RU132280U1

RU132280U1 - THREE PHASE CURRENT INVERTER

Info

Publication number: RU132280U1
Application number: RU2013117879/07U
Authority: RU
Inventors: Станислав Борисович Резников; Владимир Владимирович Бочаров; Георгий Александрович Дубенский; Андрей Вячеславович Лавринович
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2013-09-10

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в качестве преобразователя постоянного, в трехфазное синусоидальное в системах электроснабжения перспективных самолетов с полностью электрифицированным оборудованием, а так же других транспортных средств. Основным техническим результатом предложения является улучшение качества выходной электроэнергии, в частности - синусоидальности формы выходных токов и напряжений. Дополнительными техническими результатами предложения являются: возможность общего заземления входных и выходных цепей для упрощения конструкции и повышения электробезопасности, а также расширение функциональных возможностей устройства, а именно - питания нагрузки постоянного тока с обеспечением гальванической развязки, и работоспособности при питающем напряжении с увеличенной глубиной пульсаций. Указанные технические результаты обеспечиваются БЛАГОДАРЯ тому, что в трехфазный инвертор тока, содержащий два входных и три фазных выходных вывода (1, 2 и 3, 4, 5) для подключения к источнику питания постоянного тока и к трехфазной нагрузке переменного тока, входной импульсный регулятор (6) с первой диодно-ключевой стойкой и реактором, три электронных коммутатора (7, 8, 9), имеющих каждый два последовательно-согласно включенных основных электронных ключа (10, 11) и выходной фильтровый конденсатор (12), а также блок управления (13), имеющий цепи (14, 15, 16) обратных связей по входным и выходным параметрам, три группы основных модулирующих выходных выводов (17), и регулирующие выходные вьтоды (18), ВВЕДЕНЫ общий заземляющий вывод (19) и входная двухконденсаторная емкостная стойка (20-21); во входной импульсный регулятор в дополнение к первой диодно-ключевой стойке (22-23) ВВЕДЕНА аналогичная вторая стойка (24-25), а реактор (26) ВЫПОЛНЕН с двумя обмотками (27, 28); в каждый электронный коммутатор ВВЕДЕНЫ однонаправленные три двуключевые электронные стойки (29-30, 31-32 и 33-34), управляемая двухвентельная стойка (35-36), две двухдиодные стойки (37-38 и 39-40), два диода (41,42) и трансреактор с двумя парами первичных обмоток (43-44 и 45-46), а в блок управления ВВЕДЕНЫ три группы дополнительных модулирующих выходных выводов (47, 48, 49) и три группы релейных выходных выводов (50), диодно-конденсаторная цепочка (51-52), многопозиционный переключатель (53) и дополнительные выходные выводы (54, 55) для подключения нагрузки постоянного тока, а трансреакторы всех его электронных коммутаторов ВЫПОЛНЕНЫ с общим для всех магнитопроводом (56), дополненным вторичной обмоткой (57). В ф-ле 2п., илл. - 1. The proposed utility model relates to electrical engineering and to pulsed power electronics and is intended to be used as a constant to three-phase sinusoidal converter in power supply systems of promising aircraft with fully electrified equipment, as well as other vehicles. The main technical result of the proposal is to improve the quality of the output electricity, in particular, the sinusoidality of the shape of the output currents and voltages. Additional technical results of the proposal are: the possibility of common grounding of input and output circuits to simplify the design and increase electrical safety, as well as expanding the functionality of the device, namely, supplying a DC load with galvanic isolation, and operability with a supply voltage with an increased ripple depth. The indicated technical results are provided THANKS to the fact that in a three-phase current inverter containing two input and three phase output outputs (1, 2 and 3, 4, 5) for connecting to a DC power source and to a three-phase AC load, the input pulse regulator ( 6) with the first diode-key rack and reactor, three electronic switches (7, 8, 9) having each two in series-according to the included main electronic keys (10, 11) and an output filter capacitor (12), as well as a control unit ( 13) having chains (14, 15, 16) about ratnyh connections for input and output parameters are three main groups of baseband output terminals (17), and Regulatory vtody output (18), enter a common ground terminal (19) and the input capacitance dvuhkondensatornaya rack (20-21); in addition to the first diode-key rack (22-23), a similar second rack (24-25) is introduced into the input pulse regulator, and the reactor (26) is EXECUTED with two windings (27, 28); unidirectional three two-key electronic racks (29-30, 31-32 and 33-34), a controlled two-valve rack (35-36), two two-diode racks (37-38 and 39-40), two diodes (41 , 42) and a transreactor with two pairs of primary windings (43-44 and 45-46), and three groups of additional modulating output terminals (47, 48, 49) and three groups of relay output terminals (50), diode a capacitor chain (51-52), a multi-position switch (53) and additional output terminals (54, 55) for connecting a DC load, and the transreactors of all its electronic switches are COMPLETED with a magnetic circuit common to all (56), supplemented by a secondary winding (57). In f-le 2p., Ill. - one.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в качестве преобразователя постоянного, в частности - выпрямленного напряжения, в трехфазное синусоидальное в системах электроснабжения перспективных самолетов с полностью электрифицированным оборудованием (так называемых «полностью электрических самолетов»), а так же других транспортных средствThe proposed utility model relates to electrical engineering and to pulsed power electronics and is intended for use as a converter of direct, in particular, rectified voltage, into a three-phase sinusoidal in the power supply systems of promising aircraft with fully electrified equipment (the so-called “all-electric aircraft”), and same other vehicles

