×
20.10.2014
216.012.fff2

Результат интеллектуальной деятельности: ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ТРАНСФОРМАТОРНЫМ ВЫХОДОМ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может быть использовано при построении трехфазных инверторов в системах как основного, так и резервного электропитания автономных объектов, где уровень напряжения первичного источника требует повышения его трансформаторным путем. Трехфазный инвертор, содержащий последовательно включенные инверторное звено, выполненное в виде трех пар фазных полублоков (по два фазных полублока на фазу), трансформаторное звено и трехфазный выходной фильтр, а также основной блок управления, инверторное звено выполнено в виде двух трехфазных инверторных мостов (с тремя стойками ключей в каждом мосте), каждая одноименная по фазе стойка ключей которых образует фазный полублок, кроме того, он снабжен тремя двухобмоточными трансфильтрами и трехфазным трансформатором, причем пара последовательно соединенных обмоток каждого из трех трансфильтров включена между одними одноименными по фазе выходными выводами трехфазных инверторных мостов, точки соединения этих двух обмоток в каждом трансфильтре образуют три результирующих вывода, которые подключены к трехфазному фильтру, выходные выводы которого подключены к первичной трехфазной обмотке согласующего трансформатора, а выходные выводы трехфазного инвертора образованы вторичной трехфазной обмоткой. Технический результат заключается в работе без дополнительных потерь от высших гармоник напряжения трехфазного трансформатора, а также отсутствии импульсных перенапряжений на элементах трехфазного инвертора, вызываемых индуктивностями рассеяния обмоток трансфильтров и обмоток трехфазного трансформатора, поскольку благодаря иной топологии инверторного звена в них отсутствует режим прерывистых токов. 2 ил.
Основные результаты: Трехфазный инвертор, содержащий последовательно включенные инверторное звено, выполненное в виде трех пар фазных полублоков (по два фазных полублока на фазу), трансформаторное звено и трехфазный выходной фильтр, а также основной блок управления, формирующий две трехфазные системы сигналов с широтно-импульсной модуляцией, сдвинутые на тактовой частоте f на угол π, для управления ключевыми элементами фазных полублоков, отличающийсятем, что инверторное звено выполнено в виде двух трехфазных инверторных мостов (с тремя стойками ключей в каждом мосте), каждая одноименная по фазе стойка ключей которых образует фазный полублок, кроме того, он снабжен тремя двухобмоточными трансфильтрами и трехфазным трансформатором, причем пара последовательно соединенных обмоток каждого из трех трансфильтров включена между одними одноименными по фазе выходными выводами трехфазных инверторных мостов, точки соединения этих двух обмоток в каждом трансфильтре образуют три результирующих вывода, которые подключены к трехфазному фильтру, выходные выводы которого подключены к первичной трехфазной обмотке согласующего трансформатора, а выходные выводы трехфазного инвертора образованы вторичной трехфазной обмоткой.

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может быть использовано при построении трехфазных инверторов в системах как основного, так и резервного электропитания автономных объектов, где уровень напряжения первичного источника требует повышения его трансформаторным путем.

Известен трехфазный инвертор напряжения, в принципе позволяющий решить данную задачу с некоторыми ограничениями - см. рис.9.12 на стр.335 в [1]: Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат,1986. - 376 с. Его силовая часть содержит два трехфазных инверторных моста, выходы каждого из которых подключены к первичным обмоткам одного из двух трехфазных трансформаторов. При этом два комплекта вторичных обмоток у одного из трансформаторов выполнены по схеме «зигзаг» и соединены пофазно последовательно с комплектом вторичных обмоток второго трансформатора, образуя выходные выводы трехфазного инвертора. Его фазные выходные напряжения имеют многоступенчатую форму (в виде 6 равновременных интервалов квантования напряжения на полупериоде) с коэффициентом гармоник КГ(U)=0,15. Ближайшей высшей гармоникой в спектре напряжения, на которую рассчитывается выходной фильтр, является 11-я гармоника. Известно, что установленная мощность этого фильтра тем меньше, чем больше номер этой высшей гармоники. При выходной частоте 50 Гц масса фильтра здесь оказывается значительной - это первый недостаток данного решения. Второй его недостаток заключается в ограниченных функциональных возможностях - в [1] отсутствует информация о возможности регулирования выходного напряжения в этом инверторе, так что эта задача должна решаться дополнительно.

