Трехфазный инвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M7/537 

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовым преобразователям энергии, и может найти применение в статических преобразователях постоянного напряжения в переменное трехфазное, гальванически развязанное, приближенно синусоидальной формы.

Известен трехфазный инвертор, содержащий три однофазные преобразовательные ячейки, выполненные по мостовой схеме на управляемых ключах, напри-мер транзисторах, шунтированных возвратными диодами, и силовые трансформаторы, первичные обмотки которых включены в диагонали переменного тока указанных ячеек 1.

Недостатком такого инвертора является низкое качество одноступенчатой формы выходного напряжения каждой ячейки.

Известен также трехфазный инвертор, содержащий две трехфазные преобразовательные ячейки, выполненные по мостовой схеме на управляемых ключах, например транзисторах, шунтированных возвратными диодами, со сдвигом коммутации управляемых клк)чей одной ячейки, и автотрансформаторы, первичные обмотки которых включены между одноименными фазами одной и другой указанных ячеек, а к выводу, от середины первичной обмотки каждого авто-. трансформатора, подключены последовательно соединенные друг с другом вторичные обмотки других автотрансформаторов, свободные концы которых образуют фазные выходы этого инвертора.

Форма выходного напряжения такого инвертора имеет улучшенное качество с исключенными третьей, пятой и седьмой гармоническими составляющими 2.

