Инверторное устройство Российский патент 2020 года по МПК H02M7/483 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к инверторному устройству, в котором каждый из блока U-фазы, блока V-фазы и блока W-фазы состоит из множества инверторных ячеек с однофазным выходом, соединенных последовательно, то есть так называемому последовательному многоячейковому инверторному устройству, и, в частности, к усовершенствованию расположения датчиков тока для измерения фазных токов.

Предпосылки создания изобретения

[0002] Патентный документ 1 и патентный документ 2 раскрывают последовательное многоячейковое инверторное устройство, в котором каждый блок U-фазы, блок V-фазы и блок W-фазы состоит из множества соединенных последовательно инверторных ячеек с трехфазным входом и однофазным выходом. Каждая из инверторных ячеек содержит блок выпрямителя для выпрямления трехфазного переменного тока, поступающего через входной трансформатор, и блок инвертора для выполнения обратного преобразования постоянного тока в однофазное выходное напряжение переменного тока. Выходные клеммы инверторных ячеек соединены последовательно для формирования каждой из U-фазы, V-фазы и W-фазы. Соответственно, потенциал выходной линии, подключенной к нагрузке, равен сумме выходных напряжений инверторных ячеек.

[0003] Например, инверторное устройство этого типа может быть сконфигурировано для непосредственного получения высокого напряжения от 3,3 до 6,6 кВ и для подачи на выход высокого напряжения от 3,3 до 6,6 кВ путем последовательного соединения множества инверторных ячеек с однофазным выходом. Оно используется для таких применений как привод высоковольтного трехфазного двигателя переменного тока.

[0004] В таком инверторном устройстве может быть предусмотрен датчик тока для измерения тока каждой фазы, чтобы управлять выходным током инвертора или выполнять операцию защиты, когда течет чрезмерный ток. Согласно патентному документу 1, датчик тока расположен в выходной линии каждого фазного блока, которая подключена к нагрузке.

[0005] Патентный документ 2 раскрывает конфигурацию, в которой каждая из двух выходных линий ячейки снабжена датчиком тока внутри инверторной ячейки с однофазным выходом, образующей каждый фазный блок.

[0006] В конфигурации, в которой датчики тока расположены в выходных линиях последовательного многоячейкового инверторного устройства, как в патентном документе 1, как правило, требуется большой зазор для межфазной изоляции между выходными линиями трех фаз, так что легко обеспечить место для установки датчиков тока. Кроме того, выходные линии последовательного многоячейкового инверторного устройства часто располагаются рядом с контроллером, в который вводятся сигналы измеряемого тока, так что при расположении датчиков тока на выходных линиях сигнальные линии между контроллером и датчиками тока становится короче. Это уменьшает помехи в сигнальных линиях.

[0007] Однако в конфигурации схемы такого последовательного многоячейкового инверторного устройства при более высоком напряжении разность потенциалов между фазами на выходных линиях, подключенных к нагрузке, становится чрезвычайно высокой. Кроме того, эти выходные линии часто связаны в жгут близко к металлическому листу корпуса платы, находящегося под потенциалом земли. Поэтому каждая выходная линия инверторного устройства должна быть высоковольтным электрическим проводом, имеющим толстое изолирующее покрытие и достаточно большой диаметр, чтобы выдерживать разность потенциалов между линиями и разность потенциалов относительно потенциала земли. В качестве датчика тока обычно используют датчик тока проходного типа со сквозным отверстием. Для измерения тока, протекающего через такой электрический провод большого диаметра с высоким допустимым напряжением, требуется датчик тока с большим диаметром сквозного отверстия и стойкостью к высокому напряжению.

[0008] Ввиду вышеизложенного, в конфигурации, в которой датчики тока расположены в выходных линиях последовательного многоячейкового инверторного устройства, как в патентном документе 1, существует проблема, заключающаяся в том, что датчики тока увеличиваются по стоимости и размеру.

[0009] Кроме того, в конфигурации согласно патентному документу 1 требуется обеспечить пространство, в котором множество таких датчиков тока большого размера может быть установлено в корпусе платы последовательного многоячейкового инверторного устройства. Это вызывает увеличение размера всего последовательного многоячейкового инверторного устройства.

[0010] Как описано выше, расположение датчика тока и контроллера рядом друг с другом служит для укорочения сигнальной линии между ними. Однако в конфигурации патентного документа 1 каждая выходная линия инверторного устройства находится под более высоким потенциалом, чем потенциал земли. Если выходная линия инверторного устройства находится близко к контроллеру, то контроллер становится восприимчивым к помехам, возникающим из-за выходной линии с высоким потенциалом, и, следовательно, может работать со сбоями.

[0011] С другой стороны, в конфигурации согласно патентному документу 2 выходная линия инверторной ячейки с однофазным выходом имеет относительно низкое напряжение, так что датчик тока в выходной линии ячейки не должен иметь стойкость к высокому напряжению. Однако в этой конфигурации существует проблема, заключающаяся в том, что расположение датчика тока внутри инверторной ячейки вызывает увеличение ее размера и увеличение размера всего инверторного устройства, состоящего из инверторных ячеек. Кроме того, если ток каждой из фаз U, V, W измеряется датчиком тока одной из инверторных ячеек каждой фазы, то имеются инверторные ячейка, снабженные датчиком тока, и инверторные ячейки, не снабженные датчиком тока. Это усложняет управление изготовлением последовательного многоячейкового инверторного устройства. Если каждая инверторная ячейка снабжена датчиком тока, инверторные ячейки идентичны по конфигурации и изготовлением можно легко управлять, но соответственно увеличивается стоимость.