Наиболее близким по технической сущности решением является трехфазный инвертор напряжения, описанный на стр.5÷11 в [2]: журнал «Практическая силовая электроника», №5, 2005 г. Трехфазный инвертор выполнен в виде трех фазных блоков. Каждый фазный блок инвертора выполнен в виде двух фазных полублоков, каждый из которых содержит 6 соединенных последовательно по выходу и синхронно работающих инверторных ячеек по нулевой схеме. В целом инвертор содержит 36 инверторных ячеек. Выходы фазных полублоков в каждой фазе соединены последовательно. Алгоритм управления ключевыми элементами инверторных ячеек задается блоком управления, который формирует две трехфазные системы сигналов с ШИМ, сдвинутые между собой по фазе на тактовой частоте fT на угол π, а внутри каждой трехфазной системы - на выходной частоте f2 на угол 2π/3. Таким образом, формирование выходного фазного напряжения в каждом фазном полублоке осуществляется по алгоритму двухполярной ШИМ (ДШИМ) по синусоидальноиу закону, но с фазовым сдвигом сигналов управления между фазными полублоками на угол π на тактовой частоте fT. Поскольку выходы фазных полублоков соединены последовательно, то в результате суммирования двух напряжений с ДШИМ результирующее напряжение в каждом фазном блоке получается со значительно меньшими искажениями и имеет вид сигнала с однополярной ШИМ (ОШИМ) с частотой квантования импульсов в нем 2fT. Наряду с известными достоинствами нулевые инверторные ячейки, на которых построен этот трехфазный инвертор напряжения, имеют следующий недостаток. Две первичные обмотки их трансформаторов работают попеременно. Из-за прерывания в них токов с тактовой частотой fT на ключевых элементах возникают импульсные перенапряжения, обусловленные индуктивностями рассеяния этих обмоток. Работоспособность инверторной ячейки достигается введением специальных схемотехнических средств (называемых снабберными устройствами), нейтрализующих эти перенапряжения. Фактически их функциональная надежность определяет и надежность инвертора в целом. Кроме того, использование этих средств отрицательно сказывается и на КПД инвертора.

Вторым недостатком являются повышенные потери в трансформаторах инверторных ячеек. Поскольку они работают при резко несинусоидальном напряжении, то потери в магнитопроводе имеют повышенное значение (в результате перемагничивания стали магнитопровода по серии частных циклов, обусловленных высшими гармониками напряжения), а высшие гармоники тока в обмотках трансформатора создают дополнительные потери, вызванные поверхностным эффектом.

Таким образом, недостатками этого решения-прототипа является его структурная (и технологическая) сложность, а также невысокие КПД и надежность.

Технический эффект, который может быть получен при использовании изобретения, достигается тем, что в трехфазном инверторе напряжения, содержащем последовательно включенные инверторное звено, выполненное в виде трех пар фазных полублоков (по два фазных полублока на фазу), трансформаторное звено и трехфазный выходной фильтр, а также основной блок управления, формирующий две трехфазные системы сигналов с широтно-импульсной модуляцией, сдвинутые на тактовой частоте fT на угол π, для управления ключевыми элементами фазных полублоков, инверторное звено выполнено в виде двух трехфазных инверторных мостов (с тремя стойками ключей в каждом мосте), каждая одноименная по фазе стойка ключей которых образует фазный полублок, кроме того, он снабжен тремя двухобмоточными трансфильтрами и трехфазным трансформатором, причем пара последовательно соединенных обмоток каждого из трех трансфильтров включена между одними одноименными по фазе выходными выводами трехфазных инверторных мостов, точки соединения этих двух обмоток в каждом трансфильтре образуют три результирующих вывода, которые подключены к трехфазному фильтру, выходные выводы которого подсоединены к первичной трехфазной обмотке согласующего трансформатора, а выходные выводы трехфазного инвертора образованы вторичной трехфазной обмоткой.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 показана силовая часть трехфазного инвертора с функциональной блок-схемой системы управления; на фиг.2 приведены осциллограммы выходного напряжения трехфазного инвертора до фильтра (вверху) и после фильтра (внизу), а также ток активно-индуктивной нагрузки (внизу).

