×
10.04.2016
216.015.329a

Результат интеллектуальной деятельности: ОДНОФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002581033
Дата охранного документа
10.04.2016
Аннотация: Изобретение относится к электротехнике, в частности к однофазным инверторам напряжения. Однофазный инвертор напряжения содержит систему управления, транзисторный полумост, дополнительные два транзистора, два диода, два дросселя и два конденсатора, что позволяет реализовать изменение частоты, фазы и уровень действующего значения выходного напряжения как ниже, так и выше уровня, определяемого напряжением первичного источника постоянного напряжения. Технический результат состоит в улучшении массогабаритных и энергетических характеристик преобразователя со стабилизацией выходного напряжения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Предложение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к преобразователям электрической энергии напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока (инверторам), и может быть использовано в автономных системах электроснабжения для стабилизации выходного переменного напряжения, либо его изменения по заданному закону.

Известно устройство однофазного мостового автономного инвертора напряжения [патент RU 2421870, класс H02M 7/53846, дата выдачи 20.06.2011], содержащего мостовой преобразователь, выполненный на четырех диодах и четырех транзисторах, активно-индуктивную нагрузку и систему управления. В представленном устройстве реализуется преобразование постоянного напряжения в однофазное напряжение переменного тока. Недостатком известного устройства является отсутствие возможности увеличения напряжения на выходе инвертора выше уровня напряжения, определяемого уровнем напряжения источника постоянного тока. Известно устройство преобразователя постоянного напряжения в трехфазное переменное [патент SU 944027, класс H02M 7/48, дата выдачи 15.07.1982], содержащего однофазный инвертор, нагруженный на первичную обмотку согласующего трансформатора, вторичные обмотки которого через электронные ключи коммутируются на три выходные фазы. Также известно устройство инвертора напряжения [свидетельство на полезную модель №16888, класс H02M 7/48], содержащее два однофазных инверторных моста, трансформатор, диоды, включенные встречно-параллельно эмиттер-коллекторным переходам транзисторов, и входной конденсатор инвертора. Недостатками известных схем являются наличие согласующего трансформатора и как следствие фиксированная частота выходного напряжения, а также большая масса и габариты.

Наиболее близким по технической сущности является устройство преобразователя напряжения постоянного тока с промежуточным звеном повышенной частоты [патент RU 2414802, класс H02M 7/539, дата выдачи 20.03.2011], позволяющего улучшить массогабаритные показатели. Поставленная задача достигается тем, что преобразователь напряжения содержит промежуточное звено повышенной частоты, состоящее из однофазного инверторного моста и высокочастотного трансформатора, на выходе которого установлен тиристорный коммутатор и фильтр. Недостатком предложенного устройства является сложная схема, содержащая фильтр, согласующий трансформатор и большое количество полупроводниковых элементов, а также низкое качество выходного напряжения. К недостаткам известного электрического преобразователя можно также отнести большое число преобразований электроэнергии, а следовательно, низкий КПД.

Предлагаемый однофазный инвертор напряжения позволяет изменять действующее значение, частоту и фазу выходного напряжения, а также улучшить массогабаритные и энергетические характеристики. Причем появляется возможность изменения уровня выходного напряжения как ниже, так и выше уровня, определяемого напряжением источника постоянного напряжения, при этом частота выходного напряжения может изменяться в широких пределах.

Описанные преимущества достигаются тем, что однофазный инвертор напряжения снабжен дополнительными элементами, позволяющими получить регулируемый двухуровневый источник постоянного напряжения, и транзисторным полумостом, реализующим инвертор напряжения. Изменяя скважность работы управляемых ключей, можно осуществлять изменение по заданному алгоритму или стабилизацию уровня выходного напряжения относительно уровня напряжения источника постоянного напряжения.

