Многофазный регулируемый инвертор

Полезная модель относится к электротехнике и к силовой импульсной электронике и предназначена для использования в автономных системах электроснабжения перспективных авиационно-космических комплексов с полностью электрифицированным приводным оборудованием, а так же в ветроустановках, топливно-электроэнергетических установках и др. Техническим результатом предложения является улучшение качества выходных фазных напряжений устройства, в частности - их спектральных составов и качества переходных процессов. Дополнительным техническим результатом является улучшение массо-габаритных и энергетических показателей устройства. Указанные технические результаты обеспечиваются БЛАГОДАРЯ тому, что в многофазный регулируемый инвертор, содержащий входные выводы 1, 2 для подключения источника питания постоянного тока, «m» выходных фазных выводов 3, 4, 5 и нейтрально-нулевой вывод 6 для подключения «m»-фазной нагрузки переменного тока, «m» регулируемых импульсных конверторов 7, 8, 9 с выходными фильтровыми конденсаторами 10, 11, 12, «m» фазных фильтровых конденсаторов 13, 14, 15 и блок управления 16 с «m» датчиками 17, 18, 19 фазных напряжений в его цепях 20, 21, 22 обратных связей и «m» фазными управляющими выводами 23, 24, 25, подключенными к управляющим выводам импульсных конверторов, каждый из которых своими входными выводами подключен к входным выводам устройства, выходные фазные выводы которого через фазные фильтровые конденсаторы подключены к его нейтрально-нулевому выводу, ВВЕДЕН дополнительный импульсный конвертор 26, управляющий вывод которого подключен к дополнительному управляющему выводу 27, ВВЕДЕННОМУ в блок управления, входные выводы подключены к входным выводам устройства, первый выходной вывод 28 подключен к нейтрально-нулевому выводу устройства, а второй вывод 29 соединен с первыми выходными выводами 30, 31, 32 всех вышеуказанных регулируемых импульсных конверторов, подключенных своими вторыми выходными выводами 33, 34, 35 к соответствующим выходным фазным выводам устройства, а также БЛАГОДАРЯ тому, что в его блок управления ВВЕДЕНЫ источник «m»-фазных синусоидальных эталонных сигналов, «m» узлов сравнения этих сигналов с выходными сигналами датчиков фазных напряжений, «m» информационных фильтров постоянных составляющих сигналов указанных датчиков и фильтр осредненного значения этих составляющих, а сам блок выполнен с возможностью регулирования параметров сигналов на его управляющих фазных выводах с отрицательными обратными связями по выходным сигналам узлов сравнения, а также сигнала на его дополнительном управляющем выводе с отрицательной обратной связью по выходному сигналу фильтра осредненного значения постоянных составляющих. В ф-ле 2 п., илл. - 1.

Полезная модель относится к электротехнике и к силовой импульсной электронике и предназначена для использования в автономных системах электроснабжения перспективных авиационно-космических комплексов с полностью электрифицированным приводным оборудованием, а так же в ветроустановках, топливно-электроэнергетических установках и др.

Известны многофазные регулируемые инверторы (принимаемые в качестве аналога), с входным емкостным фильтром и многофазным мостовым коммутатором (Зиновьев Г.С. Силовая электроника: учеб. пособие для бакалавров / Г.С.Зиновьев. - 5-е изд., испр. и доп. - М.: Издательство Юрайт, 2012. - 667 с. - Серия: Бакалавр. Углубленный курс., стр.615, рис.13.6.1 и рис.13.6.2).

К недостаткам известных устройств (аналогов) относятся низкое качество выходных фазных напряжений, в частности - их спектральных составов, и сложность пофазно-раздельного регулирования.

По техническому существу наиболее близким к предлагаемому устройству является многофазный регулируемый инвертор (прототип), содержащий три однофазных инвертора, состоящих каждый из предварительного импульсного конвертора с выходным конденсаторным фильтром и однофазного мостового коммутатора с выходным индуктивно-емкостным фазным фильтром (С.В.Аверин, Т.В.Анисимова, А.Н.Данилина, B.C.Коняхин, В.В.Крючков, Ю.Г.Следков. Моделирование процессов в трехфазном транзисторном инверторе при возникновении межфазных коротких замыканий. Практическая Силовая Электроника, 43, 2011 г., с.21-25, стр.22, рис.1).

К недостаткам известного многофазного регулируемого инвертора (прототипа) относятся низкое качество выходных фазных напряжений, в частности - их спектральных составов и качества переходных процессов, а также плохие массогабаритные и энергетические показатели устройства из-за большой суммарной установленной мощности фазных фильтров и двухкаскадного преобразования энергии.