Недостатком этого инвертора является усложнение силовой части за счет различного числа силовых магнитных элементов.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является трехфазный инвертор, содержащий преобразовательные ячейки, каждая из которых выполнена по мостовой схеме на управляемых ключах, диагональ постоянного тока которой подключена к входным выводам, а диагональ, переменного тока - к первичной обмотке выходного трансформатора, при этом последоват1ельно с каждым из управляемых ключей включена дополнительная обмотка, предст;)в.1Я1ощак собой соответствующую часть вторичной обмотки выходного трансформатора, вспомогательная первичная обмотка которого включена в диагональ переменного тока другой ячейки, причем упомянутые дополнительные обмотки соединены встречно друг относительно друга для транзисторов противоположных плеч моста и последовательно - лТ.ля транзисторов смежных плеч моста, при этом общие точки этих обмоток подключены к соответственным выводам выходных электромагнитных элементов 3. Однако известное устройство достаточно сложно из-за наличия дополнительной ячейки, с выходного трансформатора которого снимается напряжение питания дополнительных обмоток. Цель изобретения - упрощение схемы. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве в качестве вспомогательной первичной обмотки выходного трансформатора использована основная первичная обмотка выходного трансформатора смежной ячейки. На фиг. I показана принципиальная электрическая схема инвертора, содержащая транзисторы соответственно 1-4, о-8, 9-12 ожной, другой и третьей преобразовательных ячеек, зашунтированные соответственно возвратными диодами 13-16, 17-20, 21-24; силовые трансформаторы 25-27 включенные в диагонали соответственных ячеек, фазные выходы А. В, С инвертора, На фиг. 2 показаны диаграммы коммутации транзисторов напряжения - на обмотках трансформаторов 25-27 и линейные напряжения UAB UBC, UCA- Последовательно с ключами 1 и 4 первой ячейки включены в противоположных направлениях одинаковые части бис ключами 2 и 3 - части а Дополнительных обмоток трансформатора 26 второй ячейки, последовательно с ключами 5 и 8 второй ячейки включены одинаковые части бис ключами 6 и 7 - части а дополнительных обмоток трансформатора 27 третьей ячейки, а последовательно с ее ключами 9 и 12 включены одинаковые части б и с ключами 10 и 11 - части а дополнительных обмоток трансформатора 25 первой ячейки. При одновременно открытых ключах, входящих в цепи, соединяющие разные входные выводы преобразовательных ячеек с их разными выходными выводами, например 1 И 4 или 2 и 3, 5 и 8, или 6 и 7, 9 и 12 или 10 и 11, мгновенное значение напряжения на выходе ячеек равно напряжению питания и, так как суммарное напряжене встречно включенных частей а или б дополнительных обмоток равно нулю. . При одновременно открытых ключах, входящих в цепи, соединяющие разные выходные выводы ячеек с их одними и теми же входными выводами, например 1 и , 3, 2и 4, 5 и 7, 6 и 8, 9 и 11, 10 и 12, напряжение между выходными выводами ячеек равно суммарному напряжению частей двух дополнительных обмоток а и б и образует уровень выходного напряжения, делая его двухступенчатым. Требуемая полярность этих уровней и момент перемены их знака обеспечивается фазовыми соотнощениями между выходными напряжениями ячеек и дополнительными коммутациями их ключей. Выбирая момент дополнительной коммутации пар ключей 1 и 3 и 2 и 4 посередине между коммутациями пар ключей 1 и 2 и 3, и 4, можно получить напряжение U25 с симметричной двухступенчатой формой и длительностью дополнительного уровня 30 эл. град. Ввиду аналогичных фазовых соотнощений между коммутацией транзисторов второй и третьей и третьей и первой ячеек путем данного соединения с их ключами дополнительных обмоток трансформаторов соответственно 27 и 25 на выходах второй и третьей ячеек можно получить- такие же двухступенчатые напряжения U26 и 1/27, соответственно сдвинутые по фазе на 120 и 240 эл. град, относительно напряжения U25 . При данном включении дополнительных обмоток в силовые трансформаторы и их соединении последовательно с транзисторами соседних ячеек выходное напряжение каждой ячейки имеет двухступенчатую форму. Линейное напряжение инвертора (диаграммы , UBC;UcA, фиг. 2) имеет трехступенчатую форму, и из него можно исключить все низщие гармонические составляющие вплоть до одиннадцатой при коэффициенте трансформации дополнительных обмоток, равном Возможно также в трехфазном преобразователе заменить три однофазных трансформатора на один трехфазный с включением двух пар указанных выше дополнительных обмоток по одной паре от каждой из двух фаз в каждую третью его фазу. При отнощении суммарного числа витков частей а и б дополнительных обмоток к числу витков основного трансформатора, равном одаЗУ получаются фазные и линейные напряжения, показанные на фиг. 2. Из диаграмм (фиг. 2) видно, что во время формирования соседних ступеней одинаковой величины и противоположного знака в выходном напряжении одной преобразовательной ячейки (например, в напряжение U26 второй ячейки) необходимо, чтобы не менялись величина и знак напряжения на включенных в эту ячейку дополнительных обмотках трансформатора другой ячейки (например, трансформатора 27 третьей ячейки), т. е. не менялось состояние управляемых ключей этой другой ячейки (например, ключей 9-12 третьей ячейки). Однако во время формирования указанных соседних ступеней выходного напряжения U26 второй ячейки не меняется знак и величина напряжения Ujj на обмотках трансформатора 25 первой ячейки и состояние ее ключей 1-4. Поэтому без изменения достигаемого эффекта формирования на выходе каждой из двух указанных ячеек двухступенчатого напряжения можно во вторую преобразовательную ячейку включить дополнительные обмотки трансформатора 25 первой преобразовательной ячейки и получить двухступенчатое напряжение на выходе первой и второй преобразовательных ячеек, не включая ни в одну из них дополнительные обмотки трансформатора 27 третьей преобразовательной ячейки, т. е. иметь двухфазное двухступенчатое выходное напряжение на преобразователе, состоящем из двух преобразовательных ячеек. На фиг. 3 показана принципиальная электрическая схема такого преобразователя Преобразователь содержит управляемые ключи 28-31 одной ячейки, управляемые ключи 32-35 второй ячейки, шунтирующие диоды 36-43, силовые трансформаторы 44 и 45 ячеек, фазные выходы А, В, С преобразователя, образованные соединением вторичных обмоток по известной так называемой схеме Скотта, преобразующей двухфазное напряжение в трехфазное. На фиг. 4 локазаны диаграммы коммутации транзисторов, обозначенных на фиг: 3, U44, 45 выходных напряжений, имеющих двухступенчатую форму и взаимный сдвиг фазы 90 эл. град., необходимый для реализации трехфазного выхода при соединении вторичных обмоток трансформаторов 44 и 45 по схеме Скотта. При коэффициенте трансформации дополнительных обмоток по отно1цению к первичным обмоткам, равном -n+W углах дополнительной коммутации одной пары ключей 44 и 45 315 эл. град, и другой пары ключей (одной и той же ячейки) 135 и 125 эл. град, из выходных напряжений каждой ячейки и, следовательно, выходных фазных и линейных напряжений всего преобразователя исключаются не только третья, как в ячейках, выполненных по обычной мостовой схеме, но также и пятая гармонические составляющие. Кроме того, возможно при включении в одну преобразовательную ячейку дополнительных обмоток трансформатора другой преобразовательной ячейки сформировать п-фазное двухступенчатое напряжение при на.ичии любого числа п 2 преобразовательных ячеек. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет значительно упростить схему. Формула изобретения Трехфазный инвертор, содержащий преобразовательные ячейки, каждая из которых выполнена по мостовой схеме на управляемых ключах, диагональ постоянного тока которой подсоединена к входным выводам, а диагональ переменного тока - к первичной обмотке выходного трансформатора, а последовательно с каждым из управляемых ключей включена дополнительная обмотка, представляющая собой соответствующую часть вторичной обмоткк вылодного трансформатора, имеющего вспомогатель.ную первичную обмотку, включенную в диагональ переменного тока другой ячейки, причем упомянутые дополнительные обмотки соединены встречно друг относительно друга для транзисторов противоположных плеч моста и последовательно - для транзисторов смежных плеч моста, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы, в качестве вспомогательной первичной обмотки выходного трансформатора использована основная первичная обмотка выходного трансформатора смежной ячейки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Моин В. С. и др. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., «Энергия, 1972, с 154, рис. 5-18. 2.Патент США № 3573602, кл. 321-9, 1971. 3.Авторское свидетельство СССР № 647818, кл. Н 02 М 7/537, 1975.

9 28

J/ 30 33

3Z 35 36

f

i

tzf

V4

т