Однофазный инвертор напряжения, схема которого представлена на Фиг. 1, содержит выводы 1, 2 для подключения источника постоянного напряжения 3, нагрузку 4, систему управления 5, транзисторный полумост 6, состоящий из двух транзисторов 7, 8 и двух подключенных к ним антипаралельных диодов 9, 10. Положительный вывод 1 подключения источника постоянного напряжения 3 соединен с коллектором первого транзистора 7 и катодом первого диода 9, эмиттер первого транзистора 7 соединен с анодом первого диода 9 и коллектором второго транзистора 8 и катодом второго диода 10. Эмиттер второго транзистора 8 соединен с анодом второго диода 10. Однофазный инвертор напряжения содержит дополнительные транзистор 11, диод 12, дроссель 13 и конденсатор 14. К положительному выводу 1 подключения источника постоянного напряжения 3 подключен коллектор третьего транзистора 11, эмиттер которого соединен с катодом третьего диода 12 и первым выводом первого дросселя 13. Анод третьего диода 12 соединен с отрицательной обкладкой первого конденсатора 14 и эмиттером второго транзистора 8, отрицательный вывод 2 подключения источника постоянного напряжения 3 соединен с первым выводом 15 нагрузки 4, вторым выводом первого дросселя 13 и положительной обкладкой первого конденсатора 14. Второй вывод 16 нагрузки 4 подключен к эмиттеру первого транзистора 7. Информация об уровнях напряжения на источнике постоянного напряжения 3 и конденсаторе 14 поступают в систему управления 5, в которую заведены управляющие выводы всех транзисторов 7, 8, 11.

Однофазный инвертор напряжения, схема которого представлена на Фиг. 2, содержит дополнительные транзистор 17, диод 18, дроссель 19 и конденсатор 20, включенные в цепь соединения между положительным выводом 1 подключения источника постоянного напряжения 3 и коллектором первого транзистора 7. Первый вывод второго дросселя 19 соединен с положительным выводом 1 подключения источника постоянного напряжения 3 и коллектором третьего транзистора 11. Второй вывод второго дросселя 19 соединен с коллектором четвертого транзистора 17 и анодом четвертого диода 18, катод которого соединен с положительной обкладкой второго конденсатора 20 и коллектором первого транзистора 7. К отрицательному выводу 2 подключения источника постоянного напряжения 3 подключены эмиттер четвертого транзистора 17 и отрицательная обкладка второго конденсатора 20, а информация об уровне напряжения со второго конденсатора 20 заведена в систему управления 5, к которой подключены управляющие выводы четвертого транзистора 17.

Работа однофазного инвертора напряжения, изображенного на Фиг. 1, происходит следующим образом. В режиме работы формируется требуемое значение напряжения на первом конденсаторе 14 посредством изменения скважности работы транзистора 11

γ11=t11/T;

при этом напряжение на конденсаторе 14 определяется согласно (в случае последующего разряда конденсатора 14 на нагрузку 4)

,

где γ11 - скважность работы транзистора 11, t11 - время замкнутого состояния транзистора 11, T - период повторяемости импульсов, U14 - требуемый уровень напряжения на конденсаторе 14, U3 - уровень напряжения источника постоянного напряжения 3.

В тот момент времени, когда транзистор 11 включен, происходит накопление энергии в дросселе 13. Ток заряда течет по цепи "плюс" источника постоянного напряжения 3 через транзистор 11, дроссель 13 и на "минус" источника постоянного напряжения 3. При этом ток через дроссель 13 нарастает по линейному закону. После закрытия транзистора 11 энергия, накопленная в дросселе 13, передается на заряд конденсатора 14 по цепи второй вывод дросселя 13, положительная обкладка конденсатора 14, отрицательная обкладка конденсатора 14, диод 12 и первый вывод дросселя 13. В результате чего происходит передача энергии от дросселя 13 на заряд конденсатора 14, который далее с использованием транзистора 8 разряжается на нагрузку. При этом при γ11<0,5 схема работает с понижением уровня напряжения на конденсаторе 14 относительно входного напряжения источника постоянного напряжения 3, при γ11>0,5 - с повышением, и при γ11=0,5 с равенством уровня напряжения на конденсаторе 14 и уровня на источнике постоянного напряжения 3. В данном варианте схемы Фиг. 1 рациональнее всего обеспечивать скважность работы транзистора 11 γ11=0,5, при этом будем иметь двухполярный источник напряжения с равными уровнями напряжения.