Документы предшествующего уровня техники

[0012] Патентные документы

Патентный документ 1: Патент Японии №4609102

Патентный документ 2: Патент Японии №6027060

Сущность изобретения

[0013] Согласно настоящему изобретению инверторное устройство содержит: фазные блоки, включающие в себя блок U-фазы, блок V-фазы и блок W-фазы, каждый из которых содержит множество инверторных ячеек с однофазным выходом, соединенных последовательно, причем каждая из инверторных ячеек с однофазным выходом сконфигурирована для получения на входе мощности переменного тока через трансформатор; нейтральную точку, к которой подключен конец последовательного соединения каждого из фазных блоков; и по меньшей мере два датчика тока, каждый из которых расположен в линии между нейтральной точкой и одной из инверторных ячеек с однофазным выходом, ближайшей к нейтральной точке, соответствующего одного из фазных блоков.

[0014] В устройстве последовательного многоячейкового инвертора, в котором каждый из блока U-фазы, блока V-фазы и блока W-фазы включает в себя множество инверторных ячеек с однофазным выходом, соединенных последовательно, ток, текущий через выходную линию каждой фазы инверторного устройства, подключенного к нагрузке, идентичен току, текущему через линию каждой фазы между нейтральной точкой и инверторной ячейкой с однофазным выходом, ближайшей к нейтральной точке. Ввиду этого, в соответствии с настоящим изобретением датчик тока расположен не в выходной линии, а со стороны нейтральной точки для измерения тока. Соответственно, линия на стороне нейтральной точки, где расположен датчик тока в соответствии с настоящим изобретением, имеет низкий потенциал, близкий к потенциалу земли, и между фазами нет разности потенциалов. Это позволяет использовать линии с низкими характеристиками допустимого напряжения и осуществлять измерение тока относительно небольшими датчиками тока.

[0015] Даже если контроллер расположен рядом с датчиками тока, работа контроллера не будет нарушена из-за наведенных помех, так как потенциал линии на стороне нейтральной точки низок. Другими словами, можно расположить контроллер на удалении от выходных линий инверторного устройства и подавить влияние наведенных помех от выходных линий.

[0016] Поскольку сумма токов, протекающих через блоки U-фазы, V-фазы и W-фазы, равна 0, достаточно измерять датчиками тока по меньшей мере два фазных тока при вычислении тока оставшейся фазы.

[0017] В предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения нейтральная точка заземлена. Например, нейтральная точка заземлена через импедансный компонент, такой как резистор, реактор или конденсатор. В этой конфигурации, в которой нейтральная точка заземлена, потенциал каждой линии на стороне нейтральной точки, где расположен датчик тока, равен потенциалу земли. Это позволяет этим линиям и соответствующим датчикам тока иметь низкие характеристики допустимого напряжения.

[0018] Например, в качестве каждого датчика тока используется датчик тока проходного типа. Этот датчик тока имеет небольшое сквозное отверстие и низкое допустимое напряжение, является небольшим и недорогим.

[0019] В предпочтительном аспекте настоящего изобретения инверторное устройство имеет общую конфигурацию плат, содержащую: плату трансформатора, включающую в себя корпус, содержащий трансформатор; плату инвертора, включающую в себя корпус, содержащий инверторные ячейки с однофазным выходом, причем плата инвертора расположена рядом с платой трансформатора; и выходную плату, включающую в себя корпус, содержащий контроллер, причем выходная плата содержит трехфазный выходной вывод, предназначенный для подключения к нагрузке, и расположена рядом с платой инвертора, при этом контроллер выполнен с возможностью управления инверторными ячейками с однофазным выходом; причем каждая из линий от инверторной ячейки с однофазным выходом, ближайшей к нейтральной точке, до нейтральной точки включает в себя часть, отведенную от платы инвертора в корпус выходной платы; при этом каждый из датчиков тока, расположенных в соответствующих линиях, расположен в корпусе выходной платы.

[0020] В этой конфигурации датчики тока и контроллер размещены в одном и том же корпусе платы, тем самым уменьшается длина сигнальных линий между ними. Кроме того, контроллер менее чувствителен к теплу, выделяемому ячейками инвертора.

[0021] Когда нейтральная точка заземляется через импедансный компонент, желательно, чтобы он был реализован таким компонентом как резистор, который находится в корпусе выходной платы. В результате длина линии между компонентом, таким как резистор, и датчиком тока уменьшается.

[0022] Предпочтительно, каждая из платы трансформатора и выходной платы включает в себя вывод заземления, и нейтральная точка подключается к выводу заземления выходной платы напрямую или через импедансный компонент. Это служит для уменьшения длины линии от нейтральной точки до вывода заземления, поскольку линия не проходит через плату инвертора.

