Трехфазный инвертор
Иллюстрации
Реферат
ОПИСА -НИЕ!!!477508
Союэ Советских
Социалистииеских
Республик
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, (б1) Дополнительное к авт. си!д-ву— (22) Заявлено 07.02.72 (21) 1746538 24-7 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—
О!пуб.чиковано 15.07.75. Бюллетень ¹ 26
Дата опубликования описания 01,12.7б (5)) М. Кл. Н 02m 7/52
1l 02р 13/16
1 осударстеенный комитет
Вовета Министров CCGp по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.314.58 (088.8) (72) Авторы изобретения
В. П. Дянзбург и А, М. Савонова (7!) Заявитель (54) ТРЕХФАЗНЫЙ HHBEPTOP
Изобретение относится к преобразовательным устройствам и может быть использовано в системах электроснабжения и электропривода промышленных установок и транапор гных средств.
Известны трехфазные пнверторы с широтно-импульсных! регулированием выходного напряжения иа несущей частоте, в несколько раз,превышающей выходную частоту, содержащие трехфазный мост силовых транзисторов, трп управляющих !двухтактных транзисторных усилителя с трансформаторным выходом, трехфазный,генератор импульсов выходной частоты, зада!ощий генератор имс!ульсов несущей частоты и модулятор ширины этих импульсов, имеющий на каждую фазу две пары выходов основных и дополняющих импульсов регулируемой акважпости.
Предлагаемый инвертор отличается от II3вестных тем, что зажимы одной полярности каждой пары выходов основных и доло;шяющих импульсов модулятора ширины им !ульсов несущей частоты соединены с базой каждого транзистора управляющих усилителей, зажимы другой, полярности — с разноименными зажимами той же полярности другой пары выходов и через коммутирующие ключи с эмиттерами этих транзисторов, а вход коммутирующих ключей соединен с выходом трехфаз!!ого гс!!сратора им пульсов Вь!ходной частоты.
Такое выиолиеиис инвертора позволяет повысить его к. п..д
Для уменьшения динамических потерь мощности в силовых транзисторах последовательно и согласно включенные обмотки выходных трансформаторов первой и третьей, первой и второй, второй и третьей фаз трехфазного ге-! о иератора подключены через резисторы и диоды к входам транзисторов управляющих усилителей одноименных фаз.
1-Ia фиг. 1 дана схема описываемого иивертора; иа фиг. 2 — эшоры напряжений инвер1,> тора; иа фиг. 3 — вариант схемы инвертора с одно;!оляриой формой импульсов несущей частоты в течение пог!упериода выходного наиря>кспия; иа фиг. 4 — э:!юры напряжений этого инвертора.
20 Инвертор (см. фиг. 1) содержит трехфазный мост силовых транзисторов Т! — Ts, три управляющих двухтактных транзисторных усилителя с трансформаторным выходом (по одному иа кажду!о фазу), выполненных на
25 транзисторах Т7 и Ts с трансформатором Тр!„ транзисторах Т9 и Т! с трансформатором Три и транзисторах Т и Т! с трансформатором
Трз, трехфазный генератор импульсов U! — Us выходной частоты АГ! — АГз, задающий генеЗо ратор ЗГ импульсов U несу!пей частоты, в
477508 зо
40, 5
55 оо несколько раз превышающей выходну!о частоту, модулятор ШИМ ширины импульсов несущей частоты, имеющий на каждую фазу две пары выходов основных U и дополняющих
U i — у импульсов регулируемой сква>кности.
Например, в фазе А первую пару составляют выходы выпрямителей gII, Д2 и Дь Д6, а вторую — выходы выпрямителей Д-„Дв и Дз, Д4. С выходов выпрямителей Дч Дг н Д7, Д8 снимаются основные, а с выходов выпрямителей Д), Д. It Дg, Д4 — дополняющие импульсы. Зажимы одной полярности (иапрпмер, отрицательной) каждой нары выходов подключены через резисторы к базам транзисторов предварительного усилителя. Анодныс Выводы диодов Д), Д2, Д; и Д6«образующие зажн:ыы отрицательной полярности, подсоединены через резисторы к базе транзистора Т. а аноды диодов Д, Дз, Д„и Д4 — к базе транзистора Т>.
