Трифазен многоканален инвертор на напрежение

Притежатели на патенти RU 2559804:

Изобретението се отнася до областта на електротехниката, наречена "мощна електроника", и може да се използва в електрически инсталации при създаване на мощни статични честотни преобразуватели, използващи контролирани полупроводникови устройства (транзистори или заключващи се тиристори), шунтирани с "обратни" диоди. За да се получат необходимите стойности на тока във всяка фаза на инвертора, има N паралелни канала, управлявани така, че изходните напрежения на съседните канали да се изместват с 1/N от периода на носещата честота. Свързването на паралелни канали на всяка фаза се осъществява с помощта на N двунамотъчни изравнителни реактора, осигуряващи технически резултат - подобряване на формата на кривата на изходното напрежение на инвертора. 1 болен.

Понастоящем в различни електрически инсталации, в регулируеми електрически задвижвания, във вторични източници на енергия, в електрически инсталации за комуникация с DC преносни линии и други електрически инсталации се използват инвертори на напрежение, които преобразуват постоянен ток в променлив ток. Тези инвертори използват напълно контролирани полупроводникови устройства (FCD) (транзистори или затворени тиристори), шунтирани с "flyback" диоди. Тези софтстартери са свързани към трифазна мостова верига. Подходящият контрол осигурява работата на софтстартера в ключов режим, а регулирането на изходното напрежение на такива инвертори по правило се извършва чрез метода на модулация на ширината на импулса (PWM), при който в интервала от един период на основната честота софтстартерът многократно се включва и изключва, така чебяха осигурени необходимите параметри на основната вълна (1-ви хармоник) на изходното напрежение. В същото време загубите на енергия в софтстартера са минимални, но изкривяването на изходното напрежение от високочестотни компоненти (компоненти на "носещата" честота) е високо. В едноканалните едноциклични инвертори, които нямат паралелни клонове във фазата на инвертора, се използват изглаждащи филтри за намаляване на хармоничните нива на носещата честота при натоварване, чието използване може да доведе до влошаване на техническите и икономическите показатели.

За създаване на инвертори се произвежда широка гама от меки стартери. Допустимите токове на тези устройства са до няколко kA, но това не е достатъчно за инсталации с висока мощност. Паралелното свързване на софтстартери или паралелното свързване на трифазни мостови инвертори използва различни начини за изравняване на токовете на софтстартери, свързани паралелно, но те не влияят на формата на кривата на изходното напрежение на инвертора.

Прототипът на предложеното решение е добре познатата трифазна инверторна схема, във всяка фаза на която има 3 паралелни канала, наречени цикли (Иванов А. В. и др. Характеристики на инвертора с многоциклична широчинно-импулсна модулация. "Електричество", 1979, № 8, стр. 42-47, "Енергетика"). Софтстартерите на тези паралелни канали на всяка фаза се превключват с изместване от 1/3 от носещия цикъл. За свързване на паралелните канали към фазовия изход на инвертора се използват трипръчкови реактори с по една намотка на всеки прът. Недостатъкът на това решение е, че за да се реализира инвертор с N канала (N паралелни разклонения), са необходими пренапрежителни реактори със сложни магнитни вериги (N-родни магнитни вериги). В допълнение, намотката на всеки прът на реактора създава значителен магнитен поток, преминаващ извън магнитната верига (поток на изтичане) итова може да е неприемливо при поставяне на реактора в затворено пространство.