Известны трехфазные инверторы тока (аналоги), содержащие входной импульсный регулятор постоянного (выпрямленного) тока, реакторное звено постоянного тока и трехфазный электронный мостовой транзисторно-диодный коммутатор с выходными фильтровыми конденсаторами (Зиновьев Г.С. Силовая электроника учеб. пособие для бакалавров / Г.С. - 5-е изд. испр. и доп. - М: Издательство Юрайт, 2012 - 667 с - Серия: Бакалавр. Углубленный курс., стр.627, рис.13.7.56).Known three-phase current inverters (analogues) containing an input pulse regulator of direct (rectified) current, a reactor DC link and a three-phase electronic bridge transistor-diode switch with output filter capacitors (Zinoviev G.S. Power Electronics study guide for bachelors / G. S. - 5th ed. Rev. And add. - M: Publishing house Yurayt, 2012 - 667 s - Series: Bachelor. Advanced course., P. 627, Fig. 13.7.56).

К недостаткам известных трехфазных инверторов тока (аналогов) относятся неработоспособность при питании от источника постоянного тока, плохое качество выходной электроэнергии, в частности - существенная не синусоидальность формы выходных токов и напряжений, невозможность общего заземления входных и выходных цепей, снижающая электробезопасность при эксплуатации.The disadvantages of the known three-phase current inverters (analogues) include inoperability when powered by a direct current source, poor quality of the output electricity, in particular, a significant non-sinusoidal shape of the output currents and voltages, the impossibility of common grounding of the input and output circuits, which reduces electrical safety during operation.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому устройству является трехфазный инвертор тока (прототип), содержащий входной импульсный регулятор постоянного тока, реакторное звено постоянного тока и трехфазный электронный мостовой коммутатор с выходными фильтровыми конденсаторами (Патент на полезную модель №63994 U1 Трехфазный инвертор тока. Резников СБ., Соколов А.И., МАИ, Бюлл. №16 от 10.06.2007).The closest in technical essence to the proposed device is a three-phase current inverter (prototype), containing an input switching DC regulator, a reactor DC link and a three-phase electronic bridge switch with output filter capacitors (Utility Model Patent No. 63994 U1 Three-phase current inverter. Reznikov SB ., Sokolov A.I., MAI, Bull. No. 16 dated 06/10/2007).

К недостаткам указанного трехфазного инвертора тока (прототипа) относятся: плохое качество выходной электроэнергии, в частности - существенная несинусоидальность формы выходных токов и напряжений, невозможность общего заземления входных и выходных цепей, снижающая электробезопасность при эксплуатации устройства, а также узкие функциональные возможности устройства, а именно - неспособность питания нагрузки постоянного тока с обеспечением гальванической развязки цепей источника и нагрузки, неработоспособность при питающем напряжении с увеличенной глубиной пульсаций, например - выпрямленном напряжении однофазной сети переменного тока.The disadvantages of this three-phase current inverter (prototype) include: poor quality of the output electricity, in particular, significant non-sinusoidal shape of the output currents and voltages, the impossibility of common grounding of the input and output circuits, reducing electrical safety during operation of the device, as well as the narrow functionality of the device, namely - the inability to supply a DC load with galvanic isolation of the source and load circuits, inoperability with the supply voltage and with an increased ripple depth, for example, a rectified voltage of a single-phase AC network.

Основным техническим результатом предложения является улучшение качества выходной электроэнергии, в частности - синусоидальности формы выходных токов и напряжений.The main technical result of the proposal is to improve the quality of the output electricity, in particular, the sinusoidality of the shape of the output currents and voltages.

Дополнительными техническими результатами предложения являются: возможность общего заземления входных и выходных цепей для упрощения конструкции и повышения электробезопасности при эксплуатации устройства, а также расширение функциональных возможностей устройства, а именно - питания нагрузки постоянного тока с обеспечением гальванической развязки цепей источника и нагрузки и работоспособности при питающем напряжении с увеличенной глубиной пульсаций, например - выпрямленном напряжении однофазной сети переменного тока.Additional technical results of the proposal are: the possibility of common grounding of input and output circuits to simplify the design and increase electrical safety during operation of the device, as well as expanding the functionality of the device, namely, supplying a DC load with galvanic isolation of the source and load circuits and working capacity at supply voltage with increased ripple depth, for example, the rectified voltage of a single-phase AC network.

