Трехфазный инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/537 

(54) ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное трехфазное .напряжение со ступенчатой, близкой к синусоидальной формой кривой посредством трехфазных инверторов. Известны трехфазные инверторы на полностью управляемых вентилях, например транзисторах, в которых для получения многоступенчатой, близкой к синусоидальной, формы кривой выхоЕЮго напряжения применяется несколько трехфазных мостов управляемых вентилей, выходаые зажимы которых соединены с выходными выводами инвертора посредством автотрансформаторов со средним выводом 1. Если количество преобразовательных ячеек превышает два, то указанные автотрансформаторы в каждой фазе соединяются между собой по прин ципу пирамиды 2. В таких инверторах формируется выходное напряжение с равной амплитудой ступеней, а для лучшего его приближения к синусоиде (полного исключения гармоник с низким по- . рядковым номером) вводятся дополнительные обмотки на указанных автотрансформаторах, включаемые последовательно в выходную цепь двух других фаз. Хотя габаритная мощность указанных автотрансформаторов составляет 15-20% от выходной мощности инвертора, а частота перемагничивания сердечников эквивалентна шестикратной рабочей частоте инвертора, масса и габариты автотрансформатора относительно велики, особенно при рабочей частоте 50 Гц и даже при 400 Гц и при выполнении управляемых вентилей на основе силовых микросхем. Если не использовать дстолнктельные обмотки, то можно управляемые вентили перевести в режим переключения на высокой частоте (2) и тем самым резко уменьшить вес и габариты автотрансформаторов и повысить их КПД. Однако при этом усредняющая кривая, проходящая по серединам горизонтальных отрезков ступеней, имеет вид трапеции, в которой содержится небольшое значение пятой и седьмой гармоник. 38 Наиболее близким техническим решением является трехфазный инвертор, содержащий подключенные ко входным выводам основной и дополнитеЛЫ1ЫЙ трехфазные мосты управляемых ключей, между зыводами переменного тока одноименных фаз которых включены автотрансформаторы со средними выводами связанными с соответствующими выходными выво дами 3. Недостатком зтого инвертора является неудовлетворительная форма кривой выходного напряжения. Цель изобретения улучшение формы кривой выходного напряжения. Указанная цель достигается тем, что в трехфазном инверторе, содержащем подключенные ко входным выводам основной и допо1шительный трехфазные мосты управляемых ключей, между выводами одноименных фаз которых включены автотрансформаторы со средними выводами, связанными с соответствующими вы ходными выводами, введен подключенный к входным выводам вспомогательный мост уЛравления ключей и введены три трансформатора с одной первичной и двумя вторичными об мотками каждый, причем первичные обмотки этих трансформаторов подключены к соответствующим вьгводам переменного тока вспомогательного моста, а средний вывод автотрансформатора каждой фазы соединен через вторичные обмотки двух других фаз с соответствующим выходным выводом. кроме того, первтшая обмотка каждого трансформатора одним концом соединена с вы водом nepeMeiflioro тока соответствуюшей фа зы вспомогательного моста, а другим концом со средним выводом автотрансформатора одно именной фазы, либо включена между двумя соответствующими выводами переменного тока вспомогательного моста. На фиг. 1 приведена принципиальная схема инвертора с трехступенчатым выходным напря жением; на фиг. 2 - диаграммы напряжений этого инвертора; на фиг. 3 - принципиальная схема инвертора с шестиступенчатым выходны напряжением; HJf фиг. 4 - диаграммынапряже ний инвертора с щестиступенчатым выходным напряжением; на фиг. 5 - многоступенчатые формы выходного напряжения, получаемые в предлагаемой схеме; на фиг. 6 - вариант вкл чения первичных обмоток трансформаторов; на фиг. 7 - диаграммы напряжений, соответствующие зтому варианту. Трехфазный инвертор с трехступенчатой фор мой кривой выходного напряжения (фиг. 1) содержит управляемые вентили 1-18, наприме транзисторы, соединенные по схеме двух трех фазных мостов; 1,2, 7, 8, 13, 14 - основной мост, 3, 4, 9, 10, 15, 16 - дополнительный мост и 5, 6, 11, 12, 17, 18 - вспомогательный мост. Выходные выводы основного и дополнительного трехфазных мостов соединены с выходными выводами инвертора (А, В, С) через три автотрансформатора 19-21, имеющих отвод от средней очки. К выводам вспомогательного моста подключены трансформаторы 22 (фаза А), 23 (фаза В) или 24 (фаза С). Вторичные обмотки рансформаторюв каждой фазы включены последовательно в выходную цепь двух других фаз преобразователя. Первичные обмотки зтих трансформаторов одним концом соединены с отводом от средней точки обмотки автотрансформатора данной фазы и другим концом через ключи , 11, 12, 17, 18 с входными выводами инвертора. Инвертор работает следующим образом. Когда открыты транзисторы 1, 4, 7, Ш, 13, 16, то потенциал средней точки А относительно условной средней точки (нуля) источника питания равен нулю и напряжение ид0 (фиг.2) имеет паузу (интервал а- б). Поскольку на этом интервале открыт один из вспомогательных трап зисторов данной фазы 5 (6), на трансформаторе появляется напряжение Uj, суммирующееся с выходным напряжением двух других фаз (заштрихованные площадки в напряжении ид). Напряжение и„ имеет аналогичный вид, но сдвинуто на 120 эл.