21 формирует опорный сигнал u_TBБ (фиг. 2а), фазосдвигающее устройство 20 обеспечивает смещение начальной фазы ведущего сигнала для формирователя импульсов 23, ведущий и опорный сигналы совместно с сигналом широтно-импульсной модуляции генератора высоких частот 19 поступают на входы формирователей импульсов 22 и 23 на выходе которых формируются управляющие сигналы транзисторных ключей 11-15 (фиг. 2в, г, ж, з), при попеременной работе транзисторных ключей 11, 12 и 13, 14 создается пульсирующее магнитное поле в первичных обмотках 2, 3, 4, 5 соответственно. Благодаря конструкции обмоток (фиг. 3) в магнитопроводе трансформатора с вращающимся магнитным полем 1 формируется вращающееся магнитное поле (фиг. 2к) которое пересекая вторичные обмотки 6, 7, 8 наводит ЭДС и тем самым на выходе трехфазного инвертора формируется трехфазная симметричная система напряжений. При понижении уровня выходного напряжения величина опорного сигнала u_ТВБ пропорционально уменьшается, тем самым увеличивая время открытого состояния транзисторных ключей 11-14, что приводит к увеличению величины магнитного потока первичных обмоток (фиг.2н, п) и, как следствие, увеличивается величина выходного напряжения. При отклонении межфазного угла от 120° фазосдвигающее устройство 20 корректирует угол начальной фазы, таким образом восстанавливая круговую форму вращающегося поля.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения для преобразования постоянного тока в трехфазную симметричную систему напряжений переменного тока. Трехфазный инвертор содержит источник напряжения постоянного тока (15), однофазные автономные инверторы (10 и 11), трансформатор с вращающимся магнитным полем (1), содержащий первичные (2-5) и вторичные обмотки (6, 7, 8), входной фильтр (16), систему управления (17), состоящую из генератора пилообразного напряжения (18), фазосдвигающего устройства (20), трансформаторно-выпрямительного блока (21), первого (24) и второго (25) формирователей импульсов, первого (22) и второго (23) распределителей импульсов, согласно изобретению система управления содержит генератор высоких частот (19). Использование в схеме управления генератора высоких частот, формирующего сигнал широтно-импульсной модуляции на частоте 4-5 кГц, за счет чего уменьшение выделения тепла транзисторными ключами и увеличивается КПД на 3-5%. 3 ил.

Трехфазный инвертор, содержащий источник напряжения постоянного тока, однофазные автономные инверторы, трансформатор с вращающимся магнитным полем, содержащий первичные и вторичные обмотки, входной фильтр, причем к положительной клемме источника напряжения постоянного тока подключены: через эмиттер-коллекторный переход первого транзисторного ключа начало первой первичной обмотки, через эмиттер-коллекторный переход второго транзисторного ключа конец второй первичной обмотки, через эмиттер-коллекторный переход третьего транзисторного ключа начало третьей первичной обмотки, через эмиттер-коллекторный переход четвертого транзисторного ключа конец четвертой первичной обмотки; к отрицательной клемме источника напряжения постоянного тока подключены: конец первой первичной обмотки, начало второй первичной обмотки, конец третьей первичной обмотки, начало четвертой первичной обмотки; также к положительной и отрицательной клеммам источника напряжения постоянного тока подключен входной фильтр, начала выходных обмоток объединены, а концы образуют силовой выход трехфазного инвертора А, В, С, а также трехфазный инвертор содержит систему управления, состоящую из генератора пилообразного напряжения, фазосдвигающего устройства, трансформаторно-выпрямительного блока, первого и второго формирователей импульсов, первого и второго распределителей импульсов, отличающийся тем, что система управления содержит генератор высоких частот, а первый выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входу первого формирователя импульсов, второй выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входу фазосдвигающего устройства, второй вход которого объединен с входом трансформаторно-выпрямительного блока и подключены к выходу трехфазного инвертора А, В, С, выход фазосдвигающего устройства подключен к первому входу второго формирователя импульсов, ко второму входу первого формирователя импульсов подключен первый выход трансформаторно-выпрямительного блока, второй выход которого подключен ко второму входу второго формирователя импульсов, к третьему входу первого формирователя импульсов подключен первый выход генератора высоких частот, второй выход которого подключен к третьему входу второго формирователя импульсов, выход первого формирователя импульсов через первый распределитель импульсов подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторных ключей первого автономного инвертора, выход второго формирователя импульсов через второй распределитель импульсов подключен к управляющим электродам первого и второго транзисторных ключей второго автономного инвертора.