Общие выводы обмоток WT и Ws, W; и W)О образуют зажимы положительной полярности выходов основных импульсов, а общие выводы обмоток Wi и W2, Wq и W4 — зажимы положительной полярности выходов дополняющих импульсов. Зажимы положительной полярности каждой пары выходов подключены к разноименным зажимам той же полярности другой пары выходов и через коммутирующие ключи к эмиттерам транзисторов предварительного у"силителя: В фазе А зажимы:Выходов осно«вных импульсов подключены к зажимам выходов дополняющих импульсов и к коллекторам транзисторов T)1 и Т!4 коммутирующих ключей.
Входы коммутпру!ощнх к.) ючей подсоединены к Выходам трехфазного генератора, например и фазс А базы транзнсгорных лючсй
T; Il Ti4 нодСОС.(нпСИЫ 1< ВЫХО.!III>!Ы ОО>IOTI;lх! тр()нс(1)орм()тора 1р). (лемь! управлсп))Я ) cuЛ НТС, ) я М Н фя 3 В Ii (., »)>)01 0. 1 1 С)п>1 с! Н 3, 10 i !)Ч I IO схеме ()()з)) Л.
1 1нвсртОр р«я001 сl(.т с.!с,! «!0IHIUI Ооразом.
Выхс)дное напряжение Е у широтно-нмнугнс)!ol o I0;l >, )5)Topi) (см. ())и) . 2) I)I>i t)pi) lt 1яс Ся ,i)to)д3х)н Й --Дз, li р у 1)т I lc le!0 o()p3з)IDTcH ОснОВИI>)с импульсы U . CI<83>t<)focTЬ этих нх!пульсе» ) = — Т «/1, где 1 - — длптсгii>llocT)>
)!х«)пу.чьса> Т« — - период 113)tp51>iсй частоты. Донолняк>щпе нхк!хл),(ы U )-ó могх г форм про»аться раз ))l÷itûм)! 0)п)собамп, 1134!ример, »стрсч:)ым вч<л!Очснпсм обмоток 1Г)
1>>с — — «1 .) Вч>IХОдногo 1 Pс)liс())ОРМ с)тоPII зс),! с) loщс) (> генератора н обмоток 1!х-„11" (;, 115 )) и Ч">) шпротIIO-НМГ!УЛЬСНОГО Х!ОД) ЛЯТОРс). (,(!)ОРХ!Н )ОВ;)Ни OЕ Г 3 К Н М О 0 р сl 3 ОХ! Н <3 ?? ?? ??>)<() I i I I C Е - у и Ы П р я Мляется диодами Д) — Д), п рсзультагс чего об>Р сЧЗ« IOTC5) ДО)«ОЛН Я)ОЩПС ПМ !1У 1!>С!>! CO Сl<»с) >К носгь!о 1 — у.
Осиo»11»IC 1! до))0;IИЯ)ОЩВС IDI)13, l»C)>l I)СН011>З> IOTC51 ДЛЯ ;1! Р ЯВЛЕПНЯ Т, )с! НЗИСТ ОРс) ЫП усп,.нггслсй прп помощи коммутпруfoili! I. кл)О5
2,5 чей, которые нерекл!очаются с выходной частотой синфазно с напряжениями соответствующих автогенераторов АГi — -АГ;) (напряжения Utq u Ui.i). Если, напрлмер, открыт транзистор Т!3 (транзистор I ):i закрыт), то в течение II01óïåpttoä3 Т/2 напряжения выходной частоты через резисторы на базу транзистора Т7 н()даются ос!)овныс !)ипу>!Ьсы Отрицательной полярности, а на базу транзистора 1 8 — дополняющие импульсы также отрицательной полярности. В следу!ощий нолунсрнод папряжсння основной >час.!оты открывается транзистор Т)4 (транзистор Т)) закрывается), вследствие чего на базу транзистора Т8 поступают осноьные, а на базу транзистора Т вЂ” дополняющие иипульсь!. В паузах между импульсами транзисторы Т и Т8 как обычно запираются через рсзпсторы от источника смещения Uc в результате чего на переходах база — эмпттер этих транзисторов формируются няпря>кенн)1 Е/07 и Uoq, скважность нынульсОВ отрицательной полярности которых» олпом полупернодс напряжения основной частоты равна у, а в другом — 1 — у. Колле!<торные напряжения Ut. 1ранзнсторы Т, н Т),), T))» Г), (c)!;I)))cлсй, ip»ii3длежащнх другим фазам, перек.почаются аиалогнчно, но со сдв)ггом ИО лсриоду Т выходного нач!ряжения, как во всякой трехфазной системе напряжения Ук9 и Ut
В той половине периода 1, В которой транзистор Т7 открывастся со скважност!Яо у, левая первичная полуобмотка трансформатора
Тр) подключается к напряжению питания также со скьажностыо у, а правая — со скважностью 1 — -у, В следующий полунернод Т/2, наоборот, правая г)олхсобмотка подключается и IICT0BIIIIIКНОСТЫО ), 3 ЛЕвая со сква>кностью 1 — у. Аналогично работают трансформаторы других фаз, поэтому режимы работы трансформаторов усилителей
В полупсрнодах симметричны и подмагничиваппс нх сердечников отсутст»усT.
