Выходной стабилизатор мостового трехфазного инвертора Российский патент 2024 года по МПК H02M7/42 H02M5/10 G05F3/06 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использована в качестве выходного стабилизатора мостового трехфазного инвертора в системах электроснабжения потребителей, предъявляющих повышенные требования к стабильности и синусоидальности напряжения.

Известен выходной стабилизатор мостового трехфазного инвертора, содержащий выходной трехфазный стабилизатор, каждая фаза которого содержит феррорезонансный стабилизатор напряжения, входную катушку, замкнутый колебательный контур, содержащий две катушки, соединенные последовательно и согласно и конденсатор, выходную катушку, при этом выходные и выходные катушки соединены звездой [1]. Данный стабилизатор нашел широкое применение в системах электроснабжения различных объектов, поскольку его выходное напряжение отличается стабильностью амплитуды и синусоидальностью ввиду того, что в его выходном стабилизаторе одновременно осуществляется две операции: фильтрация и стабилизация напряжения, однако ему свойственен и недостаток -сравнительно низкие массогабаритные параметры из-за того, что схема стабилизатора содержит 9 отдельных сердечников, по 3 сердечника в каждой фазе.

Техническим результатом изобретения является уменьшение массы сердечников феррорезонансных стабилизаторов напряжения инвертора.

Поставленный технический результат достигается тем, что в выходном стабилизаторе мостового трехфазного инвертора, каждая фаза которого содержит феррорезонансный стабилизатор напряжения, входную катушку, выходную катушку и замкнутый последовательный колебательный контур, включающий две катушки, соединенные последовательно и согласно и конденсатор, при этом входные и выходные катушки фаз соединены звездой, в каждой фазе входная катушка, первая катушка замкнутого колебательного контура и выходная катушка размещены в пазах на внутренней стороне внешнего сердечника тороидальной формы, а катушка феррорезонансного стабилизатора напряжения и вторая катушка замкнутого последовательного колебательного контура размещены в пазах, расположенных на внешней стороне внутреннего сердечника тороидальной формы, при этом сплошной внешний сердечник тороидальной формы и сплошной внутренний сердечник тороидальной формы набраны из листов электротехнической стали и расположены соосно, причем внутренний сердечник установлен внутри внешнего сердечника с воздушным зазором между ними, выбранным по технологическим соображениям.

На фиг. 1 изображена структурная схема выходного стабилизатора мостового трехфазного инвертора. На фиг. 2 показана схема соединения катушек стабилизатора. На фиг. 3 представлены листы сплошных внешнего и внутреннего сердечников тороидальной формы. На фиг. 4 изображены внешний и внутренний листы сердечников с обмотками в пазах.