Трехфазный инвертор напряжения с трансформаторным выходом на фиг.1 содержит два трехфазных инвертора напряжения 1 (ТИН1) и 2 (ТИН2) с индивидуальными фазными выходными выводами A1, B1, С1 и А2, В2, С2, двухобмоточные трансфильтры 3 (TFA), 4 (TFB), 5 (TFC), каждый с двумя обмотками, соединенными последовательно, выходной трехфазный фильтр на трех дросселях индуктивности 6, 7, 8 и трех конденсаторах 9, 10, 11. Выходные выводы 12, 13, 14 трехфазного фильтра подключены к первичной трехфазной обмотке 15 трехфазного трансформатора 16, вторичная трехфазная обмотка которого 17 через фазные датчики тока 18 подключена к выходным выводам 19 (А), 20 (В), 21 (С). Между одноименными фазными выводами А1 и А2, В1 и В2, С1 и С2 инверторов 1, 2 включены пары последовательно соединенных обмоток соответствующих трансфильтров 3, 4, 5. Точки соединения обмоток в каждом из трансфильтров образуют промежуточные результирующие выводы двух трехфазных инверторов 1, 2, к которым подключены одни концы обмоток дросселей индуктивностей 6, 7, 8, другие концы которых образуют предварительные (с учетом фильтров) выводы 12 (А0), 13 (В0), 14 (С0) двух трехфазных инверторов 1, 2.

Алгоритмическая характеристика трехфазного инвертора напряжения задается системой управления 22, которая содержит два основных блока управления: блок 23, управляющий трехфазным инвертором напряжения 1, и блок 24, управляющий трехфазным инвертором напряжения 2. Блоки 23, 24 выполнены аналогично и содержат трехфазные модуляторы ширины импульсов 25 (ТМШИ1), 26 (ТМШИ2), работа которых синхронизируется таймером 27. Распределение импульсов управления по ключевым элементам трехфазных инверторов обеспечивается логическими узлами 28, 29. Трехфазные модуляторы ширины импульсов 25, 26 реализуют так называемый «вертикальный принцип» управления, который заключается в сравнении высокочастотного (развертывающего) сигнала треугольной формы (тактовой частоты fT) с низкочастотным трехфазным сигналом задания синусоидальной формы (выходной частоты трехфазного инвертора f2), который формируется задатчиком трехфазного сигнала (ЗТС) 30. Принципиальным и существенным признаком системы управления является создание фазового сдвига между развертывающими сигналами модуляторов ширины импульсов на угол π (на частоте fT), который реализуется таймером 27. Задатчик трехфазного сигнала 30 является общим для двух трехфазных модуляторов ширины импульсов. Более детально принцип построения системы управления 22 описан в [2]. Здесь указаны лишь существенные функциональные признаки системы управления.

При практической реализации система управления содержит также вспомогательный блок управления 31, в котором реализуются два контура отрицательной обратной связи (КООС) - по напряжению 32 (КООС1) и по току 33 (КООС2). Входным сигналом для узла 32 (КООС1) является выходной сигнал датчика трехфазного напряжения 34 (ДТН), а опорным (эталонным) - выходной сигнал задатчика уровня напряжения 35. Входным сигналом для узла 33 (КООС2) является выходной сигнал датчика трехфазного тока 18 (ДТ), а опорным (эталонным) - выходной сигнал задатчика уровня тока 36. Для суммирования выходных сигналов от узлов 32, 33 используется сумматор 37, выход которого подключен к управляющему входу задатчика трехфазного сигнала 30, предназначенного для регулирования его амплитуды.

Электропитание всех узлов системы управления обеспечивается блоком питания внутренних нужд (БПВН) 38.

Система управления 22 обеспечивает управление двумя трехфазными инверторами 1,2 с широтно-импульсной модуляцией по синусоидальному закону. Благодаря трансфильтрам 3, 4, 5 обеспечивается суммирование двух токов соответствующих фаз инверторов 1, 2 и формирование результирующего выходного трехфазного напряжения с улучшенным спектральным составом (фиг.1). После его фильтрации с помощью трехфазного фильтра на элементах 6÷11 к первичной трехфазной обмотке 15 трехфазного трансформатора 16 подается практически синусоидальное напряжения u2(t), а в активно-индуктивной нагрузке (в конкретном примере cos φ2(1)=0,75) протекает синусоидальный ток. Таким образом, трехфазный трансформатор 16 работает фактически в идеальных условиях (без дополнительных потерь от высших гармоник напряжения). Этим достигается полезный технический результат в сравнении с прототипом. Что касается потерь в трансфильтрах, то доля их в общих потерях составляет единицы процентов от общих потерь в трехфазном инверторе напряжения, поскольку их габаритная мощность относительно габаритной мощности трехфазного трансформатора не превышает 4%.

Кроме того, полезный технический результат, который достигается в изобретении, обеспечивается также отсутствием импульсных перенапряжений на элементах трехфазного инвертора, вызываемых индуктивностями рассеяния обмоток трансфильтров 3, 4, 5 и обмоток 15, 17 трехфазного трансформатора 16, поскольку благодаря иной топологии инверторного звена (1, 2) в них отсутствует режим прерывистых токов.

