Трехфазный инвертор Советский патент 1975 года по МПК H02M7/52 H02P13/16 

(54) ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к тфеобразовательным устройствам и может быть иоиользоваио в системах электросна-бжеиня и электропривода промышленных установок и транспортных средств.

Известны трехфазные инверторы с широтно-нм пульсным регулированием выходного напряжения на несущей частоте, в несколько раз превышающей выходную частоту, содержащие трехфазный мост силовых транзисторов, три управляющих двухтактных транзисторных усилителя с трансформаторным выходом, трехфазный генератор импульсов выходной частоты, задающий генератор имлульсов несущей частоты и модулятор ширины этих и.мпульсов, имеющий на каждую фазу две лары выходов основных и дополняющих и.мпульсов регулируемой скважности.

Предлагаемый инвертор отличается от известных тем, что зажимы одной Полярности каждо пары вьгходов основных и дополняющих импульсов модулятора ширины импульсов несущей частоты соединены с базой каждого транзистора управляющих усилителей, зажимы другой лолярностн - с разноименными зажнмаМи той же полярности другой пары выходов и через коммутирующие ключи с эмт1ттерами этих транзисторов, а вход «ом.мутирующих ключей соединен с выходом трехазного генератора имоульсов вы-ходпой частоты.

Такое выполнение инвертора позволяет повысить его к. и. .д

Для у.меньщеиия дниамических иотерь мощости в силовых траизисторах последовательо и согласно включенные обмотки выходных траисфор.маторов первой и третьей, первой и второй, второй и третьей фаз трехфазного генератора подключены через резисторы и диоды к входам транзисторов управляющих усилителей одноимеиных фаз.

На фи1. 1 дана схема описываемого инвертора; на фиг. 2 - эиюры напряжений инвертора; на фиг. 3 - вариант схемы инвертора с однополяриой формой иМИульсов несущей частоты в течение нолунериода выходного наиряжеиия; иа фиг. 4 - эпюры напряжений этого инвертора.

Инвертор (CjM. фиг. 1) содержит трехфазный МОСТ силовых транзисторов TI-Те, три управляюп1их дву.хтактных транзисторных уснл ггеля с трансформаторны.м выходом (по одному иа каждую фазу), выполненных иа

транзисторах Т н Те с трансформатором Трь транзисторах Тэ и Тю с траисформатором Трг н траизисторах Тц и Ti2 с трансформатором Трз, трехфазный генератор нмнульсов f/i-L/s. вы.ходной частоты АГ|-АГз, задаюнянй генератор ЗГ импульсов {Ун несун1ей частоты, в

несколько раз превышающей-выход-ную частоту, модулятор ШИМ ширины импульсов несущей частаты, имеющий на каждую фазу две пары выходов основных С/у и дополняющих Ul - Y импульсов регулируемой скважности. Например, в.фазе Анеразую пару составляют выходы выпрямителей Дь Д2 и Дб, Де, а вторую - выходы выпрямителей Дт, Дв и Дз, Д4. С выходов выпрямителей Д5, Д и Д, Дз снимаются основные, а с выходов выпрямителей Д1, Дз н Дз, Д4 - дополняющие нмнульсы. Зажимы одной поля)ност11 (например, отрицательной) каждой нары выходов нодключены через резисторы к базам транзисторов iiipejiuaрительиого усилителя. Анодные выводы диодов Д, Да, Дб и Дб, о-бразующие зажимы отрицательной нолярности, нодсоедниены через резисторы к базе траизистора Т, а аноды диодов Дт, Да, Дз и Д4 - к базе транзнстора TS.

Общие вьиводы обмоток W и W, Wcj и Wio образуют зажимы положительной полярности выходов основных имлульсов, а общие выводы обмоток W и W, Wz и W - зажимы положительной полярностн выходов дополняющих импульсов. Зажимы положителмюй полярности каждой пары выходов подключены к разноимееным зажимам той же нолярности другой нары выходов и через коммутирующие ключи к эмиттерам транзисторов предварительного усилителя: в фазе А зажимы выходов осно1БИых импульсов подключены к зажи-мам выходов донолияющих импульсов и к коллекторам транзисторов Тп и Тм коммутирующих ключей.

Входы коммутирующих ключей иодсоедннены к выходам трехфазного генератора, )iaнрнмер I фазе А базы транз11стори1 1х ключей Ti3 н Tj4 нодсоедннены к выходным об()ткам трансфор.матора Тр.,. Схемы унрлвлсмшя усилнтелямн фаз В н С вьию.тпсны анл.ю-гично схеме фазы А.