Транзнс!оры каждого усилителя, например транзисторы Т- и Т, псреключа!Отся поочередно («напряжения IIIII>). < ООХ)0! ОК ПЯ ОЯЗЬ) силовых транзисторов, например Tранзнстоpo!) Т, н Т, поступают напряжения, нысющис такую жс форму, как напряжения Uo; н Е/б).
При этом амплитуды трансформпруемых !!оложнтельных и 0Tp»l(3Te,..)) t)I,1 нмшу,!Ьсов одинаковы.
IIp)t II3. «ICItCIII) II Ск»ЯЖИОС1 i) О! О до 1 Ямллнтуды как положительных, «к и отрицательных импульсов оста !0 гс51;!(;Стоя и ны и и
477508 б
Благодаря этому может быть уменьшена всличи>иа сопротивления в базовой цс:ш.
Форма напряжений коллектор-эмитгер силовых транзисторов, например Iia.tj>»>«etitttt
Гк1 — Гк., повторяет форму аналогичнь1х напряжений управляющего усилителя. Вследствие этого, например, при соединении нагрузки в «треуголы1ик» выходные напр»>кепи»
U.,1, Г„1 и Г трехфазного моста силовых транзисторов имеют вид пачек импульсов с длите tbttocrbto пачки 2/3Т. Поэтому среднее за время 2/3Т значение U,,ð выходных напряжевий U, Г 1 и Г (иа фиг. 2 показано пунктиром) оп редслястсл соотношением длительностейй положительных и отрицательных импульсов, т. е. скважиостью у.
При у=0,5 Гс1 =О, при "т = 1 Uср= Ги
Beëè÷tø3 скважиости импульсов широтноимиульспого модулятора определяетсл сигналом U,- управления, поступающим íà его в. од, "1«этому среднее за полупериод выходttoe иапря>ксиис и ток в нагрузке определяют ся величиной сигнала U,- управления.
Длл уменьшения динамических потерь мощности, возшгка1ощих при процессах переключения сило«ых траизисторо», предлагается вариант схемы трехфазного иивертора с однополярной формой импульсов несущей частоты в течение по !óïåðèîä3 выходного напряжения (см. фиг. 3) . Соглас.чи включенные обмотки
Wi 1l И . трансформаторов Тр1 и Тр трехфазного генератора первой и третьей фаз черсз резисторы и ди«ды Д.. Да и Д9, Д1 подключены к базам грапзисгоров Т-, Ta и Tii, Т1 одиоимспиых предварительных усилителей, т. 0. к транзисторам управляющих усилителей первой и третьей фаз.
Аналогично, согласно включсииыс обмотки !
Гз и К1, 1Г и 1Г трансформаторов Тр1 и Тр трехфазного генератора первой и третьей фаз через резисторы и диоды Д1, Дi и Д, Д1 подключены к базам транзисторов Т, Т8 и Т, Tjij одноименных усилителей. Согласно вк;иочсииыс оомотки»>з и W. трансформатор«в Тр и
Тр, второй и трстьсй фаз через рсзисторы и диоды Д;, Дв li gji>, Ди подк.ио:1еиы к базам траизисторо«Т9, Т1,> и T„, Т12 о Ittojt>tctliibi усилителей.