Трехфазный инвертор, содержащий последовательно включенные инверторное звено, выполненное в виде трех пар фазных полублоков (по два фазных полублока на фазу), трансформаторное звено и трехфазный выходной фильтр, а также основной блок управления, формирующий две трехфазные системы сигналов с широтно-импульсной модуляцией, сдвинутые на тактовой частоте f на угол π, для управления ключевыми элементами фазных полублоков, отличающийсятем, что инверторное звено выполнено в виде двух трехфазных инверторных мостов (с тремя стойками ключей в каждом мосте), каждая одноименная по фазе стойка ключей которых образует фазный полублок, кроме того, он снабжен тремя двухобмоточными трансфильтрами и трехфазным трансформатором, причем пара последовательно соединенных обмоток каждого из трех трансфильтров включена между одними одноименными по фазе выходными выводами трехфазных инверторных мостов, точки соединения этих двух обмоток в каждом трансфильтре образуют три результирующих вывода, которые подключены к трехфазному фильтру, выходные выводы которого подключены к первичной трехфазной обмотке согласующего трансформатора, а выходные выводы трехфазного инвертора образованы вторичной трехфазной обмоткой.
ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ТРАНСФОРМАТОРНЫМ ВЫХОДОМ
ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ТРАНСФОРМАТОРНЫМ ВЫХОДОМ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 121-130 из 632.
10.09.2015
№216.013.7931

Способ имитации радиолокационных целей

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к технике радиоэлектронного подавления космических радиолокационных станций с синтезированной апертурой антенны (РСА). Достигаемый технический результат - снижение вероятности правильного обнаружения маскируемых объектов космическими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562614
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.796c

Способ повышения безопасности полета при отказе двигателя

Изобретение относится к области летательных аппаратов. Способ повышения безопасности полета летательного аппарата при отказе двигателя, работающего в момент отказа на максимальном или форсажном режиме и расположенного на той плоскости крыла, на которую у летательного аппарата имеется...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562673
Дата охранного документа: 10.09.2015
20.09.2015
№216.013.7ba2

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное с широтно-импульсной модуляцией

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники. Технический результат заключается в улучшении массогабаритных показателей, КПД, в улучшении технологичности изготовления, повышении надежности, расширении функциональных возможностей. Для этого заявленное устройство содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563247
Дата охранного документа: 20.09.2015
20.09.2015
№216.013.7bb6

Дистанционный взрыватель снарядов реактивных систем залпового огня

Изобретение относится к области военной техники, а точнее к дистанционным взрывательным устройствам (ДВУ) для снарядов реактивных систем залпового огня с кассетными или отделяемыми боевыми частями (БЧ). Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в дистанционный взрыватель,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563267
Дата охранного документа: 20.09.2015
20.09.2015
№216.013.7bf9

Способ неразрушающего контроля подповерхностной структуры полупрозрачных объектов

Изобретение относится к способу контроля состояния подповерхностной структуры оптически неоднородных объектов и может быть использовано при анализе вариаций плотности полупрозрачных твердых тел, жидкости и газов. Согласно способу целостность внутренней структуры полупрозрачных объектов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563334
Дата охранного документа: 20.09.2015
20.09.2015
№216.013.7c83

Способ защиты малоразмерного подвижного объекта от высокоточного оружия с лазерным наведением

Изобретение относится к области радиоэлектронной борьбы, а именно к способам защиты наземных малоразмерных подвижных объектов от высокоточного оружия с лазерным наведением. Способ защиты малоразмерного подвижного объекта включает обнаружение импульсов лазерного излучения, регистрацию их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563472
Дата охранного документа: 20.09.2015
20.09.2015
№216.013.7dc9

Устройство восстановления работоспособности резервированной системы с помощью мажоритарных элементов

Изобретение относится к системам радиоавтоматики и автоматического управления, резервированных с помощью мажоритарных элементов. Технический результат - повышение вероятности безотказной работы. Устройство восстановления работоспособности системы, резервированной с помощью мажоритарных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563798
Дата охранного документа: 20.09.2015
27.09.2015
№216.013.7e24

Цифровой обнаружитель радиосигналов в условиях шума неизвестной интенсивности

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в панорамных приемниках станций радиопомех, радиопеленгаторах, средствах радиомониторинга и аналогичных устройствах для обнаружения источников радиоизлучения (ИРИ) в условиях шума неизвестной интенсивности. Техническим результатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563889
Дата охранного документа: 27.09.2015
27.09.2015
№216.013.7e46