[0023] В другой предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения инверторное устройство имеет общую конфигурацию плат, включающую в себя: плату трансформатора, включающую в себя корпус, содержащий трансформатор; плату датчиков тока, включающую в себя корпус, который содержит контроллер и каждый из датчиков тока, причем плата датчиков тока расположена рядом с платой трансформатора, при этом контроллер выполнен с возможностью управления инверторными ячейками с однофазным выходом; и плату инвертора, включающую в себя корпус, содержащий инверторные ячейки с однофазным выходом, причем плата инвертора расположена рядом с платой датчиков тока.

[0024] Также в этой конфигурации датчики тока и контроллер размещены в одном и том же корпусе платы, что уменьшает длину сигнальных линий между ними. Кроме того, контроллер менее чувствителен к теплу, выделяемому ячейками инвертора.

[0025] Когда нейтральная точка заземлена через импедансный компонент, желательно, чтобы импедансный компонент был реализован таким компонентом как резистор, который находится в корпусе платы датчиков тока. Это служит для уменьшения длины линии между датчиком тока и компонентом, таким как резистор.

[0026] Предпочтительно, каждая из платы трансформатора и платы датчиков тока включает в себя вывод заземления, и нейтральная точка подключается к выводу заземления платы датчиков тока непосредственно или через импедансный компонент. Это служит для уменьшения длины линии от нейтральной точки до клеммы заземления, поскольку линия не проходит через корпус платы датчиков тока или платы трансформатора.

[0027] В соответствии с настоящим изобретением каждый датчик тока расположен в линии между нейтральной точкой и инверторной ячейкой с однофазным выходом, ближайшей к нейтральной точке, которая имеет самый низкий потенциал в конфигурации схемы последовательного многоячейкового инверторного устройства. Это позволяет использовать в качестве датчика тока небольшой и недорогой низковольтный датчик тока и тем самым уменьшить размер и стоимость последовательного многоячейкового инверторного устройства.

Краткое описание чертежей

[0028] На фиг. 1 показана электрическая схема последовательного многоячейкового инверторного устройства в соответствии с одной формой осуществления изобретения.

На фиг. 2 показан первый пример структуры плат инверторного устройства.

На фиг. 3 показана электрическая схема примера конфигурации схемы инверторной ячейки с однофазным выходом.

Фиг. 4 - вид в перспективе, иллюстрирующий пример датчика тока.

На фиг. 5 показан второй пример структуры плат инверторного устройства.

На фиг. 6 показан третий пример структуры плат инверторного устройства.

На фиг. 7 первый пример структуры плат инверторного устройства показан более подробно.

На фиг. 8 второй пример структуры плат инверторного устройства показан более подробно.

На фиг. 9 третий пример структуры плат инверторного устройства показан более подробно.

Формы осуществления изобретения

[0029] Далее подробно описывается форма осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.

[0030] На фиг. 1 показана электрическая схема последовательного многоячейкового инверторного устройства в соответствии с одной формой осуществления изобретения. На фиг. 2 показана конкретная конфигурация платы инверторного устройства 1. На фиг. 1 U1-U6, V1-V6 и W1-W6 представляют инверторные ячейки 2 с трехфазным входом и однофазным выходом, соответственно. Эти инверторные ячейки 2 с однофазным выходом соединены последовательно, чтобы образовать блок U-фазы, блок V-фазы и блок W-фазы. Например, блок U-фазы состоит из шести инверторных ячеек 2 (U1-U6), соединенных последовательно, и блоки V-фазы и W-фазы аналогично состоят из шести инверторных ячеек 2 (V1-V6, W1-W6), соединенных последовательно. Первые концы последовательных соединений каждого из этих фазных блоков соединены через линии 3 друг с другом в нейтральной точке N, а вторые концы соединены через выходные линии 4 с выходными клеммами Uout, Vout, Wout, соответственно. Эти выходные клеммы Uout, Vout и Wout подключены через высоковольтные линии 5 к нагрузке "Двигатель", например, к трехфазному двигателю переменного тока.

[0031] Инверторное устройство 1 содержит входной трансформатор Tr, сконфигурированный для приема мощности от коммерческого источника питания переменного тока (например, системы 6,6 кВ). Входной трансформатор Tr понижает трехфазное переменное напряжение и вводит пониженное трехфазное переменное напряжение в каждую инверторную ячейку 2 (U1-U6, V1-V6, W1-W6).

[0032] Каждая инверторная ячейка 2 (U1-U6, V1-V6, W1-W6) сконфигурирована как один блок, в основном одинаково. На фиг. 3 показан пример конфигурации схемы каждой инверторной ячейки 2. Инверторная ячейка 2 содержит: блок 11 выпрямления, состоящий из шести диодов и сконфигурированный для выпрямления мощности трехфазного переменного тока в напряжение постоянного тока; конденсатор, образующий звено 12 постоянного тока; и блок 13 инвертора, сконфигурированный для выполнения обратного преобразования напряжения постоянного тока в однофазное выходное напряжение переменного тока. Блок 13 инвертора содержит два модуля, каждый из которых включает в себя пару переключающих элементов, таких как биполярные транзисторы с изолированным затвором (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT), которые служат в качестве верхнего и нижнего плеч и соединены последовательно вместе с диодами защиты от выброса обратного тока, а выходные линии 14, 15 ячейки выведены из промежуточной точки соединения пары переключающих элементов. Эти выходные линии 14 и 15 ячейки подключены к соответствующим выходным клеммам OUT1 и OUT2 инверторной ячейки 2. Всего четыре переключающих элемента управляются управляющими сигналами от контроллера 16 ячейки, предусмотренного для каждой инверторной ячейки 2. Контроллер 16 ячейки каждой инверторной ячейки 2 подключается к главному контроллеру 17 (см. фиг. 1) через сигнальные линии, при этом главный контроллер 17 сконфигурирован для управления всем инверторным устройством 1 и выполнения управления переключающими элементами всех инверторных ячеек 2 как единого целого.