Пар«1 обмот«1 . «, III«1 o II Tot о >14с «рсдварительного усилителя включены BcTpcittt«п«отношению друг к другу. Например, пара обмоток 11> 1 трансформаторов Тр1 и 1 р,1 подк;иочсна к диодам Д и Д9 концом обмотки, а пара обмоток W> тех же трансформаторов подключена к диодам Дз и Д12 началом обмотки.
Каждая пара согласно включенных обмоток подсосдинеиа к эмпттерам транзисторов предваритс Ibtlblx усилителей. Точ It соединения анодов диодов Д1 и Д2, Д„и Д4, Д4 и Д, Д и Д8, Д> и Д1О, Д11 и Д1>, соответствс1шо, через резисторы Rj и R2, R3 и R4 R; и R.- nozключсиы к базам транзисторов Тjg It I 14, Т15 и
Т16, Т11 и TI8 Ко vli41>тир> toIIIIIx I(:tto teÉ.
С трансформаторов Tp) — Тр;, (см. фиг. 4) снимаются сдвииутыс на 120 эл. град. «ш1р»же«ия Ui —,Г,. В результате суммирования этих напряжений иа каждой паре согласно вкгпочеииых обмоток формируются 113пряжеtiit» Г1+(- з, Ги+Гз; и Г1+Г>. Таккак пары обмоток В1 и В 14 и Wi W4 и 14, Wa и jV,1
:включены встречно, то напряжения, снимаемые с них, сдвинуты иа 180 . Диоды Д; — Дд пропускают на базы транзисторов yc»;.:.11тслей
10 п коммутирующих кгночсй только отрицательные импульсы.
Таким образом, иа базы транзисторов предварительных усилителей .поступают три вида отрицательных импульсов: основные, дополня15 ющие и согласно включенных обмоток
1Г1 — W„.
В первый полупериод напрл>кения Uj иа 03зу транзистора Т1з со вторичной обмотки трансформатора Тр1 поступает отрицатель20 иый им ульс. Транзистор Т14 заперт положительным пмлульсом. При открытом транзисторе Т1З на базу транзистора Т7 поступают основные, à н3 базу транзистора Tti — дополняющис импульсы. При возникновении им уль25 са Ui+U, отрицательной полярности транзистор Т1Э запирается. Следовательно, на базы транзисторов Т7 и Ttj не поступают ни основные, ни дополняющие импульсы. Транзистор
Tti при этом заперт внешним смен;ением, так как импульс напряжения на обмоткa:i W> трансформаторов Тр1 и Тр имеет положительную.по отношеии1о к катоду диода Д полярность и запирает его.
Транзистор Т7 открывается:tìïóëbeoì наЗ5 пряжепия Uj+U3 на время Т/б (иаир»женил
Гб, и Uoii). В следующий интервал «рсмс«;1
Т/б113«РЯжеиил Uj+Uglt Uj —,U> имсi«T иаУз, и транзисторы Т7 и Tij управляются основными и дополняющими импульсами. несущей часто40 ты. На третьем интервале Т/6 транзисторы
Т-, и Т» управляются импульсом иаир»>кепи»
Ut+Ug, поступающим íà их «азы 1срсз диод
Д1. Во втором полупериоде 1роцссс симметричен. ,45 Два других предварительных ус11литслл работают аналогично, но со сдвигом и«фазе 113
120 эл. град.
В любой момент времени «ди11 пз и«луобмоток выходных трансформагоров ш>дключс50 иа к напряжению:питания, поэтому эти трансформаторы передают напряжения с пер«ичиых обмоток на вторичные без искажения, в результатс чего напряжения на «азовых обмотках силовых транзисторов Т1 — Т„- имеют
55 таку 1о же форму, как, соответственно, и а« ря>кенил Uoq — Гбд на базах транзисторов yettлителей.
На нагрузке, включенной в с<трсу1ольи«к::, иа выходе иивертора формируются напряжения Г,4, U>i и U с однополярной в течение полупериода выходного напряжения формой импульсов несущей частоты.
В отличие от схемы иа фиг. 1, в которой и;1 любом интервале периода переключаются с
65 высокой несущей частотой все три нары eiun4775О8 вых транзисторов TI u T., Т„" и T„, T„.- и T„, в схеме 11а фиг. 3 на любом интервале периода длительиостыо Т/6, переключается с»есущсй частотой только одна 1ара транзисторов. Так как основные динамические потери и силовом мосту возникают именно из-за переклю1еп»51 транзисторов с несущей частотой, то эти потер» в схеме иа фиг. 3 примерно в три раза меньше, чем в схеме па фиг. 1.
