Преобразователь постоянного напряжения в переменное Советский патент 1982 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к статическим преобразователям электрической энергии, применяемым в установках бесперебойного питания.

Известны статические преобразователи, содержащие несколько инверторов, работающих синхронно и синфазно и подключенных к нагрузке через переключающие устройства t lНедостатком таких преобразователей является сложность обеспечения равномерной загрузки инверторов по мощности.

Известен многоячейковый инвертор, который состоит из нескольких ячеек с выходными трансформаторами. Ячейки включены параллельно по входу и последовательно по выходу. Каждая ячейка подключена к своему датчику состояния ячейки. Выходы датчиков состояния ячеек подключены ко входам дешифратора, выходы которого подключены к цепям управления ключей переменного тока, подсоединенных к выво-. дам вторичных обмоток трансформаторов ячеек. Такой инвертор позволяет осуществлять компенсацию изменения параметров выходного напряжения при возникновении устойчивого внутреннего короткого замыкания в одной из ячеек 2.

10

Однако многоячейковый инвертор не защищен от таких типов неисправностей, как обрыв в вентильных блоках ячеек.

При обрыве в вентильном блоке одной из ячеек первичная обмотка трансформатора этой ячейки оказывается разомкнутой,а вторичная обмотка трансформатора, включенная последовательно с сопротивлением нагрузки,

20 характеризуется в этом случае большим индуктивным сопротивлением. В результате напряжение, на приемниках электрической энергии резко уменьшается, несмотря на меры, принимаемые по компенсации изменения этого напряжения. Причем величина выходного напряжения инвертора при указанном типе аварии в ячейке тем меньше,чем больше нагрузки инвертора.

Целью изобретения является повышение надежности статического преобразователя ,

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в переменное, содержащем инверторы и трансформаторный узел, составленный из отдельных Mai- нитопроводов, каждый из которых в отдельности охватывается первичными обмотками, связанными с выходами соответствующих инверторов и блок управления, между каждой парой отдельных магнитопроводов введена дополнительная трансформаторная связь, осуществляемая посредством двух дополнительных одинаковых обмоток., расположенных на стержнях связываемых магнитопроводов и включенных встречно через согласующее устройство, упомянутые первичные обмотки подключены к выводам инверторов через бесконтактные быстродействующие ключи, причем выходная обмотка охватывает одновременно все магнитопроводы и образует выходную цепь преобразователя .

Согласующее устройство может быть выполнено в виде управляемого ключа переменного тока (два встречно-параллельно включенных тиристора, симистор и т.п.) или в виде индуктивно катушки. Бесконтактные быстродействующие ключи представляют собой управляемые ключи переменного тока с искусственной или естественной коммутацией.

Количество указанных трансформаторных связей определяется числом магнитопроводов и выбирается в каждом (Конкретном случае, исходя из требования к надежности и технико-экономическим показателям преобразователя.

На чертеже представлен один из возможных вариантов схемы преобразователя с трансформаторным узлом, составленным из двух отдельных магнитопроводов..

Статический преобразователь содержит блок управления 1, инверторы 2 и 3f двэ отдельных магнитопровода k

и 5I на которых намотаны первичные обмотки 6 и 7 выходная обмотка 8, охватывающая одновременно оба магнитопровода и подключенная к приемникам электрической энергии 9 две дополнительные обмотки 10 и 11, расположенные соответственно на магнитопроводах Ц и S и соединенные между собой встречно-последовательно через согласующее устройство 12, выполненное в виде ключа. Выходные зажимы инверторов 2 и 3 подключены к соответствующим первичным обмоткам 6 и 7 трансформаторного узла через бесконтактные быстродействующие ключи 13 и

.

Статический преобразователь питается от источника постоянного тока 15. Инверторы могут быть выполнены по любой известной схеме. Блок управления 1 вырабатывает импульсы управления инверторами 2 и 3 а также сигналы на замыкание или размыкание ключей 12-14. Первичные обмотки 6 и 7 имеют одинаковое число витков. Числа витков дополнительных обмоток 10 и 11 также равны между собой.

Преобразователь работает, следующим образом.