11нве Лор работает слсдующи.м образом.

Вы.хсяное нанряженне Гу шпротно-нмпульсного модулятора (с.м. фщ-. 2) выпрямляется диодами Д--Дз, в .результасе чего образуются основные нмнульсы f/y. Скважность этих и.мнульсов У ТП/Т, где Т --длительность импульса. Т - иериод иан) иссуи ей частоты. Дополняющие нм-лульсы Угу могуг форм1(-роват1 ся разлн-чными способами, наирИлМер, 1 стреч ;|| 1м включением обмоток - W выходно1о т)ансформат()ра задаю це1Ч) генератора н обмоток .з, №в, IVii и Wla шлротно-имиульс11ого модулятора. Сфорлшрован1 ое такнм образом напряжение f/i-y выирямляется .1а-мн Д|-Д|, в |)езультате че:ч) образуются доиолня|()и;пе имнульсы со скважностью 1 - у.

Основные и доаолияюии1е нмну.1ьс1 1 используются для управления транзисторами усгглнте.чеп при IIOMOHUI KOMMyTJijiyioiuHX клюг

чей, которые переключаются с (ыходпой частотой сннфазно с напряжениями соответствующих автогеиераторов AFi-АГз (нанряжения Uiz н t/i.|). Если, наирпме), открыт т)анзи€тор Ti3 (транзистор Ti.i закрыт), то в течение полунернода Т/2 напряжения выходной частот) через резисторы а базу тра 3 стора Т основпые шм1 ульс15 -отрицатель 1ой иоляриости, а а базу транзистора

Tg - допол Я Ощие М ульсы отрицательной 1иоляр ости. в следующий ио,тупериод нанряже ня ос овной Частоты оТК1)ывается транзистор TU (тра зистор Тю закрывается), вследствие чего иа базу тра гзистора Tg иостуиают осиов ые, а базу транзистора Т -дополия ощие импульсы. В паузах между импульсами транзистор Т i TS как -обычно через резисторы от источ 1ка смещеиия f/cM, в результате чего апереходах база - эмнттер этих тра 3 1еторов формируются 1 апрял еиия U6 н Ш,, скважность )Сов

отрицательной которых )

нолупер оде напряжеи я частот) равна Y а в другом - 1-Y. Коллекториые а-пряжефщя Uк п LKS также иредставля отсобо носледователь остп нмнульсо } че1)еду1ОН1ейся скважпост в ноллпериоде у, и 1 - YТра зисторь Тд н Тю, Тц и Tjo ,чей, нри адлежащ х другим фазам, пe)eключaJOTся аналогнчио, io со сдвигол 0 периоду Т выходного а1: ряжения, как во всякой трехфазной снстеме 1апряжения f/Kg и t/Kio.

В той полови е периода Т, в которой трапзистор Ту откр лвается со скважиость о Y. leвая первич 1ая полуобмотка трансформатора Тр) подкл очается к напряжению питания также со скваж юсть 0 Y. э правая - со скважностью 1-Y следу ощий полунер1 одТ/2, наоборот, правая полуобмотка подключается к нсточн 1ку СО окваж 1ость 0 Y. а левая со скважностью 1-у- Аналогично работа от тра1 сформатор) других фаз, поэтому режим) работ) трансформаторов усилителей

в ПОЛунерИОДаХ СИММСТрИЧП) I 1 ОДМаГПИЧИваине нх сердеч иков отсутст1 ует.

Транзисторы каждого усилителя, 1 анример трапзнстор) Т н TS, поочередно (паиряжон1 я L.к. и Укв), ноэтому в любой момент времени нз полуобмоток трансфорМаТОрОВ Tpi-Трз к ИСТОЧ ку нитап Я и со вторич)х обмоток иа базы силов)Х транз1 сторов, например тра зисторОВ TI 1 То, НОСТуЛаЮТ аПрЯЖе П1Я,

же с)орму, как 1анряжс 1 я (Убу и Обз. При это.м ам литудь трансформ руемых нолож тель н.1х I отр 1 натель 1ых импульсов одинаков,.

Пр. нз. скваж 10С и от о до 1 ал плнтудь как ноложител п х, ак отр цаТеЛЬ ЫХ ИМПУЛЬСОВ ;1(;СТОЯ; 1,М1(.