[0033] В примере конфигурации, показанном на фиг. 3, блок 11 выпрямления состоит из диодов. Однако блок 11 выпрямления может состоять, вместо диодов, из самовыключающегося элемента, такого как IGBT.

[0034] Как описано выше, блок U-фазы состоит из шести инверторных ячеек 2 (U1-U6), соединенных последовательно. В частности, инверторная ячейка U1 первой ступени, ближайшая к нейтральной точке N, включает в себя первую выходную клемму OUT1 ячейки, подключенную к нейтральной точке N через линию 3, и вторую выходную клемму OUT2 ячейки, подключенную к выходной клемме OUT1 второй инверторной ячейки U2, расположенной рядом с инверторной ячейкой U1 первой ступени. Инверторная ячейка U2 второй ступени включает в себя выходную клемму OUT2 ячейки, подключенную к выходной клемме OUT1 инверторной ячейки U3 следующей ступени. Аналогично, инверторные ячейки U4, U5 и U6 соединены последовательно. Выходная клемма OUT2 инверторной ячейки U6 последней ступени соединена с выходной клеммой Uout инверторного устройства 1 через выходную линию 4. Аналогично, шесть инверторных ячеек 2 (V1-V6), образующих блок V-фазы, и шесть инверторных ячеек 2 (W1-W6), образующих блок W-фазы, соединены последовательно. Посредством последовательного соединения нескольких ступеней каждый из потенциалов выходных клемм OUT2 инверторных ячеек U6, V6 и W6 конечной ступени, то есть каждый из потенциалов выходных клемм Uout, Vout и Wout инверторного устройства 1, равен сумме потенциала нейтральной точки N и выходных напряжений инверторных ячеек 2. Например, когда выходное напряжение каждой инверторной ячейки 2 составляет 640 В, разность потенциалов между нейтральной точкой N и выходной клеммой OUT2 составляет 6×635 В=3810 В, а межфазная разность потенциалов составляет 3810 B×√3≈6,6 кВ.

[0035] Согласно настоящему изобретению, линии 3 между нейтральной точкой N и одной из шести инверторных ячеек 2 каждого фазного блока, расположенной со стороны нейтральной точки, то есть инверторными ячейками первой ступени U1, V1, W1, ближайшими к нейтральной точке N, снабжаются датчиками тока на эффекте Холла (Hall-effect Current Transducer, НСТ). Например, как показано на фиг. 4, в качестве датчика тока НСТ используется датчик тока проходного типа, имеющий кольцевую форму, в котором проводник (например, электрический провод с покрытием) 21, ток в котором должен измеряться, проходит через сквозное отверстие 23 корпуса 22. Эти датчики тока НСТ подключены к главному контроллеру 17 через соответствующие сигнальные линии. Каждый датчик тока НСТ измеряет ток, протекающий в соответствующем фазовом блоке, и получает значение измеренного тока, которое должно использоваться главным контроллером 17 для управления выходным током инвертора или выполнения операции защиты, когда протекает чрезмерный ток.

[0036] В описанном выше инверторном устройстве согласно патентному документу 1 выходные токи измеряются в высоковольтных выходных линиях, проходящих к выходным клеммам Uout, Vout, Wout инверторного устройства. Однако в конфигурации, в которой инверторные ячейки 2 соединены в несколько ступеней, ток, протекающий в линиях 3 от инверторных ячеек U1, V1, W1 первой ступени к нейтральной точке N, равен току, протекающему в выходных линиях высокого напряжения от инверторах ячеек U6, V6, W6 последней ступени к выходным клеммам Uout, Vout, Wout, так что выходной ток каждого фазного блока может быть измерен в линии 3, ближайшей к нейтральной точке N. В проиллюстрированном примере каждый из блоков U-фазы, V-фазы и W-фазы снабжен датчиком тока НСТ. Однако при отсутствии тока нулевой фазы двигателя-нагрузки, можно определить токи двух фаз и использовать их для расчета тока оставшейся фазы, поскольку Iu+Iv+Iw=0, где Iu представляет собой ток фазы U, Iv представляет ток фазы V, a Iw представляет ток фазы W. Следовательно, только любые два из фазных блоков могут быть снабжены датчиками тока НСТ.

[0037] Линии 3 от инверторных ячеек U1, V1, W1 первой ступени до нейтральной точки N имеют низкий потенциал, близкий к потенциалу земли. Линия 3 каждого фазного блока имеет одинаковый потенциал. Следовательно, линия 3, вставленная в сквозное отверстие 23 датчика тока НСТ, может быть электрическим проводом с тонким изолирующим покрытием и небольшим диаметром, а также низким допустимым напряжением. В качестве альтернативы можно использовать проводник без изолирующего покрытия, при условии, что между проводником и корпусом платы, который выполнен из листового металла и имеет потенциал заземления, обеспечен зазор для изоляции. Следовательно, датчик тока НСТ, имеющий в качестве объекта измерения линию 3, может быть небольшого размера и с низким допустимым напряжением. Таким образом, детектор тока НСТ становится недорогим, и пространство для установки множества необходимых детекторов тока НСТ может быть уменьшено.