Основным техническим результатом предложения является улучшение качества выходных фазных напряжений устройства, в частности - их спектральных составов и качества переходных процессов.

Дополнительным техническим результатом предложения является улучшение массогабаритных и энергетических показателей устройства.

Указанные технические результаты обеспечиваются БЛАГОДАРЯ тому, что в многофазный регулируемый инвертор, содержащий входные выводы для подключения источника питания постоянного тока, «m» выходных фазных выводов и нейтрально-нулевой вывод для подключения «m»-фазной нагрузки переменного тока, «m» регулируемых импульсных конверторов с выходными фильтровыми конденсаторами, «m» фазных фильтровых конденсаторов и блок управления с «m» датчиками фазных напряжений в его цепях обратных связей и «m» фазными управляющими выводами, подключенными к управляющим выводам импульсных конверторов, каждый из которых своими входными выводами подключен к входным выводам устройства, выходные фазные выводы которого через фазные фильтровые конденсаторы подключены к его нейтрально-нулевому выводу, ВВЕДЕН дополнительный импульсный конвертор, управляющий вывод которого подключен к дополнительному управляющему выводу, ВВЕДЕННОМУ в блок управления, входные выводы подключены к входным выводам устройства, первый выходной вывод подключен к нейтрально-нулевому выводу устройства, а второй вывод соединен с первыми выходными выводами всех вышеуказанных регулируемых импульсных конверторов, подключенных своими вторыми выходными выводами к соответствующим выходным фазным выводам устройства, а также БЛАГОДАРЯ тому, что в его блок управления ВВЕДЕНЫ источник «m»-фазных синусоидальных эталонных сигналов, «m» узлов сравнения этих сигналов с выходными сигналами датчиков фазных напряжений, «m» информационных фильтров постоянных составляющих сигналов указанных датчиков и фильтр осредненного значения этих составляющих, а сам блок выполнен с возможностью регулирования параметров сигналов на его управляющих фазных выводах с отрицательными обратными связями по выходным сигналам узлов сравнения, а также сигнала на его дополнительном управляющем выводе с отрицательной обратной связью по выходному сигналу фильтра осредненного значения постоянных составляющих.

Экспериментальные лабораторные исследования на макете и на компьютерной модели устройства подтвердили его работоспособность и целесообразность его широкого промышленного внедрения.

На Фиг. представлена структура силовой части предлагаемого многофазного регулируемого инвертора.

Многофазный регулируемый инвертор содержит входные выводы 1, 2 для подключения источника питания постоянного тока, «m» выходных фазных выводов 3, 4, 5 и нейтрально-нулевой вывод 6 для подключения «m»-фазной нагрузки переменного тока, «m» регулируемых импульсных конверторов 7, 8, 9 с выходными фильтровыми конденсаторами 10, 11, 12, «m» фазных фильтровых конденсаторов 13, 14, 15 и блок управления 16 с «m» датчиками 17, 18, 19 фазных напряжений в его цепях 20, 21, 22 обратных связей и «m» фазными управляющими выводами 23, 24, 25. Устройство содержит также дополнительный импульсный конвертор 26. Блок управления имеет также дополнительный управляющий вывод 27. Дополнительный импульсный конвертор имеет первый и второй выходные выводы 28, 29, а регулируемые импульсные конверторы имеют первые выходные выводы 30, 31, 32 и вторые выходные выводы 33, 34, 35.

Фазные управляющие выводы 23, 24, 25 блока управления 16 подключены к управляющим выводам импульсных конверторов 7, 8, 9.

Каждый из импульсных конверторов 7, 8, 9 своими входными выводами подключен к входным выводам 1, 2 устройства. Выходные фазные выводы 3, 4, 5 устройства через фазные фильтровые конденсаторы 13, 14, 15 подключены к нейтрально-нулевому выводу 6. Управляющий вывод дополнительного импульсного конвертора 26 подключен к дополнительному управляющему выводу 27 блока управления 16, его входные выводы подключены к входным выводам 1, 2 устройства, его первый выходной вывод 28 подключен к нейтрально-нулевому выводу 6 устройства, а его второй вывод 29 соединен с первыми выходными выводами 30, 31, 32 регулируемых импульсных конверторов 7, 8, 9, подключенных своими вторыми выходными выводами 33, 34, 35 к соответствующим выходным фазным выводам 3, 4, 5 устройства.

Блок управления 16 имеет источник «m»-фазных синусоидальных эталонных сигналов, «m» узлов сравнения этих сигналов с выходными сигналами датчиков 17, 18, 19 фазных напряжений, «m» информационных фильтров постоянных составляющих сигналов указанных датчиков и фильтр осредненного значения этих составляющих. Указанный блок управления 16 выполнен с возможностью регулирования параметров сигналов на его управляющих фазных выводах 23, 24, 25 с отрицательными обратными связями по выходным сигналам узлов сравнения, а также сигнала на его дополнительном управляющем выводе 27 с отрицательной обратной связью по выходному сигналу фильтра осредненного значения постоянных составляющих.