Благодаря этому может быть уменьшена величина солротивления в базовой цсан.

Форма на-пряженнй коллектор-эмнтгер силовых транзисторов, иалример на;1рял еннн LKI-UK,,, новторяет форму аналоп чных напряжений уиравля1ои1,его усилите.тя. Вследствие этого, например, при соединении нагрузки в «треугольннК выходные иадряжения UA, IJu и Lc трехфазного моста силовых транзисторов имеют вид начек импульсов с длительностью начки 2/37. Поэтому среднее за время 2/37 зиачеиие f/cp выходных напряжений и А, ie и и с (иа фиг. 2 показано иуиктиром) 01Н1ределяется соотношеннем длительностей Ноложительиых н отрицательных имиульсов, т. е. скважиостью уПри Y 0,5 6с11 0, при 1 Ucp inВеличнна скважности имиульсов шнротноимнульсного модулятора онределяется снгналом Uy унравлення, иостуиающим на его вход, ;:1оэтому среднее за иолупериод выходное напряжение н ток в нагрузке определяют ся велргчиной сигнала Ly управления.

Для уменьшения дннамических потерь мощности, возникаюших при процессах иереключення снловых транзнсгоров, предлагается вариаит схемы трехфазного инвертора с одиоиолярной формой импульсов иесущей частоты в течеиие полуиериода выходного напряжения (см. фиг. 3). СогласлЪ включеииые обмотки W| н W трансформаторов Tpi .и Тро трехфазного генератора первой и третьей фаз через

резисторы н ДНОДЫ До, Дз и Дд, Д12 ИОДКЛЮчены к базам транзисторов Т, Tg н Тц, Ti2 одноименных нредварнтельпых усилителей, т. е. к транзисторам унравля10И1пх усилителей первой и третьей фаз.

Аналогично, согласио включенные обмоткн Wz и W, W и W трансформаторов Tpi и Тр2 трехфазиого генератора первой п третье фаз через резисторы п диоды Дь Д4 и Дч, Д подключены к базам транзисторов Т, Те и То, Т;о однон меииых усилителей. Согласно включенные обмоткн Ws и W. трансформаторов Тра н Трз второй и третьей фаз через резисторы и диоды Д.-, Дв и Дю, Дп нодключены к базам транзисторов Тд, Т)о и Тц, Ti2 олноимеиных усилителей.

Пары обмоток одиого и того же предварительного усилителя включепы встречпо по отношеиню друг к другу. Настример, пара обмоток Wi трансформаторов Tpi и Грз иодключена к диодам Да и Дд концом обмотки, а пара обмоток W тех же трапсфор маторов иодключеиа к диодам Дз и Д12 иачалом обмотки.

Каждая пара еогласио включеиных обмоток иодсоедипеиа к эмиттерам транзисторов предварнтельиых усилителей. Точки соединения аиодов диодов Д и Д2, Дз и Д, Дг, и Де, Д и Д8, До и Дю, Ди и Д12, соответственно, через резисторы Ri и , Ra и R.t, Rs и R подключены к базал транзисторов Т|з н TU, TIS и TIG, Ti7 н TIS коммутирующих ключей.

С трансформаторов Tpi-Трз (см. фиг. 4)

сн1 аются сдвинутые на 120 эл. град, напряжеиия . В результате суммирования этих напряжений иа каждой паре согласио включенных обмоток формнруются наиряжения f/j-j-L-a, fya+f s- п t/i + 62. Таккак пары обмоток W, н 2, Wz и Wi, W4 и W., Wz и Г., ключены встречНО, то напряжения, сиимаемые с -них, сдвинуты на 180°. Диоды Д;-Д12 нроиускают .на базы траизисторов усил ггелей

и коммутирующих кл, только отрицательные импульсы.

Таким образом, на базы транзисторов предварительных усилителей .поступают три вида отрицательных имиульсов: основные, дополняющне н согласно включенных обмоток

Г;-Г4.

В первый полупериод напряукения Ui на базу транзистора Ti3 со вторичной оймотки траисфор матора Tpi поступает отрицательный имиулъс. Транзистор Тн заперт положительным импульсом. Приоткрытом транзисторе Ti3 на базу транзистора Тт ностунают основные, а на базу транзистора Tg - дополняющие нмпульсы. При возннкновенни нмпульса f/i-j-t/a отрицательной нолярностн транзистор Ti3 запирается. Следовательио, на базы транзисторов Т п TS не ноступают ни основные, ни дополняющие импульсы. Транзистор Tg при этом заперт в-нешним смеи1,ением, та« как имиульс напряжения на обмотках IFg трансформаторов Tpi н Трз имеет положительную по отношению к катоду диода Дз полярность н запирает его.