[0038] В форме осуществления изобретения, описанной выше, нейтральная точка N заземлена через резистор R и заземляющую линию 6, как показано на фиг. 1. Соответственно, потенциал линии 3 по существу равен потенциалу земли. В настоящем изобретении резистор R может быть заменен другим импедансным компонентом, таким как реактор или конденсатор, потому что достаточно, чтобы потенциал нейтральной точки N был низким и близким к потенциалу земли. В качестве альтернативы, нейтральная точка N может быть заземлена напрямую без введения импедансного компонента.

[0039] На фиг. 2 показана конкретная конфигурация плат последовательного многоячейкового инверторного устройства 1 согласно описанной выше форме осуществления, которая содержит три платы, расположенные в ряд, причем платы включают в себя плату 31 трансформатора, плату 32 инвертора и выходную плату 33. Плата 31 трансформатора и плата 32 инвертора расположены рядом друг с другом, и плата 32 инвертора и выходная плата 33 расположены рядом друг с другом.

[0040] Трансформатор Tr последовательного многоячейкового инверторного устройства 1, конфигурация схемы которого показана на фиг. 1, размещен в корпусе платы 31 трансформатора. Плата 31 трансформатора соединена на одной стороне с линией 34 электропитания переменного тока, ведущей, например, к коммерческому источнику переменного тока 6,6 кВ. Всего восемнадцать унифицированных инверторных ячеек 2 (U1-U6, V1-V6, W1-W6) размещены в корпусе платы 32 инвертора. Например, шесть инверторных ячеек 2 каждой фазы расположены вертикально друг над другом и размещены в форме "3×6". Выходная плата 33 включает в себя корпус, в котором размещена выходная система инверторного устройства 1, и содержит трехфазный выходной вывод 35, подключенный к нагрузке. Главный контроллер 17 (плата управления) для управления всем инверторным устройством 1 расположен в корпусе выходной платы 33. Главный контроллер 17 расположен ближе к стороне корпуса, противоположной стороне корпуса, где расположен трехфазный выходной вывод 35, чтобы обеспечить большой воздушный промежуток между главным контроллером 17 и выходными линиями 4, показанными на фиг. 1.

[0041] Каждая линия 3 от инверторной ячейки первой ступени U1, V1, W1 до нейтральной точки N, показанной на фиг. 1, содержит в себя часть, которая отходит от платы 32 инвертора в корпус выходной платы 33. Три датчика тока НСТ, соответствующие этим линиям 3, расположены в корпусе выходной платы 33. Датчик тока НСТ и главный контроллер 17 расположены близко друг к другу, так что сигнальная линия между ними короткая.

[0042] В конфигурации описанной выше формы осуществления, каждый датчик тока НСТ имеет небольшой размер и характеристику низкого допустимого напряжения, как описано выше, что уменьшает пространство для размещения множества (трех в этой форме осуществления) необходимых датчиков тока НСТ, и тем самым уменьшает размеры последовательного многоячейкового инверторного устройства 1, а также уменьшает стоимость датчика тока НСТ. Кроме того, каждая линия 3, снабженная датчиком тока НСТ, имеет потенциал земли или низкий потенциал, близкий к потенциалу земли, и, как правило, имеет небольшую разность потенциалов относительно корпуса, выполненного из листового металла, с потенциалом, близким к потенциалу земли, что служит для повышения степени свободы при расположении линий 3 в корпусе и степени свободы при расположении датчиков тока НСТ.

[0043] Кроме того, главный контроллер 17 и датчики тока НСТ расположены близко друг к другу в корпусе выходной платы 33, что служит для предотвращения тепловых эффектов, вызванных нагревом инверторных ячеек 2 на плате 32 инвертора, и позволяет сократить длину каждой сигнальной линии между главным контроллером 17 и датчиком тока НСТ, чтобы уменьшить наведение помех, создаваемых инверторными ячейками 2 и т.п., в сигнальных линиях. Это позволяет главному контроллеру 17 и высоковольтным выходным линиям 4 располагаться отдельно друг от друга в корпусе выходной платы 33, так что главный контроллер 17 будет менее восприимчив к помехам, генерируемым высоковольтными выходными линиями 4.

[0044] Кроме того, главный контроллер 17 имеет низкий потенциал, близкий к потенциалу земли, и каждая линия 3, снабженная датчиком тока НСТ, также имеет низкий потенциал, что служит для установления между ними относительно малой разности потенциалов. Например, по сравнению с конфигурацией, раскрытой в патентном документе 1, в которой датчики тока расположены в выходных линиях 4, разность потенциалов между основным контроллером 17 и линиями 3, снабженными датчиком тока НСТ, очень мала. Это служит для предотвращения неисправностей из-за помех, вызванных такой разностью потенциалов.

[0045] На фиг. 5 показана конфигурация плат инверторного устройства 1 согласно второй форме осуществления. Во второй форме осуществления инверторное устройство 1 состоит из трех плат, расположенных в ряд, причем платы включают в себя плату 41 трансформатора, плату 42 датчиков тока и плату 43 инвертора. Плата 41 трансформатора и плата 42 датчиков тока расположены рядом друг с другом, и плата 42 датчиков тока и плата 43 инвертора расположены рядом друг с другом.