Многофазный регулируемый инвертор работает следующим образом.

Входные выводы 1, 2 устройства подключают к источнику питания постоянного тока, а выходные фазные выводы 3, 4, 5 и нейтрально-нулевой вывод 6 - к «m»-фазной нагрузке переменного тока.

На фазных управляющих выводах 23, 24, 25 и дополнительном управляющем выводе 27 блока управления 16 формируются широтно-импульсно модулируемые высокочастотные импульсные сигналы, параметры которых определяются эталонными сигналами источника «m»-фазных эталонных сигналов и корректируются выходными сигналами узлов сравнения этих сигналов с сигналами датчиков напряжения 17, 18, 19.

На выходных выводах 33-30, 34-31 и 35-32 регулируемых импульсных конверторов 7, 8, 9 появляются синусно-пульсирующие знакопостоянные напряжения, определяемые выражениями:

где U= - постоянная составляющая напряжения;

U₀ - амплитуда синусоидальной составляющей напряжения (U₀U₌);

m - число фаз выходного напряжения устройства;

n - порядковый номер регулируемого импульсного конвертора (номер выходного фазного напряжения (п=1, 2, 3,, m);

=2f - циклическая частота выходных фазных напряжений;

₀ - начальная фаза (в радианах).

На выходных выводах 28, 29 дополнительного конвертора 26 появляется регулируемое по величине постоянное напряжение U₌, которое компенсирует постоянную составляющую вышеуказанных синусно-пульсирующих напряжений.

В результате на выходных фазных выводах 3, 4, 5 устройства относительно нейтрально-нулевого вывода 6 появляются выходные фазные напряжения синусоидальной где величины U₀ и ₀ стабилизируютсят цепями обратных связей и могут регулироваться с относительно высоким быстродействием с помощью изменения параметров источника эталонных сигналов.

Так как выходные напряжения устройства имеют синусоидальную форму, то в отличие от прототипа установленная суммарная реактивная мощность фазных фильтровых конденсаторов 13, 14, 15 относительно мала при относительно высоком качестве выходных напряжений устройства; при этом фазные фильтровые дроссели могут вообще отсутствовать. Кроме того, в отличие от прототипа, предлагаемое устройство не содержит вторых последовательных каскадов (коммутаторов).

Таким образом, в предлагаемой полезной модели обеспечивается заявленные основной технический результат: улучшение качества выходных фазных напряжений устройства, в частности - их спектральных составов и качества переходных процессов, а также дополнительный технический результат: улучшение массогабаритных и энергетических показателей устройства.

1. Многофазный регулируемый инвертор, содержащий входные выводы для подключения источника питания постоянного тока, «m» выходных фазных выводов и нейтрально-нулевой вывод для подключения «m»-фазной нагрузки переменного тока, «m» регулируемых импульсных конверторов с выходными фильтровыми конденсаторами, «m»-фазных фильтровых конденсаторов и блок управления с «m» датчиками фазных напряжений в его цепях обратных связей и «m»-фазными управляющими выводами, подключенными к управляющим выводам импульсных конверторов, каждый из которых своими входными выводами подключен к входным выводам устройства, выходные фазные выводы которого через фазные фильтровые конденсаторы подключены к его нейтрально-нулевому выводу, отличающийся тем, что в него введен дополнительный импульсный конвертор, управляющий вывод которого подключен к дополнительному управляющему выводу, введенному в блок управления, входные выводы подключены к входным выводам устройства, первый выходной вывод подключен к нейтрально-нулевому выводу устройства, а второй вывод соединен с первыми выходными выводами всех вышеуказанных регулируемых импульсных конверторов, подключенных своими вторыми выходными выводами к соответствующим выходным фазным выводам устройства.

2. Многофазный регулируемый инвертор по п.1, отличающийся тем, что в его блок управления введены источник «m»-фазных синусоидальных эталонных сигналов, «m» узлов сравнения этих сигналов с выходными сигналами датчиков фазных напряжений, «m» информационных фильтров постоянных составляющих сигналов указанных датчиков и фильтр осредненного значения этих составляющих, а сам блок выполнен с возможностью регулирования параметров сигналов на его управляющих фазных выводах с отрицательными обратными связями по выходным сигналам узлов сравнения, а также сигнала на его дополнительном управляющем выводе с отрицательной обратной связью по выходному сигналу фильтра осредненного значения постоянных составляющих.