Модульная двигательная установка малой тяги

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, а именно к двигательным установкам космических аппаратов и разгонных блоков. Модульная двигательная установка малой тяги содержит силовые рамы с закрепленными на них сферическими топливными баками с осями, имеющими наклон к оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563923
Дата охранного документа: 27.09.2015
27.09.2015
№216.013.8047

Способ обеспечения теплового режима полезной нагрузки, размещенной в сборочно-защитном блоке и устройство для его реализации

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для обеспечения теплового режима полезной нагрузки (ПН). Устройство обеспечения теплового режима полезной нагрузки в сборочно-защитном блоке содержит теплоизолирующую перегородку, теплоизолирующие покрытия, отверстия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564436
Дата охранного документа: 27.09.2015
Показаны записи 121-130 из 371.
10.09.2015
№216.013.77de

Регулятор давления

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики и может быть использовано в различных областях промышленности для понижения давления газа до заданной величины и автоматического поддержания заданного давления. Задачи изобретения - расширение возможностей, повышение надежности и уменьшение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562275
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.7931

Способ имитации радиолокационных целей

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к технике радиоэлектронного подавления космических радиолокационных станций с синтезированной апертурой антенны (РСА). Достигаемый технический результат - снижение вероятности правильного обнаружения маскируемых объектов космическими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562614
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.796c

Способ повышения безопасности полета при отказе двигателя

Изобретение относится к области летательных аппаратов. Способ повышения безопасности полета летательного аппарата при отказе двигателя, работающего в момент отказа на максимальном или форсажном режиме и расположенного на той плоскости крыла, на которую у летательного аппарата имеется...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562673
Дата охранного документа: 10.09.2015
20.09.2015
№216.013.7ba2

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное с широтно-импульсной модуляцией

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники. Технический результат заключается в улучшении массогабаритных показателей, КПД, в улучшении технологичности изготовления, повышении надежности, расширении функциональных возможностей. Для этого заявленное устройство содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563247
Дата охранного документа: 20.09.2015
20.09.2015
№216.013.7bb6

Дистанционный взрыватель снарядов реактивных систем залпового огня

Изобретение относится к области военной техники, а точнее к дистанционным взрывательным устройствам (ДВУ) для снарядов реактивных систем залпового огня с кассетными или отделяемыми боевыми частями (БЧ). Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в дистанционный взрыватель,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563267
Дата охранного документа: 20.09.2015
20.09.2015
№216.013.7bf9

Способ неразрушающего контроля подповерхностной структуры полупрозрачных объектов

Изобретение относится к способу контроля состояния подповерхностной структуры оптически неоднородных объектов и может быть использовано при анализе вариаций плотности полупрозрачных твердых тел, жидкости и газов. Согласно способу целостность внутренней структуры полупрозрачных объектов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563334
Дата охранного документа: 20.09.2015
20.09.2015
№216.013.7c83

Способ защиты малоразмерного подвижного объекта от высокоточного оружия с лазерным наведением

Изобретение относится к области радиоэлектронной борьбы, а именно к способам защиты наземных малоразмерных подвижных объектов от высокоточного оружия с лазерным наведением. Способ защиты малоразмерного подвижного объекта включает обнаружение импульсов лазерного излучения, регистрацию их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563472
Дата охранного документа: 20.09.2015
20.09.2015
№216.013.7dc9

Устройство восстановления работоспособности резервированной системы с помощью мажоритарных элементов

Изобретение относится к системам радиоавтоматики и автоматического управления, резервированных с помощью мажоритарных элементов. Технический результат - повышение вероятности безотказной работы. Устройство восстановления работоспособности системы, резервированной с помощью мажоритарных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563798
Дата охранного документа: 20.09.2015
27.09.2015
№216.013.7e24

Цифровой обнаружитель радиосигналов в условиях шума неизвестной интенсивности

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в панорамных приемниках станций радиопомех, радиопеленгаторах, средствах радиомониторинга и аналогичных устройствах для обнаружения источников радиоизлучения (ИРИ) в условиях шума неизвестной интенсивности. Техническим результатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563889
Дата охранного документа: 27.09.2015
27.09.2015
№216.013.7e46

Модульная двигательная установка малой тяги

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, а именно к двигательным установкам космических аппаратов и разгонных блоков. Модульная двигательная установка малой тяги содержит силовые рамы с закрепленными на них сферическими топливными баками с осями, имеющими наклон к оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563923
Дата охранного документа: 27.09.2015
+ добавить свой РИД