Однофазный инвертор Советский патент 1987 года по МПК H02M7/5395 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах эл ектропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение синусоидальной формы посредством инверторов.

Цель изобретения - повышение КПД путем уменьше1шя общего числа силовых ключей.

На фиг.1 показана принципиальная схема инвертора; на фиг.2 - диаграммы токов и напряжений.

Инвертор (фиг.1) содержит силовой трансформатор J с первой и второй первичной 2 и вторичной 3 обмотками. Первичная обмотка 2 через первый и второй основные модулирующие ключи, выполненные на транзисторах 4 и 5, соединена с входными.выводами 6 и 7, а вторичная обмотка 3 через встречно- последовательно соединенные дополнительные модулирующие ключи, выполненные на транзисторах 8 и 9, соединена с выходными выводами инвертора 10 и 11, между которыми включен фильтрующий конденсатор 12.

Транзисторы 4,5,8 и 9 шунтированы возвратными.диодами 13-16 соответственно. Входные цепи транзисторов соединены с выходами блока 17 управления, диаграмма выходных сигналов . которого показана на фиг.2, На вход блока 17 может быть тгодан сигнал, снимаемый с датчика 18 тока нагрузки.

Инвертор работает следующим образом.

Имеющиеся в блоке 17 задающий генератор и модулятор ширины импуль- - сов вырабатывают импульсы несущей частоты, превышающей в несколько десятков или сотен раз выходную частоту инвертора. Ширина этих импульсов t.f. промодулирована по почти синусоидальному закону с частотой, равной выходной частоте инвертора. При этом максимальная относительная длительность импульса J- (фиГс.2), где Т - период несущей частоты, не превьшает значение О,5. Указанные основные импульсы посредством расп ределителя, имеющегося в блоке 17, подаются на транзистор 4 (5) на интервале углов от ц до f , когда ток нагрузки i проходит в прямом направлении (фиг.2). Угол ц является углем сдвига фаз между током и напряжением

нагрузки. В блоке 17 формируется также дополнительные импульсы с длительностью t| (-f), которые подаются на транзистор 8 в интервале углов от Т до я + Y и на транзистор 9 в интервале углов от О до tf . На интер вале углов от Т + (/ до 2/Г }i углов от t/ до 7Г постоянно открыты транзисторы 9 и 8 соответственно.Момент перехода тока нагрузки через нуль ( точ ка с/Сна фиг„2) может быть зафиксирован, например, посредством датчика 18 тока и по его команде переключается указанный распределитель импуль- сов.

При рассмотренном алгоритме управления транзисторами инверторов схема работает как обратимый трансформатор-

ный преобразователь постоянного напряжения, работающий на повышенной частоте, коэс1)фициент передачи по напряжению которого изменяется по- синусоидальному 3aKOHjr с периодом выход-

ной Частоты. Трансформатор 1 выпол нен либо с зазором, либо на сердечнике с невысокой проницательностью (мопермаплой, перминвар, феррит и т.п.),и поэтому вьтолняет одновременно функции накопительного дросселя. На интервале прохождения тока нагрузки в прямом направлении (от у до (F) при открытом транзисторе 4 (интервал, t) в трансформаторе 1 накапливается энергия, диод 16 при этом закрыт, и нагрузка питается током разряда конденсатора 12), а при закрытом транзисторе 4 (интервал Тц - t) трансформатор 1 отдает накопленную энергию в нагрузку через диод 16 и транзистор 8. На интервале прохождения тока нагрузки в инверсном направлении (от О до Lf) при открытом транзисторе 9 (интервал Цд)

происходит накапливание энергии в трансформаторе 1 со стороны обмотки 3,, а при за.крытом транзисторе 9 (ин тервал Тц - t ) н акопленная энергия отдается з источник питания (ток обмотки 2 проходит через диод 13). При этом инвертор работает в об- фатном режиме.

Диаграмма интервалов проводимости gg диодов 15 и 16 совпадает с аналогичной диаграммой проводимости транзисторов 8 и 9 соответственно (фиг,2) Ток диодов 13 (14) показан на диаграмме тока нагрузки (1ц на фиг,2.),

31

Как видно из диаграммы напряжения на обмотках трансформатора 1 ( фиг,2) сердечник трансформатора пере- магничивается на высокой частоте fj

1/Тц, но- подмагничивается током нагрузки вьгходной частоты. При использовании частот порядка . 20-100 кГц и ферритовых сердечников масса и габариты трансформатора 1 могут быть

уменьшены в 5-10 раз по сравнению с трансформатором на выходную частоту 400 Гц. Фильтр, формирующий синусоидальное выходное напряжение, состоит только из конденсатора 12, работающего на высокой частоте и поэтому имеющего малую массу.

Транзисторы 8 и 9 включены встречно-параллельно через диоды 16 и 15 соответственно,

Величина выходного напряжения регу- лируется изменением коэффициента заполнения ,

Формула изобретения

Однофазный инвертор, содержащий первый шунтированный возвратным диодом основной модулирующий ключ, сое- даняющий первую первичную обмотку силового трансформатора с входными выводами, встречно-последовательно соединенные первый дополнительный модулирующий и вспомогательные ключи, зашунтированные возвратными диодами, включенные в цепь соединения перво

256А94

го вывода вторичной обмотки силового трансформатора с первым выходным выводом, фильтрующий конденсатор и блок управления с генератором импуль- сов, широтно-модулированных по синусоидальной функции выходной частоты инвертора, прямой и инверсный выходы которого связаны с управляющими

Q выходами соответственно выходного и., дополнительного модулирующих ключей, отличающийс.я тем, что с целью повьшения КПД, введен второй шунтированный возвратным диодом новной модулирующий ключ, соединяю- щий введенную вторую первичную обмотку силового трансформатора с входными выводами, упомянутый вспомогательный ключ использован в качестве

20 второго дополнительного модулирующего ключа, в блок управления введен узел распределения указанных широтно-модулированных импульсов по полупериодам выходной частоты, причем

25 первые прямой и инверсный выходы этого узла соединены с соответствующими управляющими входами первых основного и дополнительного модулированных ключей, а вторые прямой и

3Q инверсный выходы этого узла соединены с соответствующими управляющими входами вторых основного и дополнительного модулирующих ключей, а фильтрующий конденсатор подсоединен к выходным выводам, вторым из кото35

рых является второй вывод вторичной обмотки силового трансформатора.

f/r/,

Lj

иг.2

Редактор Г.Гербер

Составитель Т.Ершова

Техред.Л.Сердюкова

Заказ 3122/53Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проект ная,4

КорректорЛ,Патай

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное синусоидальной форьы посредством инверторов. Цель - упрощение и повышение КПД. Инвертор содержит основные 4 и 5 и дополнительные 8 и 9 модулирующие ключи, на которые подаются широтно- модулированные по синусоидальному закону сигналы с блока 17 управлеиия, Введение вторых основного 5 и дополнительного 9 модулирующих ключей, зашунтированных возвратными диодами, позволяет получить неискаженное синусоидальное выходное напряжение при нагрузке с любым коэффициентом мощности. 2 ил. а 9 (Л Фиг.1