[0046] Трансформатор Tr последовательного многоячейкового инверторного устройства 1, конфигурация схемы которого показана на фиг. 1, размещен в корпусе платы 41 трансформатора. Плата 41 трансформатора соединена на одной стороне с линией 44 электропитания переменного тока, ведущей, например, к коммерческому источнику переменного тока 6,6 кВ. Всего восемнадцать унифицированных инверторных ячеек 2 (U1-U6, V1-V6, W1-W6) размещены в корпусе платы 43 инвертора. Например, шесть инверторных ячеек 2 каждой фазы расположены вертикально друг над другом и размещены в форме "3×6". Плата 43 инвертора содержит трехфазный выходной вывод 45 на стороне, противоположной плате 42 датчиков тока, причем трехфазный выходной вывод 45 подключен к нагрузке.

[0047] В этой форме осуществления датчики тока НСТ для блоков U-фазы, V-фазы и W-фазы, соответственно, размещены в корпусе платы 42 датчиков тока. Главный контроллер 17 также размещен в корпусе платы 42 датчиков тока. Главный контроллер 17 и каждый датчик тока НСТ расположены близко друг к другу, чтобы сделать длину сигнальной линии между ними как можно короче.

[0048] Кроме того, как показано на фиг. 6, третья форма осуществления может быть сконфигурирована так, что выходная плата 46 расположена рядом с платой 43 инвертора, и выходная система размещена в корпусе выходной платы 46 отдельно от платы 43 инвертора. В третьей форме осуществления трехфазный выходной вывод 45 предусмотрен на выходной плате 46.

[0049] Во второй и третьей формах осуществления, сконфигурированных так, как описано выше, каждый датчик тока НСТ имеет небольшой размер и техническую характеристику низкого допустимого напряжения, как описано выше, что уменьшает пространство для размещения множества (трех в этой форме осуществления) необходимых датчиков тока НСТ, и тем самым уменьшает размеры последовательного многоячейкового инверторного устройства 1, а также уменьшает стоимость датчика тока НСТ. Кроме того, каждая линия 3 имеет низкий потенциал, что служит для повышения степени свободы при расположении линий 3 в корпусе и мест монтажа датчиков тока НСТ.

[0050] Кроме того, главный контроллер 17 и датчики тока НСТ расположены близко друг к другу в корпусе платы 42 датчиков тока, что служит для предотвращения тепловых эффектов, вызванных нагревом инверторных ячеек 2 на плате 43 инвертора, и позволяет сократить длину каждой сигнальной линии между главным контроллером 17 и датчиком тока НСТ, чтобы уменьшить наведение помех, генерируемых инверторными ячейками 2 и другими компонентами, в сигнальных линиях. Еще одна особенность, заключающаяся в том, что высоковольтные выходные линии 4 и главный контроллер 17 размещены в разных корпусах и расположены отдельно друг от друга, причем высоковольтные выходные линии 4 размещены на плате 43 инвертора и выходной плате 46, а главный контроллер 17 расположен в корпусе платы 42 датчиков тока, служит для подавления приема основным контроллером 17 наведенных помех, генерируемых высоковольтными выходными линиями 4.

[0051] Кроме того, главный контроллер 17 имеет низкий потенциал, близкий к потенциалу земли, и каждая линия 3, снабженная датчиком тока НСТ, также имеет низкий потенциал, что служит для установления между ними относительно малой разности потенциалов, и, таким образом, предотвращения неправильного функционирования из-за помех, вызванных разностью потенциалов.

[0052] Конфигурации плат в соответствии со второй и третьей формами осуществления могут быть изменены таким образом, чтобы главный контроллер 17 был размещен на плате 41 трансформатора. Эта модификация вызывает небольшое увеличение длины сигнальной линии между основным контроллером 17 и датчиком тока НСТ, но служит для обеспечения большего пространственного промежутка между главным контроллером 17 и высоковольтными выходными линиями 4.

[0053] На фиг. 7 показаны дополнительные подробности конфигурации плат согласно первой форме осуществления, показанной на фиг. 2. Как показано на фиг. 7, в корпусе выходной платы 33 линии 3, проходящие через датчики тока НСТ соответствующего блока фазы, соединены друг с другом в нейтральной точке N. Нейтральная точка N соединена через линию 6 заземления с первой клеммой 51 заземления, предусмотренной на корпусе выходной платы 33. В частности, в этой форме осуществления нейтральная точка N заземлена через резистор R, причем резистор R заземления размещен в корпусе выходной платы 33 вместе с датчиками тока НСТ и линией 6 заземления. Когда резистор R заменяется другим импедансным компонентом, таким как реактор и конденсатор, помещенным между нейтральной точкой N и точкой заземления, как описано выше, компоненты, составляющие импедансный компонент, размещаются в корпусе выходной платы 33. В качестве альтернативы, нейтральная точка N может быть подключена к первой клемме 51 заземления напрямую, а именно, без прохождения через импедансный компонент.