Предложената схема на трифазен многоканален инвертор на напрежение, управляван по метода на PWM, осигурява подобрена форма на кривата на напрежението на натоварването и се реализира с помощта на изравнителни реактори с две намотки, чиито потоци на изтичане могат да бъдат минимални. Ядрата на реактора са прости по конструкция. Чертежът показва функционална схема на предложения трифазен N-канален инвертор на напрежение. Този инвертор включва фази 1, 2 и 3 с мек стартер. Всяка фаза съдържа N паралелни клона (цикли). Управляващите входове на софтстартера на фази 1, 2 и 3 са свързани към изхода на управляващия блок 4. Входовете на всички фазови канали са свързани към един източник на постоянен ток 5 паралелно. В допълнение, инверторът включва три групи от двунамотъчни реактори за пренапрежение 6, 7 и 8, всяка от които има N двунамотъчни реактори за пренапрежение. Изходите на каналите на фаза 1 са свързани към началото на първичните намотки (намотки W1) на групата реактори 6, така че изходът A1 е свързан към началото на намотката W1 на първия реактор на групата (реактор 1-6), изходът A2 е свързан към началото на намотката W1 на втория реактор от група 6 (реактор 2-6) и т.н., а изходът AN на фаза 1 е свързан към началото на намотката W1 на реактор N-6. По същия начин изходите на каналите на фаза 2 (изходи B1, B2, ... BN) са свързани към началото на намотките W1 на реакторите от група 7, а изходите на каналите на фаза 3 (изходи C1, C2, ... CN) са свързани към началото на намотките W1 на реакторите от група 8. Във всяка група реактори краищата на намотките W1 са свързани към краищата на намотките W2 на реакторите в пръстеновидна верига, така че краят на намотката W1 на реактора 1-6 е свързан с края на намотката W2 на реактора 2-6 и т.н. и краят на намотката W1 на реактора N-6 е свързан към края на намотката W2 на реактора 1-6. Началото на намотките W2 на всички реактори от група 6 са свързани заедно иформират изхода на фаза А на инвертора. По същия начин, началото на намотките W2 на реакторите от групи 7 са свързани и тази точка на свързване е изходът на фаза B на инвертора. Входът на фаза C на инвертора е точката на свързване на всички начала на намотките W2 на реактори от група 8.

Предложеният многоканален инвертор на напрежение работи като N-цикличен PWM инвертор. Такъв алгоритъм се осигурява от факта, че управляващият блок 4 доставя управляващи импулси към SCP на фази 1, 2 и 3, така че на изходите на фазовите канали се създават импулси на променливо напрежение с носеща честота. Фазовите отмествания между изходните напрежения на каналите в една фаза са равни на 1/N от периода на носещата честота. Средната стойност на напрежението на изхода на всеки фазов канал за периода на носещата честота се определя от необходимата стойност на основната вълна на изходното напрежение на фазата на инвертора. Посочените импулси на напрежение от изходите на каналите на една фаза се подават към първичните намотки на пренапрежителните реактори от същата група. Благодарение на пръстеновидното свързване на първичната и вторичната намотки, реакторите на групата се ремагнетизират с носещата честота. В резултат на това амплитудата на пулсациите на напрежението на фазата с носещата честота намалява N пъти, което води до подобряване на хармоничния състав на напрежението на изхода на фазата на инвертора. В предложената схема на многоканален инвертор на напрежение, пренапрежителни реактори с проста конструкция на магнитната верига. Магнетизиращите сили от товарните токове, протичащи през намотките на всеки реактор, са насочени противоположно, така че намагнитването на магнитната верига от тези токове може да бъде минимално. Основното обръщане на намагнитването на магнитната верига на всеки реактор става с носещата честота. Най-високото напрежение на носещата честота на бобината на реактора, равно на 1/4 от напрежението на входа на инвертора, възниква в тези интервали, когато вълната на основното напрежение на фазовия изходинверторът е близо до нулата. При добро магнитно свързване на намотките на реактора, потоците на утечки, създадени от токовете на натоварване на инвертора, могат да бъдат незначителни, така че реакторите могат да бъдат инсталирани достатъчно близо до тоководещите структурни елементи.

Трифазен многоканален инвертор на напрежение, управляван по метода на PWM и съдържащ във всяка фаза N паралелни канала, образувани от полупроводникови устройства (транзистори или заключващи се тиристори), управлявани така, че паралелните канали на фазата да се превключват с изместване от 1/N от периода на носещата честота, и три групи от двунамотъчни пренапрежителни реактори с N реактора във всяка група, характеризиращи се с това, че изходите на N канала на всеки фаза са свързани към началото на първичните намотки на реакторите за пренапрежение от една група, краищата на тези първични намотки на реакторите от една група са свързани с краищата на вторичните намотки на реакторите от тази група в пръстеновидна верига, така че краят на вторичната намотка на първия реактор е свързан с края на вторичната намотка на втория реактор и т.н., а краят на първичната намотка на реактора N е свързан към края на вторичната намотка на първия реактор от тази група, началото на всички вторични намотки на реакторите от една група са свързани заедно и образуват изхода на една фаза на инвертора.