Таким образом, организуется двухполярный источник постоянного напряжения, один уровень - это напряжение на самом источнике постоянного напряжения 3, второй уровень - это напряжение на конденсаторе 14. Транзисторы 7, 8 и диоды 9, 10 организуют транзисторный полумост 6 и схему инвертора напряжения для питания нагрузки 4. Изменяя порядок и скважность работы транзисторов 7 и 8, можно изменять действующее значение, частоту и фазу выходного напряжения, питающего нагрузку 4. Алгоритмом работы транзисторов 7 и 8 можно добиться реализации закона управления выходным напряжением на нагрузке согласно закону однополярной или двухполярной ШИМ. При этом должен быть исключен режим одновременного включенного состояния обоих транзисторов 7 и 8. Таким образом, элементы схемы 3, 11, 13, 12, 14 отвечают за организацию двухполярного источника питания, а элементы схемы 7, 8, 9, 10 отвечают за преобразование двухполярного постоянного напряжения в переменное напряжение с требуемыми параметрами действующего значения, частоты и фазы.

В том случае, если необходимо получать действующее напряжение на нагрузке 4 выше уровня напряжения, определяемого уровнем напряжения источника постоянного напряжения 3, необходимо использовать схему однофазного инвертора напряжения, изображенного на Фиг. 2. Работа однофазного инвертора напряжения, изображенного на Фиг. 2, происходит следующим образом. В режиме работы формируются требуемые значения напряжения на первом 14 и втором 20 конденсаторе посредством изменения скважности работы транзисторов 11 и 17 соответственно. Скважность работы транзистора 17 определяется согласно

γ17=t17/T;

при этом напряжение на конденсаторе 20 определяется согласно (в случае последующего разряда конденсатора 20 на нагрузку 4)

,

где γ17 - скважность работы транзистора 17, t17 - время замкнутого состояния ключа 17, T - период повторяемости импульсов, U20 - требуемый уровень напряжения на конденсаторе 20, U3 - уровень напряжения источника постоянного напряжения 3.

В тот момент времени, когда транзистор 17 включен, происходит накопление энергии в дросселе 19. Ток заряда течет по цепи "плюс" источника постоянного напряжения 3 через дроссель 19, транзистор 17 и на "минус" источника постоянного напряжения 3. При этом ток через дроссель 19 нарастает по линейному закону. После закрытия транзистора 17 падение напряжения на дросселе 19 складывается с напряжением источника постоянного напряжения 3 и происходит передача энергии, накопленной в дросселе 19, и энергии источника постоянного напряжения 3 на заряд конденсатора 20 по цепи "плюс" источника постоянного напряжения 3, дроссель 19, диод 18, положительная обкладка конденсатора 20, отрицательная обкладка конденсатора 20 и на "минус" источника постоянного напряжения 3.

При этом при γ17>0 схема работает с повышением уровня напряжения на конденсаторе 20 относительно входного напряжения источника постоянного напряжения 3. Для получения симметричного синусоидального напряжения на выходе однофазного инвертора скважности работы транзисторов γ11 и γ17 должны быть такими, чтобы на конденсаторах 14 и 20 был организован источник двухполярного напряжения с равными уровнями. Элементы схемы 3, 11, 13, 12, 14, 17, 18, 19, 20 отвечают за организацию двухполярного источника питания, а элементы схемы 7, 8, 9, 10 отвечают за преобразование двухполярного постоянного напряжения в переменное напряжение с требуемыми параметрами действующего значения, частоты и фазы.

Таким образом, предлагаемое устройство однофазного инвертора напряжения позволяет изменять частоту, фазу, а также уровень действующего значения выходного напряжения как ниже, так и выше уровня, определяемого напряжением первичного источника постоянного напряжения. Однофазный инвертор напряжения по сравнению с известными схемами позволяет улучшить массогабаритные и энергетические характеристики.


ОДНОФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ
ОДНОФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ
ОДНОФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 101-110 of 165 items.
28.06.2018
№218.016.6880

Электроэнергетическая установка судна

Изобретение относится к силовым установкам на судах. Электроэнергетическая установка судна содержит главный первичный тепловой двигатель, механически соединенный с синхронным генератором, на статоре которого размещены изолированные друг от друга трехфазные обмотки, преобразователь частоты,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658762
Дата охранного документа: 26.06.2018
06.07.2018
№218.016.6d1c

Многоуровневый выпрямитель напряжения

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к статическим электрическим преобразователям переменного напряжения в постоянное напряжение. Целью изобретения является улучшение функциональных возможностей, повышение надежности при его работе, снижение веса,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660131
Дата охранного документа: 05.07.2018
12.07.2018
№218.016.6fcd