[0054] Кроме того, как описано выше, трансформатор Tr размещен в корпусе платы 31 трансформатора. Корпус платы 41 трансформатора снабжен второй клеммой 52 заземления, и экран 53 для предотвращения взаимного влияния обмоток трансформатора Tr подключен ко второй клемме 52 заземления через линию 54. Как правило, высоковольтный трансформатор или трансформатор большой мощности снабжается защитным экраном, к которому прикладывается потенциал заземления, между первичной обмоткой и вторичной обмоткой, чтобы уменьшить повреждение при пробое изоляции между первичной обмоткой и вторичной обмоткой. В проиллюстрированном примере экран 53 заземлен через вторую клемму 52 заземления, предусмотренную на корпусе платы 31 трансформатора.

[0055] Первая клемма 51 заземления и вторая клемма 52 заземления соединены через соответствующие линии, которые не показаны, с электродами заземления, предусмотренными в помещении, где установлено инверторное устройство 1.

[0056] Резистор R между нейтральной точкой N и точкой заземления размещен в корпусе платы, в которой размещены датчики тока НСТ соответствующих фаз, а именно в корпусе выходной платы 33, чтобы резистор R мог быть расположен рядом с датчиками тока НСТ, и тем самым уменьшается длина каждой линии между резистором R и датчиком тока НСТ. Путем этого уменьшения длины линии получают такие преимущества, как повышение производительности электромонтажных работ во время изготовления инверторного устройства 1, снижение стоимости элементов проводки и улучшение помехоустойчивости во время подачи питания.

[0057] Кроме того, первая клемма 51 заземления для заземления нейтральной точки N предусмотрена на выходной плате 33, в дополнение ко второй клемме 52 заземления платы 31 трансформатора, для соединения нейтральной точки N с первой клеммой 51 заземления заземляющей линией 6 в корпусе выходной платы 33, что уменьшает длину заземляющей линии 6.

[0058] Если нейтральная точка N заземлена на вторую клемму 52 заземления платы 31 трансформатора без первой клеммы 51 заземления, заземляющая линия 6 от нейтральной точки N до второй клеммы 52 заземления будет проходить от выходной платы 33 к плате 31 трансформатора через плату 32 инвертора. Эта конфигурация вызовет увеличение длины заземляющей линии 6, а также потребует сквозных отверстий в корпусах для пропускания заземляющей линии 6, и, таким образом, увеличит количество операций по изготовлению устройства. В проиллюстрированном примере такой проблемы можно избежать, смонтировав клеммы 51 и 52 заземления отдельно на выходной плате 33 и плате 31 трансформатора.

[0059] На фиг. 8 показаны дополнительные подробности конфигурации плат второй формы осуществления, показанной на фиг. 5. В этом примере инверторное устройство 1 состоит из трех плат, а именно платы 41 трансформатора, платы 42 датчиков тока и платы 43 инвертора, где линии 3, проходящие через датчики тока НСТ соответствующих фаз, соединены друг с другом в нейтральной точке N в корпусе платы 42 датчиков тока, в которой размещены датчики тока НСТ. Нейтральная точка N подключена через линию 6 заземления к первой клемме 61 заземления, предусмотренной на корпусе платы 42 датчиков тока. В проиллюстрированном примере нейтральная точка N заземлена через резистор R, и этот заземляющий резистор R размещен в корпусе платы 42 датчиков тока вместе с датчиками тока НСТ и заземляющей линией 6. Когда резистор R заменяется другим импедансным компонентом, таким как реактор и конденсатор, расположенным между нейтральной точкой N и точкой заземления, как описано выше, компоненты, составляющие импедансный компонент, размещаются в корпусе платы 42 датчиков тока. В качестве альтернативы, нейтральная точка N может быть подключена непосредственно к первой клемме 61 заземления, то есть без прохождения через импедансный компонент.

[0060] Кроме того, трансформатор Tr снабжен экраном 53 для защиты от взаимного влияния обмоток и размещен в корпусе платы 41 трансформатора, а экран 53 подключен через линию 54 ко второй клемме 62 заземления, предусмотренной на корпусе платы 41 трансформатора.

[0061] Первая клемма 61 заземления и вторая клемма 62 заземления соединены через соответствующие линии, которые не показаны, с электродами заземления, предусмотренными в помещении, где установлено инверторное устройство 1.

[0062] На фиг. 9 показаны дополнительные подробности конфигурации плат согласно третьей форме осуществления, показанной на фиг. 6. В этом примере инверторное устройство 1 содержит четыре платы, а именно плату 41 трансформатора, плату 42 датчиков тока, плату 43 инвертора и выходную плату 46, причем выходная система размещена в корпусе выходной платы 46. Датчик тока НСТ каждой фазы размещается в корпусе платы 42 датчиков тока, а резистор R заземления размещается в корпусе платы 42 датчиков тока, как в форме осуществления, показанной на фиг. 8. Кроме того, первая клемма 61 заземления предусмотрена на корпусе платы 42 датчиков тока отдельно от второй клеммы 62 заземления платы 41 трансформатора.

[0063] В формах осуществления, показанных на фиг. 8 и 9, резистор R заземления размещается на плате 42 датчиков тока рядом с платой 41 трансформатора, и первая клемма 61 заземления для заземления резистора R предусмотрена на плате 42 датчиков тока отдельно от второй клеммы 62 заземления платы 41 трансформатора. Это служит для устранения необходимости выполнения сквозного отверстия в каждом корпусе для пропускания заземляющей линии 6 и для уменьшения длины заземляющей линии 6.

