Инвертор со ступенчатой формой кривой @ -фазного выходного напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в много фазное переменное напряжение ступенчатой формы, аппроксимирующей заданную кривую, например, синусоидальную Известен инвертор со ступенчатой формой кривой выходного напряжения, содержащий основную преобразовательную ячейку с полумостами основных ключей и дополнительную преобразовательную ячейку с выходным трансформа торой, вторичная обмотка которого включена последовательно в выходную цепь основной ячейки uj. Частота перемагничивания сердечНИКОВ указанного трансформатора в три раза выше выходной частоты инвер тора, но не может быть взята более высокой. Известен также инвертор со ступенчатой формой выходного напряжения, содержащий основную и дополнительную преобразовательную ячейки, у которого вторичные обмотки выходных трансфор-; маторов дополнительных ячеек включены в две последовательные цепочки, подключенные одним концом к выходяоиу выподу инвертора 21. Частота перемагничивания сердечнмkoB выходных трансфор. аторов в этой схеме. 14ожет быть взята в несколько десятков раз выше выходной частоты инвертора и поэтому габариты инвертора по схеме 2 меньше, чем по схеме l . Однако наличие в силовой цепи ключей переменного тока, пропускающих полный ток нагрузки, создает дополнительные потери мощности. Цель изобретения - повышение КПД при сохранении высокой рабочей частйты выходных трансформаторов. 9 Указанная цель достигается тем, что в инверторе со ступенчатой формой кривой гтгфазного выходного напряжения, содержащем основную преобразовательную ячейку с полумостами основных ключей и дополнительные пре образовательные .ячейки G выходным трансформатором, имеющим две одинако вые вторичные обмотки, причем первые вторичные обмотки трансформаторов всех дополнительных ячеек каждой фаз соединены между собой последовательно,- образуя первую цепочку, вторые вторичные обмотки трансформаторов всех дополнительных ячеек каждой фазы соединены между собой последовательно, образуя вторую цепочку, одни концом указанные цепочки подключены К выходному выводу инвертора, введет (но m полумостов дополнительных ключей, входные выводы которых подключены к входным выводам инвертора, вы ходной вывод соединен с другим концо первои указанной цепочки соответству щей фазы, а выходной вывод полумоста основных ключей данной фазы соединен с другим концом второй указанной цепочки . В данной схеме сохраняется положи тельное свойство высокой частоты nep магничивания сердечников выходных трансформаторов и вместе с тем иси вместе с тем исключены из силовой цепи ключи переменного тока, что повышает КПД. На фиг. 1 показан однофазный инвертор с одной дополнительной ячейкой; на фиг. 2 - диаграммы напряжений в схеме этого инвертора; на фиг. трехфазный инвертор с одной дополнительной ячейкой; на фиг. 4 - однофаз ный инвертор с двумя дополнительными . ячейками.. . Инвертор (фиг. 1) содержит основную преобразовательную; ячейку, состоящую из двух полумостов основных ключей (транзисторов) I-, и дополнительную преобразовательную ячейку, выполненную, например, по мостовой схеме на транзисторах и имеющую выходной тр|анс4юрматор 9с первичной обмоткой W, включенной на выходе дополнительной ячейки (Я -5) и двумя одинаковыми вторичными обмотками Wj и Wo, которые одним концом соединены между собой и подключены к-выходному выводу инвертора (А), а другим концом соединены с выходными выводами полумоста транзисторов 3 и (Ь) 74 и выходным выводом полумоста дополнительных транзисторов 10 и 11 ( точка 2) . Вторым выхощым выводом инвертора , Б является выходной вывод полумоста транзистора 1 и 2. Между выводами А и Б включена нагрузка 12 инвертора. Инвертор работает следующим образом, , На отрезке времени (фиг.2) формируется первая ступенька выходного напряжения U.. При этом транзистор 2 постоянно открыт, транзисторы 1, 3 и 10 постоянно закрыты, а остальные транзисторы переключаются на частоте, в несколько десятков раз превышающей выходную частоту инвертора (например, как показано на фиг.2, в 36 раз). При этом в один полупериод от высокой частоты открыты транзисторы 6, 7 и 11 и закрыты транзисторы , 5 и 8, а в другой полупериод открыты транзисторы А, 5 и 8 и закрыты 6, 7 и 11. Напряжение высокой частоты U,., выпрямленное транзистора ми и 11, формирует на нагрузке 12 41ервую ступень напряжения aMn/w тудой KUgp где К - коэффициент трансформации трансформатора 9) Ugx вход ое напряжение инвертора, i отрезке времени tg-tj продолжает быть открытым транзистор 2, транзисторы и и 1 постоянно закрыты, а остальные транзисторы переключаются на высокой частоте, причем в один полупериод этой частоты открыты транзисторы 5, 8 и 10, аз другой полупериод - транзисторы 6, 7 и 3. При этом энергия из цепи нагрузки через трансформатор 9 и транзисторы 5-8 возвращается в источник питания, а к ;нагрузке приложено напряжение (1 -К) Ug, формирующее вторую ступень напряжения U; На отрезке времени продолжает оставаться открытым транзистор 2, постоянно закрыты транзисторы 5-8 и постоянно открыты транзисторы 3 и 10, Перемагничивание сердечника трансформатора отсутствует. К нагрузке приложено напряжение Ug, формирующее третью ступень напряжения . На отрезке времени инвертор работает аналогично отрезку времени , tjTt, а на отрезке времени аналогично отрезку времени . Во второй полупериод выходного напряжения работа инвертора проходит по аналогии с рассмотренной (с соответствущей заменой номеров транзисторов на смежный в каждом полумосте), Для обеспечения нормальной работы при активно-индуктивной нагрузке и на отрезках времени t/j-t и ключи инвер- 5 тора должны обладать обратной проводимостью, например, транзисторы должны быть шунтированы возвратными диодами (на фиг. 1, 3 и k не показаны).