Способ возбуждения внутренних волн в электропроводящих стратифицированных жидкостях

Изобретение относится к средствам экспериментальной гидромеханики, в частности к способам создания искусственного волнения внутри электропроводящей жидкости (волнопродукторам). Предложен способ возбуждения внутренних волн в электропроводящих стратифицированных жидкостях путем создания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660766
Дата охранного документа: 09.07.2018
24.07.2018
№218.016.73f6

Судовая электроэнергетическая система переменного напряжения с турбогенераторами двух различных частот

Использование: в области электроэнергетики. Техническим результатом является существенное снижение по сравнению с прототипом расчетной полной мощности, следовательно, массы и габаритов преобразующих устройств в составе электросети низкого напряжения промышленной частоты, а также улучшение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002661902
Дата охранного документа: 23.07.2018
26.07.2018
№218.016.7541

Способ поиска подводных объектов подо льдом и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области морской техники и может быть использовано для поиска подводных объектов подо льдом. Устройство поиска подводных объектов подо льдом, содержащее корпус с закрепленным в нем парашютом, предназначенным для приледнения устройства, батарею, передатчик, приемник,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662323
Дата охранного документа: 25.07.2018
26.09.2018
№218.016.8b7f

Узел соединения композитной лопасти с металлической ступицей гребного винта

Изобретение относится к области судостроения, а именно морских движителей, и может быть использовано в качестве движителя на судах различного назначения. Узел соединения композитной лопасти с металлической ступицей гребного винта включает в себя металлическую ступицу, прижимной диск,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667999
Дата охранного документа: 25.09.2018
03.10.2018
№218.016.8dce

Трехуровневый преобразователь частоты

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к статическим преобразователям частоты с двойным преобразованием электрической энергии. Целью изобретения является применение безтрансформаторной силовой схемы трехуровневого преобразователя частоты, а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002668416
Дата охранного документа: 01.10.2018
23.10.2018
№218.016.94f5

Движительно-рулевая колонка

Изобретение относится к области судостроения, а именно к конструкциям движительно-рулевых колонок. Движительно-рулевая колонка содержит полноповоротную водообтекаемую гондолу цилиндрической конструкции, установленную на днище судна посредством вертикально установленного полого ствола, два...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002670364
Дата охранного документа: 22.10.2018
23.10.2018
№218.016.953b

Двигательно-движительный модуль кольцевой конструкции

Изобретение относится к области подводного кораблестроения, в частности к пропульсивным электроэнергетическим установкам с гребными электродвигателями, и может быть использовано в судостроении. Двигательно-движительный модуль кольцевой конструкции содержит обтекатель, являющийся элементом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002670341
Дата охранного документа: 22.10.2018
13.01.2019
№219.016.aecc

Способ постановки бурового судна с турелью на якорно-швартовную систему в ледовых условиях

Изобретение относится к области геологоразведки, а именно к разведочному бурению на море. Предложен способ постановки бурового судна с турелью на якорно-швартовную систему в ледовых условиях, в котором производят установку якорей на морское дно судами-завозчиками якорей в симметричные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676927
Дата охранного документа: 11.01.2019
Showing 101-103 of 103 items.
21.06.2020
№220.018.28c1

Электродвижительный комплекс транспортного средства с каскадным электрическим преобразователем

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электродвижительный комплекс транспортного средства с каскадным электрическим преобразователем содержит систему управления, первичные тепловые двигатели с генераторами переменного тока, автоматические выключатели,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724019
Дата охранного документа: 18.06.2020
11.07.2020
№220.018.314c

Повышающий выпрямитель напряжения

Настоящее изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности, к статическим повышающим электрическим преобразователям переменного напряжения в постоянное напряжение, а также может быть использовано в составе двухзвенного преобразователя частоты с промежуточным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002726156
Дата охранного документа: 09.07.2020
12.04.2023
№223.018.4212

Движительная установка с каскадным электрическим преобразователем

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Движительная установка с каскадным электрическим преобразователем содержит систему управления, генераторный агрегат, автоматические выключатели, электрический преобразователь и тяговый электродвигатель. Автоматические...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002735189
Дата охранного документа: 28.10.2020
+ добавить свой РИД