×
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

Показаны записи 41-50 из 165.
10.09.2015
№216.013.79ec

Энергоустановка на топливных элементах

Изобретение относится к энергоустановкам на топливных элементах и может использоваться при проектировании автономных, резервных и транспортных энергоустановок. В энергоустановке, содержащей генератор на топливных элементах, блок аккумуляторных батарей, три контактора, два разделительных диода,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562801
Дата охранного документа: 10.09.2015
20.09.2015
№216.013.7bcb

Морская технологическая ледостойкая плавучая платформа с ледокольными формами обводов корпуса (варианты)

Изобретение относится к области морской ледотехники, касается создания ледостойких платформ для освоения месторождений нефти и газа на шельфе замерзающих морей и решает задачу по уменьшению смещения технологической плавучей платформы при ее развороте под действием внешних сил со стороны ледовых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563288
Дата охранного документа: 20.09.2015
27.10.2015
№216.013.890c

Обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения

Изобретение относится к системам электропитания, в частности к электрическим преобразователям постоянного напряжения в постоянное напряжение иной полярности заданного уровня как выше, так и ниже уровня напряжения источника питания, и может быть использовано для электроснабжения активной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566687
Дата охранного документа: 27.10.2015
27.10.2015
№216.013.8941

Устройство для управления трехфазным асинхронным двигателем

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых асинхронных электроприводах. Устройство управления трехфазным электродвигателем снабжено преобразователем напряжения в частоту, пятиразрядным двоичным счетчиком-делителем на 24 состояния, четырьмя ждущими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566740
Дата охранного документа: 27.10.2015
27.11.2015
№216.013.940b

Электроимпульсное противообледенительное устройство

Электроимпульсное противообледенительное устройство содержит электромагнитные индукторы, управляемые коммутационные элементы, накопительный конденсатор, зарядное устройство, распределитель управляющих импульсов, тиристор, соединенные определенным способом. Электромагнитные индукторы расположены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569518
Дата охранного документа: 27.11.2015
10.02.2016
№216.014.c54e

Устройство избирательного контроля замыкания фазы на корпус в многофазных сетях с изолированной нейтралью

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано для избирательного контроля сопротивления изоляции многофазных сетей переменного тока с изолированной нейтралью, находящихся под напряжением. Технический результат: возможность изменения порога срабатывания устройства,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574866
Дата охранного документа: 10.02.2016
20.02.2016
№216.014.e925

Электроэнергетическая установка судна

Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов. Электроэнергетическая установка судна содержит главный первичный тепловой двигатель, преобразователи частоты, гребной электродвигатель, вспомогательный дизель-генератор, согласующий трансформатор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575366
Дата охранного документа: 20.02.2016
20.04.2016
№216.015.3594

Способ проведения самоходных модельных испытаний судов в ледовом опытовом бассейне

Изобретение относится к области судостроения и касается проведения экспериментальных исследований на моделях ледоколов и судов ледового плавания в ледовых опытовых бассейнах. Предложен способ проведения модельных испытаний судов в ледовом опытовом бассейне, включающий буксировку прикрепленной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581311
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.3661

Плавучий док для строительства объектов с несудовыми обводами

Изобретение относится к области судостроения, более конкретно - к плавучим докам, и может быть использовано при строительстве плавучих и полупогружных морских платформ и других объектов с несудовыми обводами. Предложен плавучий док, содержащий корпус со стапель-палубой преимущественно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581430
Дата охранного документа: 20.04.2016
10.05.2016
№216.015.3b9d

Способ динамической калибровки винтовых динамометров

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к динамической калибровке винтовых динамометров, используемых для измерения крутящих моментов на гребных валах в опытных гидродинамических лабораториях. Способ динамической калибровки винтовых динамометров включает измерение крутящего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583129
Дата охранного документа: 10.05.2016
Показаны записи 41-50 из 103.
20.09.2015
№216.013.7bcb

Морская технологическая ледостойкая плавучая платформа с ледокольными формами обводов корпуса (варианты)

Изобретение относится к области морской ледотехники, касается создания ледостойких платформ для освоения месторождений нефти и газа на шельфе замерзающих морей и решает задачу по уменьшению смещения технологической плавучей платформы при ее развороте под действием внешних сил со стороны ледовых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563288
Дата охранного документа: 20.09.2015
27.10.2015
№216.013.890c

Обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения

Изобретение относится к системам электропитания, в частности к электрическим преобразователям постоянного напряжения в постоянное напряжение иной полярности заданного уровня как выше, так и ниже уровня напряжения источника питания, и может быть использовано для электроснабжения активной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566687
Дата охранного документа: 27.10.2015
27.10.2015
№216.013.8941

Устройство для управления трехфазным асинхронным двигателем

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых асинхронных электроприводах. Устройство управления трехфазным электродвигателем снабжено преобразователем напряжения в частоту, пятиразрядным двоичным счетчиком-делителем на 24 состояния, четырьмя ждущими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566740
Дата охранного документа: 27.10.2015
27.11.2015
№216.013.940b

Электроимпульсное противообледенительное устройство

Электроимпульсное противообледенительное устройство содержит электромагнитные индукторы, управляемые коммутационные элементы, накопительный конденсатор, зарядное устройство, распределитель управляющих импульсов, тиристор, соединенные определенным способом. Электромагнитные индукторы расположены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569518
Дата охранного документа: 27.11.2015
10.02.2016
№216.014.c54e

Устройство избирательного контроля замыкания фазы на корпус в многофазных сетях с изолированной нейтралью

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано для избирательного контроля сопротивления изоляции многофазных сетей переменного тока с изолированной нейтралью, находящихся под напряжением. Технический результат: возможность изменения порога срабатывания устройства,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574866
Дата охранного документа: 10.02.2016
20.02.2016
№216.014.e925

Электроэнергетическая установка судна

Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов. Электроэнергетическая установка судна содержит главный первичный тепловой двигатель, преобразователи частоты, гребной электродвигатель, вспомогательный дизель-генератор, согласующий трансформатор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575366
Дата охранного документа: 20.02.2016
20.04.2016
№216.015.3594

Способ проведения самоходных модельных испытаний судов в ледовом опытовом бассейне

Изобретение относится к области судостроения и касается проведения экспериментальных исследований на моделях ледоколов и судов ледового плавания в ледовых опытовых бассейнах. Предложен способ проведения модельных испытаний судов в ледовом опытовом бассейне, включающий буксировку прикрепленной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581311
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.3661

Плавучий док для строительства объектов с несудовыми обводами

Изобретение относится к области судостроения, более конкретно - к плавучим докам, и может быть использовано при строительстве плавучих и полупогружных морских платформ и других объектов с несудовыми обводами. Предложен плавучий док, содержащий корпус со стапель-палубой преимущественно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581430
Дата охранного документа: 20.04.2016
10.05.2016
№216.015.3b9d

Способ динамической калибровки винтовых динамометров

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к динамической калибровке винтовых динамометров, используемых для измерения крутящих моментов на гребных валах в опытных гидродинамических лабораториях. Способ динамической калибровки винтовых динамометров включает измерение крутящего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583129
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3c13

Система коллективного спасения персонала с морских нефтегазовых сооружений в ледовых условиях

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано для обеспечения эвакуации и спасения персонала с морских нефтегазовых объектов. Система коллективного спасения персонала с морских нефтегазовых сооружений в ледовых условиях содержит спусковую платформу с закрепленными на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583828
Дата охранного документа: 10.05.2016
+ добавить свой РИД