В трехфазном исполнении (фиг. З) полумосты транзисторов 3, 5-6, 7-8, и трансформаторы 9 включены в каждую из фаз преобразователя. При этом отвод от средней точки .трансформатора 9 образует выходной вывод со- 5 ответствующей фазы инвертора.

Вариант инвертора (фиг. Ц) имеет, две дополнительные преобразовательные ячейки - одну на транзисторах и трансформаторе 9 и другую на транзис-2в торах 13-16 и трансформаторе 17. Вторкчные обмотки трансформаторов 9 и 17 соединены последовательно. Указанные дополнительные ячейки могут работать либо поочередно (в: этом случае нера- 25 ботаюи ая ячейка выключается одновременным отпиранием транзисторов, соединенных с общим входным выводом инвертора, т.е. 5 и 6,7 и 8, 13 и 15, Ни 16), либо одновременно согласно 30 или встречно Если коэффициенты трансформации трансформаторов 9 и 17 nfw;Нять ранвыми К и К, то на выходе инвертора формируется напряжение из Девяти ступенек на четверть периода jj с амплитуда м К (K2-K4)Uft(; KjUg ().Uw; () 1/6,; (I-K.). (). (1-К4)ивхИ UBX. Благодаря этому может быть достигнута высокая степень приближения выходного напряжения синусоидальной формы. По сравнению с известным предлагаемый инвертор имеет более высокий КПД, во-первых, вследствие того, что по дополнительным ключам проходит ток, 4в

в несколько раз меньший тока нагрузки , а, во-вторых, вследствие того, что падение напряжения на тразисторах всегда меньше, чем на ключах переменного тока (тиристорах, семисторах, транзисторах с последовательным диодом и т.п.).

Формула изобретения

Инвертор со ступенчатой формой кривой in-фазного выходного напряжения, содержащий основную преобразовательную ячейку, с полумэстами основных ключей и дополнительные преобразовательные ячейки с выходным трансформатором, имекядим две одинаковые вторич,ные обмотки,причем пераы.е вторичные обмотки трансформаторов всех дополнительных ячеек соединены между собой :последовательно, образуя первую цепочку, вторые вторичные обмотки трансформаторов всех дополнительных ячеек каждой фазы соединены между собой I последовательно, образуя вторую це почку, одним концом указанные цепочки подключены к выходному выводу инвертора, отличающийс я тем что, с целью повышения КПД, введено полумостов дополнительных ключей, входные выводы этих полумостов подключены к входным выводам инвертора, выходной вывод этих полумостов соединен с другим концом первой указанной цепочки соответствующей фазы, а вь1ходной вывод полумоста основных ключей данной фазы соединен с другим концом второй указанной цепочки.

/ Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР W 1 9П831, кл. Н 02 Н 7/537, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР IP Aits 35 кл. Н 02 К 7/537, 1Э71.

Фиг. 1

kZA C