Предмет изобрстс)ния
1. Трехфазный )швертор с широп1о-импульсным регулированием выходного напряжения IIa несущей частоте, в несколько ряз превышающей выходную частоту, содержащий трехфазный мост силовых траизистороь, три управляющих двухтактных траизисторных усилителя с трансформаторным выходом, трехфазный генератор импульсов выходной частоты, задающий генератор импульсов I!есущей частоты и модулятор ширины этих имI I )ë üo 0 II, и м с ю и(п и и Я к а ж,(У 10 ч) а 3 ) д ьс и а Р ы
ВЫХОДОВ ОСНОВНЫХ И ДОПОЛНЯЮЩИХ ИМЛУЛЬСОВ рсгулирус)мой скважности, отлича(ои1ийся тем, что. с целью повышения к. и. д., зажимы од5 НОЙ Ilo. 151Риостll кажДой паРы ВыхОДОВ ОснОВиых и доиолп5пои(игх импульсов модулятора
coo;(Il!Ic1II» с оязой каждого из транзисторов управляющего усилителя, за)кимы другой полярности — — с разноименными зажимами той же полярности другой пары Выходов и через коммутирующие к,.почи с эмиттерами этих транзисторов, я Вход коммутируloII(IIY ключей сосдииси с ияходом трехфазиого генератора.
2. Иивертор Ilo !l. 1, отл11ча)О111ийся тем, 15 что, с цслшо уменьшения динамических потерь моппп)сти В силовых транзисторах, иоследователш1О и согласно вкл1очепиые Обмоп и Выходных трансформаторов первой и третьей, первой и .порой, Второй и третьей фяз трех2О фаз)»ого генератора подключены через резистОРы 11 дподь1 I(Входам ТРЯ»зистОРОВ УII1)IIB 15IIoIl(II Y усилителей одноименных фяз.
477508
/1 )—
° !ГЛЛГ1ЛЛ5ПЫ:Г ЯЯГ ГЮ41- РРРРПРсп U Ð Р РП
0 U UUUU H U;. UD J . 0
П С.П.ГГПП ППГГПГГР РПП а П П ППГГПГГ
, ; ППППГГПП П ПГГГГПППП ТПГГПП ПП П ПГЛГПППППГП-
1ГГ
Г-У
Ййййй ю —, ", фй Лйй1ЛЙЛЛГЧЛЯЛЛЛЛЛЙПЙЛ ЛЙМШЛ
" ., UI3UUUUULlUUUU Tj UUUlJ П- Пи LjULiij- rU U к,-.u„,O,-U IKUlT IfUUGlJ Ц ) ЦЦЦЦ, Д iJLIKl Г Ц 613&JU U
1 ",JLlULiL |ЛИЛ 0 Ц ЫЦ ЦЦ ПЦШПГПППППЦПЦЦЦПД"„; . „.П, i.l!Ji L U Ц Ц Ц, ЩЦГ1ЩДГД-ДЦ т UT3UUUUUUlJUHJU—, Н,,П Г,à — ЦЯНЯ-О٠— —,П НН Й,-=
u,;gag- -"ДЩЦЯЩ - ЯЩЯ Щ -Г
lR85t%b ШЯЫЙЦ вЂ” 7RP — -
4775Ос)
ulkV3I
Г ,> г)>
> ((!, /
>
)1 ППППП П П .....,, и г.пп
0БЦПДЦБ! (-)!)пг а
Со" гави t e„tt В. Моин
Рода mp А, Пе)(соченко Texpe;I 3. Тараиенко .))орре);тор P. Юсипова
Заказ 5829 ))3;е . о )637 ) и!)а)!(78 ) ) I(>,t>ltfCII(iс
Ц) )))! )) )И Государс!!)сапого кы)птста Cot)cT:t (Iftttttc)I>ot, СГХ!) llo;tcс!Им изо()))(тспиЙ и отк!)ытп!!! )3035, Москва, Ж-35, I ttytttct пай.,,(. -)/>
O(> ). T tttt, K(>cT))(>)tct((>c(1 ъ !!>зава!спи!1 It:tft ITc 1! cTt), I!oct!!T))а())пп II t(till>! liot! !(!)Too.ill