[0064] В формах осуществления, описанных выше, в качестве датчика тока НСТ используется проходной датчик тока со сквозным отверстием. Однако настоящее изобретение может использовать датчик тока другого типа, отличный от датчика тока со сквозным отверстием. Даже в этом случае, поскольку датчик тока имеет характеристику низкого допустимого напряжения, он будет меньше и дешевле, чем датчик с характеристикой высокого допустимого напряжения.

[0065] Кроме того, в формах осуществления, описанных выше, шесть инверторных ячеек 2 с однофазным выходом соединены последовательно, но настоящее изобретение может быть реализовано с произвольным числом инверторных ячеек 2 с однофазным выходом, соединенных последовательно.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к инверторному устройству. Технический результат заявленного изобретения заключается в уменьшении габаритов последовательного многоячейкового инверторного устройства. Предлагается последовательное многоячейковое инверторное устройство (1), в котором инверторные ячейки (2) с однофазным выходом (U1-U6, V1-V6, W1-W6), каждая из которых получает питание переменного тока через трансформатор (Tr), соединены последовательно многоступенчатым образом в каждой фазе для формирования соответствующей U-фазы, V-фазы и W-фазы, при этом концы последовательных соединений соответствующих фаз соединены друг с другом в нейтральной точке (N). Детекторы тока (НСТ) расположены в проводниках (3), ведущих от инверторных ячеек (U1, V1, W1) первой ступени к нейтральной точке (N), соответственно. Нейтральная точка (N) подключена через резистор (R) к земле. Соответственно, потенциал проводников (3) является низким, так что детекторы тока (НСТ) являются низковольтными. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Инверторное устройство, содержащее:

фазные блоки, включающие в себя блок U-фазы, блок V-фазы и блок W-фазы, каждый из которых содержит инверторные ячейки с однофазным выходом, соединенные последовательно, при этом каждая из инверторных ячеек с однофазным выходом сконфигурирована для приема на входе мощности переменного тока через трансформатор;

нейтральную точку, к которой подключен конец последовательного соединения инверторных ячеек каждого из фазных блоков;

по меньшей мере два датчика тока, каждый из которых расположен в линии между нейтральной точкой и инверторной ячейкой с однофазным выходом, ближайшей к нейтральной точке, соответствующего одного из фазных блоков;

плату трансформатора, включающую в себя корпус, содержащий трансформатор;

плату инвертора, включающую в себя корпус, содержащий инверторные ячейки с однофазным выходом, причем плата инвертора расположена рядом с платой трансформатора; и

выходную плату, включающую в себя корпус, содержащий контроллер, причем выходная плата содержит трехфазный выходной вывод для подключения к нагрузке и расположена рядом с платой инвертора, при этом контроллер выполнен с возможностью управления инверторными ячейками с однофазным выходом;

причем каждая из линий, проходящая от инверторной ячейки с однофазным выходом, ближайшей к нейтральной точке, до нейтральной точки, включает в себя часть, отведенную от платы инвертора в корпус выходной платы; и

каждый из датчиков тока, расположенных в соответствующих линиях, размещен в корпусе выходной платы.

2. Инверторное устройство, содержащее:

фазные блоки, включающие в себя блок U-фазы, блок V-фазы и блок W-фазы, каждый из которых содержит инверторные ячейки с однофазным выходом, соединенные последовательно, при этом каждая из инверторных ячеек с однофазным выходом сконфигурирована для приема на входе мощности переменного тока через трансформатор;

нейтральную точку, к которой подключен конец последовательного соединения инверторных ячеек каждого из фазных блоков;

по меньшей мере два датчика тока, каждый из которых расположен в линии между нейтральной точкой и инверторной ячейкой с однофазным выходом, ближайшей к нейтральной точке, соответствующего одного из фазных блоков;

плату трансформатора, включающую в себя корпус, содержащий трансформатор;

плату датчиков тока, включающую в себя корпус, который содержит контроллер и каждый из датчиков тока, причем плата датчиков тока расположена рядом с платой трансформатора, при этом контроллер выполнен с возможностью управления инверторными ячейками с однофазным выходом; и

плату инвертора, включающую в себя корпус, содержащий инверторные ячейки с однофазным выходом, причем плата инвертора расположена рядом с платой датчиков тока.

3. Инверторное устройство по п. 1, в котором:

нейтральная точка заземлена через импедансный компонент; и

импедансный компонент реализован компонентом, находящимся в корпусе выходной платы.

4. Инверторное устройство по п. 2, в котором:

нейтральная точка заземлена через импедансный компонент; и

импедансный компонент реализован компонентом, находящимся в корпусе платы датчиков тока.

5. Инверторное устройство по п. 1, в котором:

каждая из платы трансформатора и выходной платы включает в себя вывод заземления; и

нейтральная точка подключена к выводу заземления выходной платы напрямую или через импедансный компонент.

6. Инверторное устройство по п. 2, в котором:

каждая из платы трансформатора и платы датчиков тока включает в себя вывод заземления; и

нейтральная точка подключена к выводу заземления платы датчиков тока напрямую или через импедансный компонент.

7. Инверторное устройство по любому из пп. 1-6, в котором каждый из датчиков тока является проходным датчиком тока со сквозным отверстием.