Указанные технические результаты обеспечиваются БЛАГОДАРЯ тому, что в трехфазный инвертор тока, содержащий два входных и три фазных выходных вывода для подключения к источнику питания постоянного тока и к трехфазной нагрузке переменного тока, входной импульсный регулятор с первой диодно-ключевой стойкой и реактором, три параллельно соединенных по входу электронных коммутатора, имеющих каждый два последовательно-согласно включенных основных электронных ключа и выходной фильтровый конденсатор, подключенный первым выводом к соответствующему фазному выходному выводу устройства, а также блок управления, имеющий цепи обратных связей по входным и выходным параметрам с датчиками входных и выходных токов и напряжений, три группы основных модулирующих выходных выводов, подключенных к управляющим выводам основных электронных ключей соответствующих коммутаторов, и регулирующие выходные выводы, подключенные к управляющим выводам импульсного регулятора, ВВЕДЕНЫ общий заземляющий вывод и входная двухконденсаторная емкостная стойка с заземленным средним выводом, шунтирующая входные выводы устройства; во входной импульсный регулятор в дополнение к имеющейся однонаправленной первой диодно-ключевой стойке ВВЕДЕНА аналогичная вторая стойка, а реактор ВЫПОЛНЕН с двумя последовательно-встречно соединенными обмотками; в каждый электронный коммутатор ВВЕДЕНЫ однонаправленные три двуключевые электронные стойки, управляемая двухвентельная стойка, две двухдиодные стойки, два диода и трансреактор с двумя парами первичных обмоток, а в блок управления ВВЕДЕНЫ три группы дополнительных модулирующих выходных выводов и три группы релейных выходных выводов, причем в каждом электронном коммутаторе первая электронная стойка, зашунтированная крайними выводами первой двухдиодной стойки, своим средним силовым выводом подключена вместе со средним выводом второй двухдиодной стойки к соответствующему фазному выходному выводу устройства, каждым крайним силовым выводом подключена через последовательно соединенные соответствующую первичную обмотку первой их пары и диод к соответствующему входному выводу устройства, а управляющими выводами - к первой группе дополнительных модулирующих выходных выводов блока управления, вторая электронная стойка, зашунтирована крайними выводами второй двухдиодной стойки, своим средним силовым выводом подключена вместе со средним выводом первой двухдиодной стойки, а также со средними силовыми выводами третьей электронной стойки и двухвентельной стойки ко второму заземленному выводу выходного фильтрового конденсатора, каждым крайним силовым выводом подключена через последовательно соединенные соответствующие первичную обмотку второй их пары и основной электронный ключ к соответствующему входному выводу устройства, а управляющими выводами - ко второй группе дополнительных модулирующих выходных выводов блока управления, третья электронная стойка каждым крайним силовым выводом подключена к точке соединения соответствующих первичной обмотки первой их пары и диода, а управляющими выводами - к третьей группе дополнительных модулирующих выходных выводов блока управления, а двухвентильная стойка каждым крайним силовым выводом подключена к точке соединения соответствующих первичной обмотки второй их пары и основного электронного ключа, а управляющими выводами - к соответствующей группе релейных выходных выводов блока управления, а также БЛАГОДАРЯ тому, что в него ВВЕДЕНЫ диодно-конденсаторная цепочка, многопозиционный переключатель и дополнительные выходные выводы для подключения нагрузки постоянного тока, а трансреакторы всех его электронных коммутаторов ВЫПОЛНЕНЫ с общим для всех магнитопроводом, дополненным многовыводной вторичной обмоткой, зашунтарованной через указанный переключатель указанной цепочкой, выводы конденсатора которой подключены к дополнительным выходным выводам устройства.The indicated technical results are provided THANKS to the fact that a three-phase current inverter containing two input and three phase output terminals for connecting to a DC power source and a three-phase AC load, an input pulse regulator with a first diode-key rack and a reactor, three connected in parallel at the input of electronic switches having each two in series-according to the included main electronic keys and an output filter capacitor connected by the first output to the corresponding phase output terminal of the device, as well as a control unit having feedback circuits for input and output parameters with sensors of input and output currents and voltages, three groups of main modulating output terminals connected to the control terminals of the main electronic keys of the corresponding switches, and regulating output conclusions connected to the control terminals of the pulse regulator, a common ground terminal and an input two-capacitor capacitive rack with a grounded middle terminal are introduced, bypassing the input terminals of the device; in addition to the existing unidirectional first diode-key rack, a similar second rack is introduced into the input pulse regulator, and the reactor is EXECUTED with two windings connected in series and opposite; unidirectional three two-key electronic racks, a controllable two-fan racks, two two-diode racks, two diodes and a transreactor with two pairs of primary windings, and three groups of additional modulating output terminals and three groups of relay output terminals, are introduced into each electronic switchboard, and each electronic switch, the first electronic rack, shunted by the extreme leads of the first two-diode rack, is connected with the middle terminal of the second by its average power output a two-diode rack to the corresponding phase output terminal of the device, each extreme power terminal is connected through a series-connected corresponding primary winding of the first pair of them and a diode to the corresponding input terminal of the device, and the control terminals to the first group of additional modulating output terminals of the control unit, the second electronic rack is shunted extreme conclusions of the second two-diode rack, its average power output is connected together with the middle output of the first two-diode st yki, as well as with the average power terminals of the third electronic rack and the two-fan rack, to the second grounded terminal of the output filter capacitor, each extreme power terminal is connected through a series-connected corresponding primary winding of the second pair and the main electronic key to the corresponding input terminal of the device, and the control terminals - to the second group of additional modulating output terminals of the control unit, the third electronic rack is connected to each extreme power terminal to the connection point of the corresponding primary winding of their first couple and the diode, and the control terminals to the third group of additional modulating output terminals of the control unit, and a two-valve rack with each extreme power output is connected to the connection point of the corresponding primary winding of their second pair and the main electronic key, and the control conclusions - to the corresponding group of relay output terminals of the control unit, and also THANKS that a diode-capacitor circuit, a multi-position eklyuchatel and additional output terminals for connection of the DC load and transreaktory all its electronic switches configured common to all yoke supplemented multiterminal secondary winding zashuntarovannoy through said switch of said chain, wherein the capacitor terminals are connected to output terminals of the additional device.