Выходной стабилизатор мостового трехфазного инвертора содержит (фиг. 1) феррорезонансные стабилизаторы напряжения 2 (фазы 2-1, 2-2, 2-3), выходные катушки 3 (фазы 3-1, 3-2, 3-3), замкнутые последовательные колебательные контуры 4 (фазы 4-1, 4-2, 4-3), включающие первые катушки 4-1, 4-2 и 4-3, вторые катушки 4-4, 4-5 и 4-6, соединенные последовательно и согласно и конденсатор 6, включенный между указанными катушками контуров, выходные катушки 5 (фазы 5-1, 5-2, 5-3), причем входные и выходные катушки фаз соединены звездой (фиг. 2), при этом в каждой фазе (не обозначены) входная катушка 3-1 (3-2 и 3-3), первая катушка 4-1 (4-2 и 4-3) замкнутого колебательного контура 4 и выходная катушка 5-1 (5-2 и 5-3) размещены в пазах (не показаны) на внутренней стороне внешнего сердечника 7-1 тороидальной формы, а катушка 2-1 (2-2 и 2-3) ферромагнитного стабилизатора напряжения 2 и вторая катушка 4-4 (4-5 и 4-6) замкнутого последовательного колебательного контура 4 расположены на внешней стороне внутреннего сердечника 7-2 тороидальной формы. Сплошной внешний сердечник тороидальной формы 7-1 и сплошной внутренний сердечник тороидальной формы 7-2 набраны из листов электротехнической стали и расположены соосно, причем внутренний сердечник 7-2 установлен внутри внешнего сердечника 7-1 с воздушным зазором 8 между ними, выбранным по технологическим соображениям. Трехфазное напряжение указанного инвертора подается на клеммы 1 (a, b и с), а стабилизированное синусоидальное напряжение выходного стабилизатора снимается с клемм (А, В и С). Для выполнения функций стабилизации напряжения и фильтрации высших гармоник в соответствии с рекомендациями, изложенными в [1], [2] и [3] необходимы линейные и нелинейные дроссели и фильтры гармоник, поэтому внешний сердечник тороидальной формы 7-1 выполняет функции нелинейного сердечника, поэтому в его пазах размещены входные катушки 3-1, 3-2 и 3-3, катушки 4-1, 4-2 и 4-3 замкнутых колебательных контуров 4 и выходные катушки 5-1, 5-2 и 5-3, а внутренний сердечник тороидальной формы 7-2, соосный внешнему выполняет функции линейного дросселя, поэтому в его пазах размещены катушки феррорезонансных стабилизаторов напряжения 2 (фазы 2-1, 2-2 и 2-3) и катушки замкнутых колебательных контуров 4 (фазы 4-4, 4-5 и 4-6). Воздушный зазор 8 (фиг. 3) является также общим по всей длине названных сердечников, его величина соответствует параметрам тугой посадки. Таким образом вместо трех нелинейных сердечников дросселей фаз выполнен один общий сплошной внешний сердечник, вместо 6 воздушных зазоров образован один общий и вместо 6 сердечников с воздушным зазором выполнен один внутренний сердечник, соосный внешнему сердечнику. Внешние виды листов указанных сердечников, используемых в электромашиностроении, могут быть с различными пазами (фиг. 3): овальными, полуовальными или трапецеидальными [4]. Параметрами указанных листов являются: наружный диаметр D_н внешнего сердечника; высота стенки его h_c1, высота зуба h_z1, средняя ширина зубца b₁ и для внутреннего сердечника D - диаметр его, высота стенки h_с2, высота зубца h_z2, ширина зубца и диаметр втулки D_в, которая для крепления стабилизатора к плате (не показана), при этом величина воздушного зазора при расчете достигает величины δ=0,005 см. Найдем выигрыш в массе от замены шести сердечников с воздушным зазором и трех сердечников обычный конструкции на два сердечника сплошной конструкции, но с пазами. Пусть мощность инвертора и предложенной конструкции S_н и S_пк равны 1 кВА, тогда мощность сердечника обычной конструкции равна 1/3 кВА, поскольку в схеме три сердечника обычной конструкции, т.е. S_пк=3S_с, где S_c=мощность обычного сердечника.

По теории подобия отношение масс G_пк/G_c, объемов V_пк/V_c, стоимостей С_пк/С_с и потерь ΔР_пк/ΔР_с можно выразить выражением [4]:

Расчеты показывают, что выигрыш в перечисленных параметрах при использовании одного трансформатора вместо двух суммарной мощности, составляет более 16%. Тогда при использовании обычного трансформатора вместо трех суммарной мощности позволяют получить выигрыш более 23%. Таким образом применение сплошных сердечников (внешнего сердечника тороидальной формы с пазами и соосного ему внутреннего сердечника тороидальной формы с пазами) вместо трех обычных сердечников и шести сердечников с воздушным зазором позволяет получить выигрыш в массе более 20%, чем и достигается требуемый технический результат [4, 5].

Выходной стабилизатор мостового трехфазного инвертора работает следующим образом.

Трехфазное переменное напряжение прямоугольной формы от указанного инвертора поступает на феррорезонансный стабилизатор напряжения 2, где катушка с сердечником с воздушным зазором (размещенная на сердечнике 7-2) выполняет две функции: фильтрация высших гармоник из-за большой индуктивности катушки (фазы 2-1, 2-2 и 2-3), достигаемый выбором воздушного зазора и образование линейного дросселя феррорезонансного стабилизатора напряжения с линейной характеристикой, нелинейным дросселем которого является входная катушка 3 (фазы 3-1, 3-2 и 3-3) на обычном сердечнике (внешний сердечник тороидальный формы 7-1). Поскольку катушки 3-1, 3-2 и 3-3 соединены звездой, то в напряжении инвертора уничтожаются третья и кратные трем гармоники. Трехфазные токи фаз инвертора создают во внешнем сердечнике 7-2 круговое вращающееся магнитное поле (КВМП), магнитный поток которого пересекает витки всех катушек: 4-1, 4-2 и 4-3; 4-4, 4-5 и 4-6 замкнутых колебательных контуров 4 и катушек 5-1, 5-2 и 5-3, являющихся выходными, поэтому в указанных катушках возникнут ЭДС, каждая из которых равна

