Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при построении вторичных источников электропитания, автономных и бесперебойных систем электроснабжения, систем генерирования переменного тока. Устройство содержит два конвертора 3 и 4, два инвертора 5 и 6 и два автотрансформатора 7 и 9. Выходные напряжения инверторов сдвинуты на 90 электрических градусов относительно друг друга и отличаются в 2/3 раза. Конфигурация соединения автотрансформаторов образует схему Скотта, формирующую на выходных выводах устройства симметричную трехфазную систему напряжений с силовой нейтралью. Регулированием выходных напряжений инверторов и угла фазового сдвига между ними можно осуществлять практически независимое регулирование выходных (фазных) напряжений преобразователя, позволяющее использовать его при работе с нагрузками, имеющими значительную степень несимметрии.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при построении вторичных источников электропитания, автономных и бесперебойных систем электроснабжения, систем генерирования переменного тока.

Известен преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный, содержащий трехфазный мостовой инвертор, к выходам которого подключен трехфазный трансформатор с четырехпроводным выходом с силовой нейтралью [1]. Очевидным недостатком этого устройства являются низкие массогабаритные показатели, обусловленные наличием трансформатора, преобразующего полную мощность на относительно низкой (выходной) частоте инвертора. Кроме того, в схеме невозможно независимое регулирование фазных напряжений преобразователя, что делает неэффективной его работу при несимметричной нагрузке.

Известно также устройство, содержащее конвертор с гальванической развязкой его входных и выходных цепей, питающий трехфазный мостовой инвертор, к выходу которого подключены два однофазных автотрансформатора, соединенных по схеме Скотта [2]. Данное устройство имеет лучшие массогабаритные показатели по сравнению с описанным выше, что обусловлено, во-первых, высокой частотой работы конвертора, осуществляющего и гальваническую развязку входных и выходных цепей и преобразование уровня входного напряжения. Во-вторых, автотрансформаторы, предназначенные для образования искусственной силовой нейтрали выходной трехфазной системы напряжений, осуществляет лишь частичное преобразование энергии и рассчитываются лишь на мощность несимметрии. Недостатком данного устройства является невозможность независимого регулирования фазных напряжений, что также делает его работу неэффективной при значительной несимметрии нагрузки. Это приводит ухудшению качества выходного напряжения преобразователя и, соответственно, к снижению надежности его работы.

По своей технической сущности устройство [2] является наиболее близким к полезной модели и выбрано в качестве наиболее близкого прототипа.

Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является улучшение качества выходного напряжения и повышение надежности его работы.

Технический результат достигается за счет того, что преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное содержит два, имеющих гальваническую развязку между входными и выходными цепями, конвертора, одноименные входы которых соединены друг с другом и подключены к соответствующим входным выводам, подключенные к выходам конверторов два однофазных инвертора, выходные напряжения которых сдвинуты относительно друг друга на 90 электрических градусов, причем выходное напряжение первого инвертора в 2/3 раза отличается от выходного напряжения второго инвертора, и подключенные к их выходам два автотрансформатора, первый из которых, связанный с первым инвертором, имеет дополнительный вывод, делящий его обмотку в отношении два к одному, а второй, связанный с вторым инвертором, имеет дополнительный вывод, делящий его обмотку пополам, при этом крайний вывод первого автотрансформатора со стороны меньшей части его обмотки соединен с дополнительным выводом второго автотрансформатора, а его дополнительный и второй крайний выводы, а также крайние выводы второго автотрансформатора подключены, соответственно, к нейтральному, первому, второму и третьему выходным фазным выводам.

На чертежах фиг.1 и фиг.2 представлены, соответственно, схема полезной модели и векторная диаграмма, поясняющая ее работу.

Устройство содержит подключенные к входным выводам 1 и 2 первый 3 и второй 4 конверторы, выходы которых связаны соответственно с первым 5 и вторым 6 инверторам. Выходные цепи инверторов связаны соответственно с первым 7, имеющим дополнительный вывод 8, и вторым 9, имеющим дополнительный вывод 10, автотрансформаторами. Выводы автотрансформаторов связаны с нейтральным 11 и выходными фазными выводами 12, 13 и 14 устройства.