град., а разность напряжений .ид(и„рОбразует линейное выходное напряжение преобразователя U.-c КНИ 16% и наинизшей одиннадцатой гармоникой. Для уменьшения массы и габаритов автотрансформаторов переключение транзисторов производится на повышенной частоте. Например, для f g 400 Гц и восьмикратном переключении транзисторов в интервале а-6 (фиг. 2) частота перемагничивания сердечников автотрансформаторов составит 38,4 кГц При использовании ферритовых сердечников габариты автотрансформаторов весьма малы, а инвертор имеет высокий КПД. Габаритная мощность автотрансформаторов (по вольт-секундам) составляет менее 2% выходной мощности преобразователя, трансформаторов 22, 20, 23 менее 1%. Коэффициент трансформации трансформаторов для этой схемы выбирается равным I : 0,145. Для улуаисния формы кривой выходного напряжения можно использовать схему инвертора с больщнм числом мостов на управляемых вентилях. В зтом случае автотрансформаторы включаются по принципу пирамиды. На фиг. 3 показана схема инвертора с четырьмя мостами основных вентилей 25-32, дополните ных вентилей 33-36 и автотрансформаторами 37-39. Для формирования в такой схеме щести ступенек с КНИ 8% и наинизшей двадцать третьей гармоникой используются два 58 вспомогательных моста, каждый из них образован основными вентилями, одной из двух па дополнительных вентилей 33-36 и одним из двух трансформаторов 40 и 41. Диаграммы переключения вентилей и напряжешй на трансформато{шх показаны на фиг. 4. Работа схемы происходит аналогично рассмотренной. Двухступенчатое напряжение трансформаторов должно иметь уровни m 0,075Up и n 0:056Uf . По этому коэффициенты трансформации трансформаторов 40 и 41 выбираются равными 1:0,075 и 1:0,038. При зтом выходное напряжение не содержит гармотк вплоть до даадцать третьей (фиг. 5). Га рнтная мощность трансформаторов и автотрансформаторов в этой схеме так же не превышает 1-2% выходной мощности преобразователя. Первичные обмотки трансформаторов могут быть включены по схеме треугольника на выходе вспомогательного трехфаз ного моста (рис. 6). При этом в схеме фиг. 1 коэффициент трансформации нужно принять р ным 1:0,0725, что вдвое снижает токи дополннтельных вентилей 5, 6, 11, 12, 17 к 18. При этом несколько усложняется система управления (см. фиг. 7). Для управления всеми рассмотренными вариантами схем используют широко известные системы с генератором тактовых импульсов повышенной частоты и распределители импульсов любого известного типа (на основе пересчетных схем, делителей частоты диодных матриц логических схем) с широким использованием цифровых интегральных микросхем. Предлагаемые схемы позволяют миниатюризировать магнитные узлы и всю аппаратуру в целом. Формула изобретения 1. Трехфазный инвертор, содержащий подключенные ко входным выводам основной и (раза А дополнительный трехфазные мосты управляемых ключей, между выводами переменного тока одноименных фаз которых включены автотрансформаторы со средними выводами, связанными с соответствующими выходными выводами, о тличающийся тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения, он снабжен подключенным ко входным выводам вспомогательным трехфазным мостом управляемых ключей и тремя трансформаторами с одной первичной и двумя вторичными обмотками каждый, причем первичные обмотки подключены к соответствующим выводам переменного тока вспомогательного моста, а средний вывод автотрансформатора каждой фазы соединен через вторнчные обмотки трансформаторов двух других фаз с соответствующим выходным выводом. 2.Инвертор по п. 1,отличающийс я тем, что первичная обмотка каждого трансформатора одним кощом соединена с выводом переменного тока соответствующей фазы вспомогательного моста, а другим концом со сред1шм выводом автотрансформатора одноиме шой фазы. 3.Инвертор по п. 1,отличающийс я тем, что первичная обмотка каждого трансформатора включена между двумя сое.: ветствующими выводами переменного тока вспомогательного моста. Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1.Патент США № 3573602, кл. 321-9, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 1739924/24-07, кл. Н 02 М 7/537, 1972. 3.Авторское свидетельство СССР № 5 1666, кл. Н 02 М 7/48, 1971. (рсгза С в

0.5