Лабораторные экспериментальные исследования макета устройства и его компбютерное моделирование подтвердили его работоспособность и целесообразность широкого промышленного использования.Laboratory experimental studies of the device model and its computer simulation confirmed its operability and the feasibility of wide industrial use.

На чертеже (см. Фиг.) приведены принципиальная схема силовой части и внешние цепи блока управления предлагаемого трехфазного инвертора тока.The drawing (see. Fig.) Shows a schematic diagram of the power unit and the external circuit of the control unit of the proposed three-phase current inverter.

Трехфазный инвертор тока содержит два входных и три фазных выходных вывода 1, 2 и 3, 4, 5 для подключения к источнику питания постоянного тока и к трехфазной нагрузке переменного тока, соответственно, входной импульсный регулятор 6, три параллельно соединенных по входу электронных коммутатора 7, 8, 9, имеющих каждый два последовательно-согласно включенных основных электронных ключа 10, 11 и выходной фильтровый конденсатор 12, а также блок управления 13. Последний имеет цепи 14, 15, 16 обратных связей по входным и выходным параметрам с датчиками входных и выходных токов и напряжений, три группы основных модулирующих выходных выводов 17, и регулирующие выходные выводы 18. Устройство содержит также общий заземляющий вывод 19, входную двухконденсаторную стойку 20-21 с заземленным средним выводом, шунтирующую входные выводы устройства. Входной импульсный регулятор состоит из первой и второй диодно-ключевых стоек 22-23 и 24-25 и реактора 26, выполненного с двумя последовательно-встречно соединенными обмотками 27, 28. Каждый электронный коммутатор имеет также три однонаправленные двуключевые электронные стойки 29-30, 31-32 и 33-34, управляемую двухвентельную стойку 35-36, две двухдиодные стойки 37-38 и 39-40, два диода 41,42 и трансреактор с двумя парами первичных обмоток 43-44 и 45-46. Блок управления имеет также три группы дополнительных модулирующих выходных выводов 47, 48, 49 и три группы релейных выходных выводов 50. Кроме этого устройство содержит диодно-конденсаторную цепочку 51-52, многопозиционный переключатель 53 и дополнительные выходные выводы 54, 55 для подключения нагрузки постоянного тока. Трансреакторы всех электронных коммутаторов выполнены с общим для всех магнитопроводом 56, имеющим дополнительную многовыводную вторичную обмотку 57.A three-phase current inverter contains two input and three phase output terminals 1, 2 and 3, 4, 5 for connecting to a DC power source and a three-phase AC load, respectively, an input pulse regulator 6, three electronic switches 7 connected in parallel to the input, 8, 9, each having two main sequentially connected electronic keys 10, 11 and an output filter capacitor 12, as well as a control unit 13. The latter has a feedback circuit 14, 15, 16 for input and output parameters with input sensors output currents and voltages, the three major groups of baseband output terminals 17 and output terminals 18. The regulating device also comprises a common ground terminal 19, the input rack dvuhkondensatornuyu 20-21 with earthed middle terminal, input terminals of the shunt device. The input pulse regulator consists of the first and second diode-key racks 22-23 and 24-25 and the reactor 26, made with two series-opposite connected windings 27, 28. Each electronic switch also has three unidirectional two-key electronic racks 29-30, 31 -32 and 33-34, a controlled double-shaft rack 35-36, two two-diode racks 37-38 and 39-40, two diodes 41.42 and a transreactor with two pairs of primary windings 43-44 and 45-46. The control unit also has three groups of additional modulating output terminals 47, 48, 49 and three groups of relay output terminals 50. In addition, the device includes a diode-capacitor circuit 51-52, a multi-position switch 53 and additional output terminals 54, 55 for connecting a DC load . Transreactors of all electronic switches are made with a common magnetic circuit 56, having an additional multi-output secondary winding 57.