Устройство работает следующим образом.

На входные выводы 1 и 2 подается постоянное напряжение от внешнего источника электроэнергии, которое конверторами 3 и 4 преобразуется в постоянные напряжения, имеющие уровень, необходимый для питания инверторов 5 и 6. Инверторы преобразуют постоянные напряжения, подаваемые на их входы, в переменные, сдвинутые относительно друг друга на 90 электрических градусов. Для формирования симметричной трехфазной системы выходных напряжений необходимо, чтобы напряжение на выходе первого инвертора 5 в 2/3 раза отличалось бы от выходного напряжения второго инвертора 6. Это может быть реализовано либо соответствующим выбором значений выходных напряжений конверторов 3 и 4 и их последующим непосредственным инвертированием инверторами 5 и 6, либо формированием переменных напряжений требуемых уровней самими инверторами при одинаковых выходных напряжениях конверторов.

Выходные напряжения инверторов 5 и 6 подаются на автотрансформаторы 7 и 9. Обмотки автотрансформаторов 7 и 9 имеют дополнительные выводы соответственно 8 и 10. Дополнительный вывод 8 делит обмотку автотрансформатора 7 в соотношении два к одному, а дополнительный вывод 10 делит обмотку автотрансформатора 9 пополам. Конфигурация соединения автотрансформаторов с подобным делением витков их обмоток образуют схему Скотта, формирующую на выходных выводах 12, 13 и 14 трехфазную систему напряжений с силовой нейтралью 11, образуемой дополнительным выводом 9 автотрансформатора 7.

Принцип получения симметричной трехфазной системы напряжений схемой Скотта поясняет векторная диаграмма на фиг.2. На фиг 2 символами V_В И V_АС обозначены выходные напряжения инверторов 5 и 6, а символами W'_B, W"_B, И W _A, W_C - части обмоток автотрансформаторов 7 и 9 соответственно. Точка 0 соответствует дополнительному выводу 8 автотрансформатора 7, а точка 0₁ - дополнительному выводу 10 автотрансформатора 9.

Из векторной диаграммы видно, что регулированием выходных напряжений инверторов и угла фазового сдвига между ними можно осуществлять практически независимое регулирование выходных (фазных) напряжений преобразователя, позволяющее использовать его при работе с нагрузками, имеющими значительную степень несимметрии.

При необходимости и в зависимости от области конкретного применения выходной нейтральный вывод может быть соединен с минусовым входным выводом, что, в частности, требуется в системах электроснабжения летательных аппаратов.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:

1. С.Ф.Коняхин, В.А.Цишевский "Трехфазный мостовой инвертор с искусственной силовой нейтралью" / 1-я Всероссийская конференция по средствам электропитания. Санкт-Петербург, 2007 - Сборник докладов конференции. / Электрическое питание. Специальный выпуск. 2007.

2. С.Ф.Коняхин, В.С.Коняхин "Преобразовательные структуры трехфазных статических инверторов вторичных систем электроснабжения летательных аппаратов" / Электроника и электрооборудование транспорта, 1, 2012.

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий два имеющих гальваническую развязку между входными и выходными цепями конвертора, одноименные входы которых соединены друг с другом и подключены к соответствующим входным выводам, подключенные к выходам конверторов два однофазных инвертора, выходные напряжения которых сдвинуты относительно друг друга на 90 электрических градусов, причем выходное напряжение первого инвертора в 2/3 раза отличается от выходного напряжения второго инвертора, и подключенные к их выходам два автотрансформатора, первый из которых, связанный с первым инвертором, имеет дополнительный вывод, делящий его обмотку в отношении два к одному, а второй, связанный с вторым инвертором, имеет дополнительный вывод, делящий его обмотку пополам, при этом крайний вывод первого автотрансформатора со стороны меньшей части его обмотки соединен с дополнительным выводом второго автотрансформатора, а его дополнительный и второй крайний выводы, а также крайние выводы второго автотрансформатора подключены соответственно к нейтральному, первому, второму и третьему выходным фазным выводам.