×
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 121-130 of 165 items.
16.05.2019
№219.017.5229

Способ определения упругих и диссипативных характеристик композиционного материала

Настоящее изобретение относится к области измерения, в части определения физических свойств материалов, и может быть использовано преимущественно для определения упругих и диссипативных постоянных полимерных композиционных материалов (ПКМ) неразрушающим способом в любых отраслях промышленности....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687503
Дата охранного документа: 14.05.2019
24.05.2019
№219.017.5e91

Локальный вибропоглотитель

Изобретение относится к области машиностроения. Локальный вибропоглотитель включает скрепленные между собой металлическую массу и резиновый слой между металлической массой и демпфируемой конструкцией. Металлическая масса выполнена в виде металлической пластины, имеющей толщину от 0,2 до 0,5...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688566
Дата охранного документа: 21.05.2019
29.05.2019
№219.017.621f

Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора

Изобретение относится к области электротехники, в частности к реактивным синхронным электрическим машинам. Технический результат – повышение технологичности изготовления ротора, повышение эффективности работы машины. Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689319
Дата охранного документа: 27.05.2019
04.06.2019
№219.017.72d3

Учебно-исследовательское газотопливное судно

Изобретение относится к области морской техники, а более конкретно - к морским научно-исследовательским газотопливным судам, предназначенным для проведения научных исследований в море и одновременно служащим базой для обучения на нем специалистов для экипажей газотопливных судов. Энергетическая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690321
Дата охранного документа: 31.05.2019
07.06.2019
№219.017.74e1

Радиобуй подводного плавсредства подледный

Изобретение относится к области морской техники и предназначено для осуществления радиосвязи подводного плавсредства, находящегося подо льдом, с пунктом управления. Подледный радиобуй подводного плавсредства включает в себя плавучую емкость и противовес, источник тока, средства радиосвязи,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690788
Дата охранного документа: 05.06.2019
05.07.2019
№219.017.a620

Судно на воздушной подушке с гибкими скегами

Изобретение относится к области судостроения, а более конкретно к созданию транспортных средств на воздушной подушке с гибкими скегами. Предложено судно на воздушной подушке с гибкими скегами, имеющее установленное вдоль бортов ограждение воздушной подушки, включающее расположенные побортно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002693493
Дата охранного документа: 03.07.2019
05.07.2019
№219.017.a638

Система управления электродвижительной установкой транспортного средства

Изобретение относится к системам управления электродвижительной установкой транспортного средства. Система управления электродвижительной установкой транспортного средства содержит структурную схему электродвигателя, состоящую из электрической части и механической части, контур управления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002693429
Дата охранного документа: 02.07.2019
06.07.2019
№219.017.a712

Электроэнергетическая установка судна с системой электродвижения

Изобретение относится к судостроению, а именно к электроэнергетическим установкам судов с системами электродвижения как гражданского, так и военно-морского флота. Электроэнергетическая установка судна с системой электродвижения содержит главный первичный тепловой двигатель, систему управления,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002693745
Дата охранного документа: 04.07.2019
10.07.2019
№219.017.a97a

Преобразователь частоты

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к статическим электрическим преобразователям энергии, построенным по схеме двухзвенных преобразователей частоты. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности устройства при его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002693934
Дата охранного документа: 08.07.2019
14.08.2019
№219.017.bf55

Главный конденсатор

Изобретение относится к системам энергетических атомных установок и может быть использовано в судостроении. Главный конденсатор состоит из приемной водяной камеры с крышкой, приемного водяного патрубка, отливной водяной камеры с крышкой, отливного водяного патрубка и корпуса. В верхней части...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697073
Дата охранного документа: 12.08.2019
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