Выходной фильтровый конденсатор 12 каждого электронного коммутатора 7, 8, 9 подключен первым выводом к соответствующему фазному выходному выходу устройства. Три группы основных модулирующих выходных выводов 17 блока управления 13 подключены к управляющим выводам основных электронных ключей 10,11 соответствующих коммутаторов 7, 8, 9 а регулирующие выходные выводы 18 - к управляющим выводам импульсного регулятора 6.The output filter capacitor 12 of each electronic switch 7, 8, 9 is connected by the first output to the corresponding phase output output of the device. Three groups of the main modulating output terminals 17 of the control unit 13 are connected to the control terminals of the main electronic keys 10,11 of the respective switches 7, 8, 9 and the regulatory output terminals 18 to the control terminals of the pulse controller 6.

В каждом электронном коммутаторе 7, 8, 9 первая электронная стойка 29-30, зашунтированная крайними выводами первой двухдиодной стойки 37-38, своим средним силовым выводом подключена вместе со среднем выводом второй двухдиодной стойки 39-40 к соответствующему фазному выходному выводу 3, 4, 5 устройства, каждым крайним силовым выводом подключена через последовательно соединенные соответствующую первичную обмотку первой их пары 43-44 и диод 41,42 к соответствующему входному выводу 1, 2 устройства, а управляющими выводами - к первой группе 47 дополнительных модулирующих выходных выводов блока управления 13. Вторая электронная стойка 31-32, зашунтированная крайними выводами второй двухдиодной стойки 39-40, своим средним силовым выводом подключена вместе со средним выводом первой двухдиодной стойки 37-38, а также со средними силовыми выводами третьей электронной стойки 33-34 и двухвентильной стойки 35-36 ко второму заземленному выводу выходного фильтрового конденсатора 12, каждым крайним силовым выводом подключена через последовательно соединенные соответствующие первичную второй их пары 45-46 и основной электронный ключ 10, 11 к соответствующему входному выводу 1,2 устройства, а управляющими выводами - ко второй группе 48 дополнительных модулирующих выходных выводов блока управления 13. Третья электронная стойка 33-34 каждым крайним силовым выводом подключена к точке соединения соответствующих первичной обмотки первой их пары 43-44 и диода 41, 42, а управляющими выводами - к третьей группе 49 дополнительных модулирующих выходных выводов блока управления 13. Двухвентельная стойка 35-36 каждым крайним силовым выводом подключена к точке соединения соответствующих первичной обмотки второй их пары 45-46 и основного электронного ключа 10, 11, а управляющими выводами - к соответствующей группе 50 релейных выходных выводов блока управлении 13. Многовыводная вторичная обмотка 57 общего реакторного магнитопровода 56 зашунтирована через многопозиционный переключатель 53 диодно-конденсаторной цепочкой 51-52, выводы конденсатора 52 которой подключены к дополнительным выходным выводам 54,55 устройства.In each electronic switch 7, 8, 9, the first electronic rack 29-30, shunted by the extreme terminals of the first two-diode rack 37-38, is connected with its middle output of the second two-diode rack 39-40 to the corresponding phase output terminal 3, 4, 5 devices, each extreme power terminal is connected through a series-connected corresponding primary winding of their first pair 43-44 and a diode 41,42 to the corresponding input terminal 1, 2 of the device, and the control terminals to the first group 47 additional modulating output terminals of the control unit 13. The second electronic rack 31-32, shunted by the extreme terminals of the second two-diode rack 39-40, is connected with its middle power output together with the middle terminal of the first two-diode rack 37-38, as well as with the average power terminals of the third electronic rack 33 -34 and two-valve racks 35-36 to the second grounded terminal of the output filter capacitor 12, each extreme power terminal is connected through a series-connected corresponding primary of the second pair of 45-46 and bases the second electronic key 10, 11 to the corresponding input terminal 1.2 of the device, and the control terminals to the second group 48 of additional modulating output terminals of the control unit 13. The third electronic rack 33-34 is connected by each extreme power terminal to the connection point of the corresponding primary winding of the first pairs 43-44 and the diode 41, 42, and the control pins to the third group of 49 additional modulating output pins of the control unit 13. A two-shaft rack 35-36 is connected to each connection point by each extreme power pin corresponding to the primary winding of their second pair 45-46 and the main electronic key 10, 11, and the control leads to the corresponding group 50 of the relay output terminals of the control unit 13. The multi-output secondary winding 57 of the common reactor magnetic circuit 56 is shunted through the multi-position switch 53 by the diode-capacitor circuit 51 -52, the conclusions of the capacitor 52 of which are connected to additional output terminals 54.55 of the device.