Переменное напряжение с выходов инверторов 2 и 3 через ключи 13 и 1 поступает на первичные обмотки 6 и 7, расположенные на отдельных магиитопроводах k и трансформаторного узла. При этом согласующее устройство 12 ослабляет, если это индуктивная катушка, или исключает, если это управляемый ключ, трансформаторную связь между магнитопроводами. Каждый из инверторов принимает на себя 50% мощности нагрузки, работая практически независимо от другого.

В случае аварийного отключения, например инвертора 2, блок управления 1 размыкает ключ 13 и замыкает ключ 12. При этом обмотка 6 отключается от инвертора 2, а между магнитопроводами 4 и 5 образуется дополнительная трансформаторная связь посредством встречного включения обмоток 10 и 11 через ключ 12. Указанная дополнительная трансформаторная связ обеспечивает передачу 501 мощности от интервала 3 в нагрузку через сердечник магнитопровода l. Остальные 50 мощности передаются в нагрузку непосредственно через сердечник магнитопровода 5-Напряжение на зажимах

приемников электрической энергии 9 остается близким к номинальному, а инвертор 3 принимает на себя 100% мощности нагрузки.

Аналогичным образом схема работает и при исправном инверторе 2 и неисправном инверторе 3В тех случаях, когда инверторы, входящие в состав преобразователя,являются резервными друг по отношению к другу или предназначены для наращивания мощности (параллельная работа) и работают синхронно и синфазно, в г качестве согласующего-устройства используется индуктивная катушка. При совместной работе инверторов трансформаторная связь, обусловленная включением дополнительных обмоток через катушку индуктивности, практически не проявляется, а при отключеНИИ отдельных инверторов указанная дополнительная трансформаторная связь поддерживает {Напряжение на выходе преобразователя неизменным.

В подавляющем большинстве практических реализаций коэффициенты трансформации отдельных трансформаторов инверторов, входящих в преобразователь, выбираются одинаковыми, поскольку при этом кривая выходного напряI

жения обладает симметрией рода. Поэтому трансформаторный узел такого преобразователя, с целью улучшения массогабаритных показатели, целесообразно выполнять с общей выходной (вторичной) обмоткой, охватывающей одновременно все магнитопроводы.

Анализ работы преобразователя показывает, что по сравнению с известным, состояние схемы неисправного инвертора не оказывает влияния на последующий режим работы преобразователя, т.е. тип неисправности в инверторе не вызывает дополнительного ухудшения качества напряжения на приемниках электрической энергии. Следовательно, предлагаемый преобразователь обладает более высокой надежностью при обеспечении электроэнергии потребителя.

Блок управления 1 предлагаемого преобразователя отличается от традиционных устройств управления многоячейковыми преобразователями тем, что оно дополнено несложным логичесКИМ блоком, который при возникновении

неисправности в инверторе 2(3) снимает управляющее напряжение с ключа 13(1) и подает управляющее напряжение на ключ 12. Техническая реализация такого логического блока не представляет затруднений.

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий инверторы, трансформаторный узел,составленный из отдельных магнитопроводов, каждый из которых в отдельности охвачен первичными обмотками, связанными с выходами соответствующих инверторов, и блок управления, о тли чающийся тем, что, с целью повышения функциональной надежности в аварийных режимах, между каждой парой отдельных магнитопроводов введена дополнительная трансформаторная связь, осуществляемая посредством двух дополнительных одинаковых обмоток, расположенных на стержнях связываемых магнитопроводов и включеных встречно через согласующее устройство, а первичные обмотки подключны к выходам инверторов, через введенные бесконтактные быстродействующие ключи.

2.Преобразователь по п. 1, о т личающийся тем, что согласующее устройство выполнено в виде управляемого ключа переменного тока.

3.Преобразователь по п. 1, о т личающийся тем, что согласующее устройство выполнено в виде катушки индуктивности.

4. Преобразователь по пп. 1-3 отличающийся тем, что его выходная цепь образована одной общей обмоткой, охватывающей все упомянутые магнитопроводы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Адамия Т.Г. и др. Агрегаты бесперебойного питания со статическими полупроводниковцми преобразователями. М., Информэлектро, 1978,

с, 15-16, рис. 6.

2.Авторское свидетельство СССР № 52687, кл. Н 02 М (заявка №2 40973 /07), 08.10.76 (прототип).