где ƒ - частота напряжения инвертора; W_i - число витков i-ой катушки; Ф - магнитный поток, K_oi - обмоточный коэффициент i-ой катушки, равный

где K_yi - шаг катушки по пазам, K_pi - коэффициент распределения скоса пазов. Указанные коэффициенты способствует улучшению качества выходного напряжения, т.е. синусоидальности напряжения. Замкнутые колебательные контуры 4 с помощью катушек 4-1, 4-2 и 4-3, расположенных на внешнем сердечнике 7-1 и катушек 4-4, 4-5 и 4-6, размещенных на внутреннем сердечнике 7-2 и конденсатора 6 образуют фильтры гармоник, которые являются нежелательными. ЭДС с катушек 5-1, 5-2 и 5-3, которые являются выходными размещены на внешнем сердечнике 7-1, подаются на выходные клеммы А, В и С для питания потребителей. Таким образом замена отдельных сердечников с воздушным зазором и без зазора может быть произведено за счет устройств, основанных на эффекте КВМП, при этом соблюдаются условия стабилизации напряжения по [2] и [3] и синусоидальности напряжения по [1,3].

Источники, принятые во внимание

[1]. Губанов В.В. Силовые полупроводниковые преобразователи с выходными стабилизаторами. Л., Энергия, 1972, стр. 121, рис. 5-14.

[2]. Богданов Д.И. Феррорезонансные стабилизаторы напряжения. М., Энергия, 1972, 186 с.

[3]. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. М., Энергоиздат, 1989, 528 с.

[4]. Бруекин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины и микромашины. М., ВШ, 1971, 432 с.

[5]. Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энергоиздат, 1986, 376 с.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве выходного стабилизатора мостового трехфазного инвертора в системах электроснабжения потребителей, предъявляющих повышенные требования к стабильности и синусоидальности напряжения. Выходной стабилизатор содержит в каждой фазе феррорезонансный стабилизатор напряжения, входную и выходную катушки, замкнутый последовательный колебательный контур и конденсатор. Замкнутый последовательный колебательный контур включает две катушки, соединенные последовательно и согласно. Выходные и выходные катушки соединены звездой. В каждой фазе входная катушка, первая катушка замкнутого колебательного контура и выходная катушка размещены в пазах на внутренней стороне внешнего сердечника тороидальной формы, а катушка феррорезонансного стабилизатора напряжения и вторая катушка замкнутого последовательного колебательного контура размещены в пазах, расположенных на внешней стороне внутреннего сердечника тороидальной формы. Внешний и внутренний сердечники выполнены сплошными и тороидальной формы и набраны из листов электротехнической стали, и размещены соосно. Внутренний сердечник установлен внутри внешнего сердечника с воздушным зазором между ними. 4 ил.

Выходной стабилизатор мостового трехфазного инвертора, каждая фаза которого содержит феррорезонансный стабилизатор напряжения, входную катушку, выходную катушку и замкнутый колебательный контур, включающий две катушки, соединенные последовательно и согласно, и конденсатор, при этом входные и выходные катушки фаз соединены звездой, отличающийся тем, что в каждой фазе входная катушка, первая катушка замкнутого колебательного контура и выходная катушка размещены в пазах на внутренней стороне внешнего сердечника тороидальной формы, а катушка феррорезонансного стабилизатора напряжения и вторая катушка замкнутого последовательного колебательного контура размещены в пазах, расположенных на внешней стороне внутреннего сердечника тороидальной формы, при этом сплошной внешний сердечник тороидальной формы и сплошной внутренний сердечник тороидальной формы набраны из листов электротехнической стали и расположены соосно, причем внутренний сердечник установлен внутри внешнего сердечника с воздушным зазором между ними.