В качестве основных электронных ключей 10, 11, а также ключей электронных стоек 29-30, 31-32, 33-34 можно использовать транзисторы, в частности IGBT с обратно-блокирующими диодами в коллекторной цепи, в качестве электронных ключей 23, 25 диодно-ключевых стоек 22-23 и 24-25 можно использовать биполярные транзисторы с шунтирующими обратными диодами или полевые транзисторы с внутренними обратными диодами. В качестве управляемых вентилей двухвентильной стойки 35-36 можно использовать обычные однооперационные тиристоры без схем искусственного запирания.As the main electronic keys 10, 11, as well as the keys of electronic racks 29-30, 31-32, 33-34, you can use transistors, in particular IGBTs with reverse-blocking diodes in the collector circuit, as electronic keys 23, 25 of the diode key racks 22-23 and 24-25 you can use bipolar transistors with shunt reverse diodes or field effect transistors with internal reverse diodes. As controlled valves of a two-valve rack 35-36, you can use conventional single-operation thyristors without artificial locking circuits.

Для реализации каналов цепей обратных связей 14, 15 по входным параметрам и регулирующих выходных выводов 18 блока 13 управления можно использовать широко выпускаемые микросхемы «широтно-импульсной модулятор (ШИМ)». Для цепей обратных связей 16 и модулирующих выходных выводов 47, 48, 49 можно использовать также широко выпускаемые микросхемы «корректор коэффициента мощности».To implement the channels of the feedback circuits 14, 15 with respect to the input parameters and the regulating output terminals 18 of the control unit 13, it is possible to use widely produced microcircuits “pulse-width modulator (PWM)”. For feedback circuits 16 and modulating output pins 47, 48, 49, widely available power factor corrector microcircuits can also be used.

Трехфазный инвертор тока работает следующим образом. Входные выводы 1, 2 устройства подключают к источнику постоянного тока с полярностью, показанной на чертеже, а фазные выходные выводы и общий зазаемляющий вывод 19 - к трехфазной нагрузке переменного тока, например - к приводному трехфазному электродвигателю с якорной обмоткой, соединенной в звезду с заземленным нулевым (нейтральным) выводом.A three-phase current inverter operates as follows. The input terminals 1, 2 of the device are connected to a direct current source with the polarity shown in the drawing, and the phase output terminals and the common grounding terminal 19 are connected to a three-phase AC load, for example, to a three-phase drive motor with an armature winding connected to a star with a grounded zero (neutral) conclusion.

На регулирующих выходных выводах 18 блока управления 13 формируются широтно-модулированные импульсные сигналы, поступающие на управляющие выводы транзисторов 23 и 25 входного импульсного регулятора 6, обеспечивающего активное выравнивание напряжений U₂₀ и U₂₁ на конденсаторах 20 и 21. Если сигнал датчика напряжения в цепи обратной связи 14 превышает величину аналогичного сигнала в цепи обратной связи 15, то широтно-модулируется ключ 23, а если наоборот, то - ключ 25. Так например, при очередном включении ключа 23 суммарное потокосцепление реактор 26 нарастает вместе с током в цепи: 1-23-27-19, частчно разряжая коненсатор 20, а после его выключения - частично плавно спадает вместе с токами от ЭДС индукции в цепях: 27-19-21-2-24-27 и 28-19-21-2 - обратный диод ключа 25-28, заряжая конденсатор 21 для выполнения условия: U₂₁=U₂₀.On the regulating output terminals 18 of the control unit 13, pulse-width modulated pulse signals are generated that are fed to the control terminals of the transistors 23 and 25 of the input pulse regulator 6, which provides active equalization of the voltages U ₂₀ and U ₂₁ on the capacitors 20 and 21. If the signal from the voltage sensor is in the feedback circuit communication 14 exceeds the value of a similar signal in the feedback circuit 15, then the key 23 is latitudinally modulated, and if the contrary, then the key 25. So, for example, when the key 23 is next turned on, the total flux linkage reactor 26 by melts together with the current in the circuit: 1-23-27-19, partially discharging the capacitor 20, and after it is turned off, partially decreases smoothly with the currents from the induction EMF in the circuits: 27-19-21-2-24-27 and 28 -19-21-2 - the reverse diode of the key 25-28, charging the capacitor 21 to fulfill the conditions: U ₂₁ = U ₂₀ .

Аналогичным образом с помощью модуляции ключа 25 можно переносить заряд обратно - от конденсатора 21 в конденсатор 20 (благодаря полной симметричности схемы импульсного регулятора 6).Similarly, by modulating the key 25, you can transfer the charge back from the capacitor 21 to the capacitor 20 (due to the complete symmetry of the circuit of the pulse regulator 6).