Транзистор Ту открывается импульсом напряжения t/i + Ls на время Т/6 (напряжения ,/67 н U6s). В следующий интервал времени Т/6 напряжения и + ИзН t/i-f Л имеют паузу, а транзисторы Ту и Tg управляются основными н дополняющими импульсами, несунхей частоты. На третьем интер1вале Т/6 транзисторы Ту и TIS управляются импульсом нанряження Ui-{-L2, ностулающим на нх базы через диод Дь Во втором полупериоде 1: роцесс снмметричен.

Два других предварительных усилителя работают аналогич.ио, но со сдвигом но фазе на 120 эл. град.

В любой момент времени одн-а нз нолуобмотоК выходных трансформаторов нодключена к нанряжеиню питания, иоэтому эти трансформаторы передают напряжения с первичных обмоток на вторичные без искажения, в результате чего иаирялсения на базовых обмотках силовых транзисторов Ti-То имеют такую же форму, как, соответсгнеиио, нанряжеиия t/бу-L6i2 на базах транзнсторов усилителей.

На иагрузке, включенной в «треугольинк,

на выходе инвертора формируются папряжения f/л, UB и Uc с однополярной в течение

иолупериода выходного напряжения формой

импульсо1В иесущей частоты.

В отличие от схемы «а фиг. 1, в которой иа

любом интервале периода переключаются е

высокой несущей часто той все три пары спловых транзисторов Tj и Т-,, Тз и Т4, Т и TG, в схеме. :iia фиг. 3 на любом интервале iiej)iio;ia длительностью Г/6, переключается с iiecyoicii частотой только одна аара транзисторов. Так как основные днна мнческне потери в силовол: мосту возникают нменно из-за :пе)еключен 1я транзисторов с несущей частотой, то эти потери Б схеме на фиг. 3 примерно в трн раза меньше, чем в схеме на фнг. 1.

П р е л м е т л з о б j) е т е н п я

)

Jf

пульсов, пмеюн1,ий на каждую фазу две нары выходов основных и дополняющнх импульсов ))сгул11)уемой скважности, отличающийся тем, что. с целью иовышения к. л. д., зажимы одной иолярности каждой «ары выходов основных п дополняющих пмпу.тьсов модулятора соедписиы с базой каждого из транзисторов унравляющего усилителя, зажимы другой полярности- с разноименными зажимамн той

0 же полярности другой -пары вглходов и через

коммутирующие ключп с эм1ггтерами этих

транзисторо, а вход коммутируюн нх ключей

соедшген с 1)1ходо1М трехфазио1о генератора.

5 что, с целью уменьшения динамических иотерь мощности в силовых транзисторах, последовательно и согласно включеп1Их1е обмотки выходиых траисформато юв нервон и третьей, первой и второй, торой и третьей фаз трехфазного геиератора подключены через резисторы и диоды к входам траизисторов уиравляющих усилителей однопмсниых фаз.

.;г / и.1и.ши UJ ои.ш.шуи

„. JlJmFtflAf bFUV

: W u U%°:J flLf a u uU;

ijaijDiraiiiicriJonnutraijairafjQnrjunnaauu

-.PF V U CrVtr B

t,

TrauiJ a u u TirroD 1Г 11Ж П и11път тг11тгаБ1Т

I-/

gO

-WO -

-/г 1

-Hr--

-Wfllmftframm % b™«mj™iijnj im L

QUQLTirJTJ Ul T IU UTJT nUDB LraiJCr, .Oru|J UПJMI UDTaOБIlIIT DUGIJIГ I uШЯГD

fjumjmjuii а 11тл1аБ1Г гттг 1пшап1тат7ст -,f fiir juij uijiiiLjmmi i iJQana uOTmmri T -

j№iiiiM - чшудан- .

-адтот-fMffit№--wiM

oVo n O D O-j //:

та

-fiffflffltf

bz dfflyhiid tF

- FiflflF - i-mm--}.r

ппл пплпо.

ШШППП

nn

ULJUUnUUD апппдппп .

-ijtiimtz Mtlt i:- zzF flflFF lzi:

отгиоппии аог 11пдп1)

пппо

QDUUDDDO

Ф//г ii