ТРЁХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР, СОСТОЯЩИЙ ИЗ ДВУХ ОДНОФАЗНЫХ

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения объектов, потребители которых предъявляют повышенные требования к качеству электроэнергии.

Известен трехфазный инвертор, содержащий последовательно соединенные клеммы питания, двухфазный инвертор, содержащий первую однофазную инверторную ячейку, вторую однофазную инверторную ячейку и фазосдвигающее устройство, включенное между указанными ячейками и обеспечивающее сдвиг между напряжениями названных ячеек по времени на угол π/2, выходной трансформатор, содержащий первичную двухфазную обмотку, сердечник и вторичную трехфазную обмотку, и клеммы для подключения нагрузки [1]. Данный трехфазный инвертор, составленный из двух однофазных инверторных ячеек, нашел широкое применение из-за простоты и компактности схемы, однако ему присущи и недостатки, основным из которых является сравнительно низкое качество выходного напряжения из-за наличия спектра гармоник: третьей, пятой, седьмой, девятой и других.

Техническим результатом изобретения является повышение качества выходного напряжения.

Поставленный технический результат достигается тем, что в трехфазном инверторе, состоящем из двух однофазных, содержащем последовательно соединенные клеммы питания, двухфазный инвертор, содержащий первую однофазную инверторную ячейку, вторую однофазную инверторную ячейку и фазосдвигающее устройство, включенное между указанными ячейками и обеспечивающее сдвиг между напряжениями названных ячеек по времени на угол π/2, выходной трансформатор, содержащий первичную двухфазную обмотку, сердечник и вторичную трехфазную обмотку, и клеммы для подключения нагрузки, выходной трансформатор выполнен по типу электрической машины переменного тока с заторможенным ротором, содержащей внутренний сердечник цилиндрической формы с пазами, расположенными по его внешней поверхности, в которых размещена первичная двухфазная обмотка, причем витки фаз ее сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол π/2, при этом обмотка первой фазы подключена к первой однофазной инверторной ячейке, а обмотка второй фазы соединена со второй однофазной инверторной ячейкой, и соосный ему внешний сердечник в виде полого цилиндра с пазами, расположенными по его внутренней поверхности, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, соединенная с клеммами для подключения нагрузки, причем кривая распределения проводников каждой фазы вторичной обмотки по пазам внутренней поверхности внешнего сердечника и каждой фазы первичной обмотки по пазам внешней поверхности внутреннего сердечника u_nx=ϕ(х), где u_nx - число проводников в пазах; х - расстояние вдоль окружности внутренней поверхности внешнего сердечника и внешней поверхности внутреннего сердечника имеет вид треугольника, при этом все фазные зоны одинаковы, число пазов z кратно 2pm, где р - число пар полюсов, m - число фаз, все пазы одинаково заполнены, число пазов, составляющих основание треугольника, равно а=(z/mp)-1, высота треугольника равна h=z/2mp, шаг обмотки - у=τ=z/2p, где τ - полюсное деление, при этом коэффициент распределения по 1-й гармонике равен K_p1=sin(qα/2)/qsin(α/2), по γ-й гармонике K_pγ=sin(qγα/2):(qsinγα/2); коэффициент укорочения по 1-й гармонике равен К_у1=cos(β/2), по γ-й гармонике К_уγ=cos(γβ/2), обмоточный коэффициент по первой гармонике K_o1=K_p1K_у1, по γ-й гармонике К_оγ=K_pγK_yγ, где q - число пазов на полюс и фазу; α - угол сдвига векторов МДС гармоник; β - относительный шаг.

На фиг. 1 изображена функциональная схема трехфазного инвертора. На фиг. 2 показан график (кривая) распределения линейной плотности проводников первичной двухфазной и вторичной трехфазной обмоток выходного трансформатора.