На основных и дополнительных модулирующих выходных выводах 17, 47, 48, 49 блока управления 13 также формируются широтно-модулированные импульсные сигналы, корректируемые по ширине сигналами цепей обратных связей 14, 15, 16, определяющих поочеродность следующих возможных режимов работы каждого из электронных коммутаторов 7, 8, 9 при прямом преобразовании энергии (из источника в нагрузку):On the main and additional modulating output terminals 17, 47, 48, 49 of the control unit 13, pulse-width modulated signals are also generated, which are adjusted in width by the signals of the feedback circuits 14, 15, 16, which determine the frequency of the following possible operating modes of each of the electronic switches 7, 8, 9 with direct energy conversion (from source to load):

1. Режим «понижения напрряжения», когда U₂₁=U₂₀>U₀, где U₀ - амплитуда выходных фазных напряжений U_3-19=U_A, U_4-19=U_B, U_5-9=U_C;1. The "voltage reduction" mode when U ₂₁ = U ₂₀ > U ₀ , where U ₀ is the amplitude of the output phase voltages U _3-19 = U _A , U _4-19 = U _B , U _5-9 = U _C ;

2. Режим «повышения напряжения», когда U₂₁=U₂₀≤U_A,B,C(t) и аналогичных режимов при обратном (рекуперативном) преобразовании энергии (из нагрузки в источник);2. The mode of "voltage increase" when U ₂₁ = U ₂₀ ≤U _{A, B, C} (t) and similar modes in the reverse (recuperative) conversion of energy (from load to source);

3. Режим «рекуперации с понижением», когда U_20,21<U_A,B,C(t);3. The mode of "recovery with reduction" when U _20,21 <U _{A, B, C} (t);

4. Режим «рекуперации с повышением», когда U_20,21>U_A,B,C(t).4. The mode of "recovery with increasing" when U _20,21 > U _{A, B, C} (t).

В дополнение к указанным основным режимам могут также использоваться вспомогательные режимы:In addition to the specified main modes, auxiliary modes can also be used:

5. Режим «накопления и дозирования» энергии трансреактора при прямом преобразовании, когда в питающем напряжении U_1-2 или в одном из напряжений U₂₀ и U₂₁ возникают глубокие пульсации, недостаточно сглаженные конденсаторами 20 и 21;5. The mode of “accumulation and dosing" of transreactor energy during direct conversion, when deep ripples arise in the supply voltage U _1-2 or in one of the voltages U ₂₀ and U _21, which are insufficiently smoothed by capacitors 20 and 21;

6. Режим «конверторного питания» нагрузки постоянного тока (через выводы 54, 55).6. The "converter power" mode of the DC load (via terminals 54, 55).

Ниже для всех перечисленных шести режимов указываются цепи нарастания и спада суммарного потокосцепления трансреактора с общим магнитопроводом 56 в первом электронном коммутаторе 7.Below, for all of the above six modes, the chains of rise and fall of the total flux linkage of the transreactor with a common magnetic circuit 56 in the first electronic switch 7 are indicated.

В связи с симметрией схемы электронного коммутатора, каждая половина которого работает в течение одного полупериода фазного выходного напряжения, достаточно рассмотреть его работу на этапе одного полупериода, например, когда потенциал фазного выходного вывода 3 положителен относительно общего заземленного вывода 19.Due to the symmetry of the electronic switch circuit, each half of which operates during one half-cycle of the phase output voltage, it is enough to consider its operation at the stage of one half-cycle, for example, when the potential of the phase output terminal 3 is positive relative to the common ground terminal 19.

1. Режим «понижения напряжения»1. The mode of "undervoltage"

При включении ключа 10 и управляемого вентиля 35 потокосцепление трансреактора плавно нарастает вместе с током в цепи: 1-10-45-39-3-нагрузка-19 в течение времени импульса Δt_u, а после выключения ключа 10 - частично плавно спадает вместе с током в цепи: 45-39-3-нагрузка-19-35-45 в течение паузы (T_ШИМ-Δt_u), где T_ШИМ - период высокочастотной широтно-импульсной модуляции. Далее процесс периодически повторяется в соответствии с регулировочной характеристикой:

, где U_П=U_1-2 - напряжение источника питания, γ=Δt_u,/T_ШИМ - коэффициент заполнения импульса, регулируемый для обеспечения синусоидальной формы выходного тока. При этом потокосцепление трансреактора остается неразрывным (не спадает до нуля).When the key 10 and the controlled valve 35 are turned on, the transreactor flux linkage gradually increases along with the current in the circuit: 1-10-45-39-3-load-19 during the pulse time Δt _u , and after turning off the key 10 it partially decreases smoothly with the current in the circuit: 45-39-3-load-19-35-45 during a pause (T _PWM -Δt _u ), where T _PWM is the period of high-frequency pulse-width modulation. Further, the process is periodically repeated in accordance with the regulatory characteristic:

where U _P = U _1-2 is the voltage of the power source, γ = Δt _u , / T _PWM is the duty cycle of the pulse, adjustable to provide a sinusoidal shape of the output current. In this case, the flux linkage of the transreactor remains inextricable (does not drop to zero).

