Трехфазный инвертор Советский патент 1976 года по МПК H02M7/44 

1

Изобретение относится к инверторам и может найти применение в различных электротехнических устройствах, в частности, для питания асинхронных электродвигателей.

Известны трехфазные автономные инверторы с отделенными от нагрузки конденсаторами, используемые в электротехнических устройствах для получения трехфазной системы напряжений.

Известны также трехфазные инверторы, состоящие из однофазных инверторов.

Из известных трехфазных инверторов наиболее близким по технической сущности является трехфазный инвертор, содержащий два источника постоянного напряжения, подключенные к выводам постоянного тока мостовых переключателей, соединенных зажимами переменного тока по каскадной схеме.

Известный трехфазный инвертор имеет выходное напряжение, отличающееся от синусоидального.

С целью получения выходного напряжения, близкого к синусоидальной форме, в предлагаемый инвертор введены дополнительные ключи, через которые выходные зажимы связаны с зажимами переменного тока мостовых переключателей.

На фиг. 1 дана схема предлагаемого инвертора; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений; на фиг. 3 и 4 - эквивалентные схемы трехфазного инвертора.

Трехфазный инвертор состоит из источников постоянного напряжения 1 и 2, мостовых переключателей 3, 4 и ключей 5-13. Трехфазная нагрузка Zn включена на выходе устройства, где 14, 15 и 16 - выходные зажимы мостовых переключателей, 17-24 - ключи

мостовых переключателей. Для получения симметричной трехфазной системы напряжений, близкой к синусоидальной, на симметричной нагрузке, соединенной в звезду, выбирают напряжепие источников постоянного папряжения 1 и 2, равным Е и (14-1/ 3)Е соответственно.

При углах ( (К-1), где , 2, 3, ..., изменяют полярность напряжения на

выходных зажимах 14, 15 и 16 мостовых переключателей 3 и 4 (см. фиг. 1), обеспечивая при этом с помощью указанных переключателей последовательное и согласное соединение источников постояпного напряжения 1 и 2.

При помощи ключей 5-13 осуществляют подключение фаз Л, Б и С нагрузки Zn к выходным зажимам 14, 15.и 16 мостовых переключателей 3 и 4, которые производят согласно таблице.

Фаза нагрузки на зажимах X

14-В -В А А

15С А -В -С

16А С -С -В

В таблице указана полярность напряжения на зажимах 14, 15 и 16 мостовых нереключателей 3 и 4. Прямая, когда зажим 14 через замкнзтый ключ 17 соединен с отрицательным выводом источника постоянного напряжения 2, зажим 15 через замкнутый ключ 22 - с положительным выводом источника постоянного напряжения 1, а зажим 16 через замкнутые ключи 19 и 24 - с положительным и отрицательным зажимами источников постоянного напряжения 2 и 1 соответственно; обратная, когда зажимы 14 и 15 при помощи мостовых переключателей 3 и 4 соединены соответственно с положительным выводом источника постоянного напряжения 2 и отрицательным выводом источника постоянного напряжения I, а зажим 16 соединен с отрицательным и положительным выводами источников постоянного напряжения 2 и 1 соответственно.

В таблице стоит знак минус перед обозначением фазы, когда ток проходит от нзлевой точки звезды к началу фазы.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы напряжений при активной симметричной трехфазной нагрузке. При этом мгновенные значения напряжений фаз находятся в отношении

1 /1 /2

ктЧ+г1 ч+к

Кривая напряжения фазы нагрузки содержит высшие гармонические составляюнцие напряжения, начиная с одиннадцатого. Относительное значение амплитуды высшей гармони1

ки напряжения равно -, где п - номер гармоники.

При активно-индуктивной нагрузке мгновенное значение напряжения фазы зависит от мгновенного значения тока фазы и ее производной.

При переключении фаз происходит перераспределение токов между фазами, кривая напряжения оказывается более сглаженной и при угле сдвига между током и напряжением.

-С -С В В -А -А С С А В -С -А В С -А -В В А -А -С С В -В -А

большим 30 зл. град., практически становится синусоидальной.

Рассмотрим работу инвертора на активноиндуктивную нагрузку при различных значениях угла сдвига фаз между током и напряжением на интервалах: 30 эл. град.-(;i)0 и 60 эл. град.-й)-30 эл. град. (Па последующих интервалах процессы в инверторе происходят аналогично описанному для других фаз нагрузки).

Интервал 30 эл. град.. Замкнуты ключи 22, 23, 24 и 19, 18, 17 мостовых переключателей 3 и 4, а также ключи 7, 8 и 12

(см. фиг. 1).

Эквивалентная схема инвертора на данном интервале приведена на фиг. 3, на которой направление тока фаз указано для активной нагрузки Z,b

При активно-индуктивной нагрузке во время возврата реактивной энергии направление тока фазы А указано пунктирной стрелкой.

При угле сдвига фаз между током и напряжением 60 эл. град. реактивная энергия фазы Л по цепи: замкнутые ключи 8 и 24, источник питания 1, замкнутые ключи 22 и 7, - отдается в фазу С.

Фаза В нагрузки ZH потребляет энергию источника 2.

При угле . град, ток в фазе 5 во время возврата реактивной энергии имеет направление, указанное пунктирной стрелкой, и реактивная энергия фазы возвращается в источник питания 2. Продолжается обмен реактивной энергией между фазами А -я С.

Интервал 60 эл. град. эл. град. Замкнуты ключи 22, 24, 19, 17 мостовых переключателей 3 и 4, а также ключи 5, 10 и 12 (см. фиг. 1).

Эквивалентная схема инвертора на данном интервале приведена на фиг. 4, на которой направление тока фаз указано для активной нагрузки Z,,.

При углах сдвига фаз между током и напряжением 30 эл. град. направление тока в фазах нагрузки Z совпадает с направлеиием токов при активной нагрузке (см. фиг. 4).

При углах сдвига фаз между током и напряжением эл.град. реактивная энергия фазы А через замкнутые ключи 5, 22, 24 и 10 возвращается в источник постоянного напряжения 1, а также передается в фазу С. Направление тока фазы /I при этом указано пунктиром.

Таким образом, при симметричной трехфазной нагрузке, соединенной в звезду, предлагаемый трехфазный инвертор обеспечивает получение симметричной трехфазной системы напряжений переменной частоты, близкой к синусоидальной, при любом характере нагрузки - активном,

активно-индуктивном и чисто индуктивном.

Формула изобретения

Трехфазный инвертор, содержащий два источника постоянного нанряжения, подключенные к выводам постояпиого тока мостовых переключателей, соедииенных зажимами переменного тока по каскадной схеме, отличающийся тем, что, с целью получения выходного напряжения, близкого к синусоидальной форме, в него введены дополнительные ключи, через которые выходные зажимы связаны с зажимами перемепного тока мостовых переключателей.

irzI

I