Трехфазный инвертор содержит (фиг. 1) клеммы питания 1, двухфазный инвертор 2, содержащий первую однофазную инверторную ячейку 2-1, вторую однофазную инверторную ячейку 2-2 и фазосдвигающее устройство 2-3, обеспечивающее сдвиг во времени между напряжениями ячеек 2-1 и 2-2 на угол, равный π/2, выходной трансформатор 3, содержащий первую фазу первичной двухфазной обмотки 3-1, вторую фазу первичной двухфазной обмотки 3-2, витки которых размещены в пазах сердечника 3-3 и 3-4, имеющего цилиндрическую форму, и вторичную трехфазную обмотку 3-5, размещенную в пазах сердечника 3-6, выполненного в виде полого цилиндра, клеммы для подключения нагрузки А, В и С, при этом первая фаза первичной двухфазной обмотки 3-1 выходного трансформатора 3 подключена к выходу первой однофазной инверторной ячейки 2-1, вторая фаза первичной двухфазной обмотки 3-2 подключена к выходу второй однофазной инверторной обмотки 2-2, причем кривая распределения проводников каждой фазы вторичной обмотки по пазам внутренней поверхности внешнего сердечника и каждой фазы первичной обмотки по пазам внешней поверхности внутреннего сердечника u_nx=ϕ(х), где u_nx - число проводников в пазах; х - расстояние вдоль окружности внутренней поверхности внешнего сердечника и внешней поверхности внутреннего сердечника имеет вид треугольника (фиг. 2), при этом все фазные зоны одинаковы, число пазов z кратно 2pm, где р - число пар полюсов, m - число фаз, все пазы одинаково заполнены, число пазов, составляющих основание треугольника равно а=(z/mp)-1, высота треугольника равна h=z/2mp, шаг обмотки у=τ=z/2p, где τ - полюсное деление, при этом коэффициент распределения по 1-й гармонике равен

по γ-й гармонике

коэффициент укорочения по 1-й гармонике равен

по γ-й гармонике

обмоточный коэффициент по первой гармонике равен

по γ-й гармонике

где q - число пазов на полюс и фазу; α - угол сдвига векторов МДС гармоник; Р - относительный шаг.

Задавая значения перечисленных величин, например, q=3, α=20°, можно найти отношения третьей, пятой, седьмой и девятой гармоник к первой по рекомендациям [2…5].

Полученные данные подтверждают теоретическое положение о том, что каждая из гармоник кратная 3 всегда меньше по амплитуде третьей гармоники (так F₉ составляет от F₃ только 0,33). Учитывая, что создаваемые третьей гармоникой ЭДС при соединении фазовых обмоток электрической машины в звезду или треугольник не оказывает существенного влияния на работу устройства, то основное внимание уделяется нейтрализации 5 и 7 гармоник.

Трехфазный инвертор работает следующим образом.

При появлении напряжения на клеммах питания 1 первая однофазная инверторная ячейка 2-1 двухфазного инвертора 2 и вторая инверторная ячейка 2-2 преобразуют постоянное напряжение источника в однофазный переменный ток, причем между выходными напряжениями указанных ячеек устанавливается фазовый сдвиг на угол равный π/2 во времени, который обеспечивает фазосдвигающее устройство 2-3. Поскольку витки фаз первичной обмотки 3-1 и 3-2 смещены в пространстве на угол, равный π/2, а МДС указанных фаз равны

где F₁, F₂ - МДС первой 3-1 и второй 3-2 фаз первичной обмотки выходного трансформатора 3, т.е. созданы условия образования во внутреннем сердечнике, состоящем из сердечников 3-3 и 3-4, кругового вращающегося магнитного поля (КВМП). Магнитные силовые линии КВМП пересекают витки вторичной трехфазной обмотки 3-5, расположенной на сердечнике 3-6 и наводят в каждой фазе указанной обмотки ЭДС, используемые для питания потребителей с помощью клемм для подключения нагрузки А, В и С, причем выходное напряжение указанного инвертора имеет улучшенный гармонический состав благодаря выбору способа распределения линейной плотности проводников по расточке внутреннего и внешнего пазового сердечников.

Источники информации

[1]. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энергоатомиздат, 1986, стр. 320, рис. 9.4а.

[2]. Обмотки электрических машин. Под ред. В.И. Зимина. Л. М., ГЭИ, 1950, 560 с.

[3]. Лопухина Е.М., Сомихина Г.С. Расчет асинхронных микродвигателей однофазного и трехфазного тока. М., Д., ГЭИ, 1961, стр. 232…240 с.

[4]. Лопухина Е.М., Семенчуков Г.А. Проектирование асинхронных микродвигателей с применением ЭВМ. М., ВШ., 1980, стр. 77…82.

[5]. Лопухина Е.М., Семенчуков Г.А. Автоматизированное проектирование электрических машин малой мощности. М., МЭИ, стр. 79…83.