Режим «повышения напряжения»."Voltage boost" mode.

При синхронном включении ключей 10 и 31 потокосцепление трансреактора плавно нарастает вместе с током в цепи: 1-10-45-31-19 в течение времени импульса Δt_u, а после выключения ключа 31 - частично плавно спадает вместе с током в цепи: 45-39-3-нагрузка-19-1-10-45. Далее процесс периодически повторяется в соответствии с регулировочной характеристикой:

, где γ - регулируется цепью обратной связи 16 блока управления 13 для обеспечения синусоидальной формы выходного тока.When the

keys

10 and 31 are switched on simultaneously, the transreactor flux linkage gradually increases along with the current in the circuit: 1-10-45-31-19 during the pulse time Δt _u , and after turning off the key 31, it partially decreases along with the current in the circuit: 45- 39-3-load-19-1-10-45. Further, the process is periodically repeated in accordance with the regulatory characteristic:

where γ - is regulated by the feedback circuit 16 of the control unit 13 to ensure a sinusoidal shape of the output current.

Режим «рекуперации с понижением».The mode of "recovery with a decrease."

При включении ключа 29 потокосцепление трансреактора плавно нарастает вместе с током в цепи 3-29-43-41-1-20-19 в течение времени импульса Δt_u, а после его выключения - частично плавно спадает вместе с током в цепи: 43-41-1-20-19-37-43 в течение паузы (T_ШИМ-Δt_u). Далее процесс периодически повторяется в соответствии с регулировочной характеристикой: U₂₀(t)=γU_A, где γ - регулируется цепью обратной связи 16 блока управления 13 для обеспечения синусоидальности тока рекуперативного фазного тока.When the key 29 is turned on, the flux linkage of the transreactor increases smoothly with the current in the circuit 3-29-43-41-1-20-19 during the pulse time Δt _u , and after turning it off, it partially decreases along with the current in the circuit: 43-41 -1-20-19-37-43 during a pause (T _PWM -Δt _u ). Next, the process is periodically repeated in accordance with the regulatory characteristic: U ₂₀ (t) = γU _A , where γ is controlled by the feedback circuit 16 of the control unit 13 to ensure a sinusoidal current of the regenerative phase current.

Режим «рекуперации с повышением».The mode of "recovery with increasing."

При синхронном включении ключей 29 и 33 потокосцепление трансреактора плавно нарастает вместе с током в цепи: 3-29-43-33-19, а после выключения ключа 33 - частично плавно спадает вместе с током в цепи: 43-41-1-20-19-3-29-43. Далее процесс периодически повторяется в соответствии с регулировочной характеристикой:

, где γ также регулируется, а потокосцепление трансреактора также неразрывно.When the

keys

29 and 33 are turned on simultaneously, the transreactor flux linkage gradually increases along with the current in the circuit: 3-29-43-33-19, and after turning off the key 33, it partially decreases along with the current in the circuit: 43-41-1-20- 19-3-29-43. Further, the process is periodically repeated in accordance with the regulatory characteristic:

, where γ is also regulated, and the flux linkage of the transreactor is also inextricable.

Режим «накопления и дозирования» энергии трансреактора при прямом преобразовании.The mode of "accumulation and dosing" of transreactor energy during direct conversion.

При синхронном включении ключей 10 и 31 и вентиля 35 происходит нарастание потокосцепления и накопление электромагнитной энергии трансреактора вместе с током в цепи: 1-10-45-31-19 за регулируемое время импульса Δt_u. Затем после выключения ключа 10 накопленная к этому моменту времени энергия приближенно сохраняется вместе с током в коротко-замкнутом контуре: 45-31-35-45 в течение также регулируемой «пассивной» паузы Δt_П. Затем после выключения ключа 31 доза накопленной энергии трансреактора передается в нагрузку вместе с током в цепи: 45-39-3-нагрузка-19-35-45 за оставшееся от периода модуляции время (T_ШИМ-Δt_u-Δt_П). Далее указанные процессы периодически повторяются. Заметим, что использование двух регулируемых параметров: γ=Δt_u,/T_ШИМ и γ_П=Δt_П/T_ШИМ обеспечивает статическую устойчивость процесса прямого преобразования энергии с непрерывным потокосцеплением трансреактора, среднециклическая велчина которого регулируется блоком управления по однополярному квазисинусоидальному закону

, где ω=2πƒ - циклическая частота выходного фазного тока.When the

keys

10 and 31 and the valve 35 are switched on simultaneously, the flux linkage increases and the electromagnetic energy of the transreactor accumulates along with the current in the circuit: 1-10-45-31-19 for an adjustable pulse time Δt _u . Then, after turning off the key 10 stored at this point of time is approximately energy is saved with the current in the short-closed loop: 45-31-35-45 also adjustable during the "passive" pause Δt _n. Then, after the key 31 is turned off, the dose of accumulated energy of the transreactor is transferred to the load along with the current in the circuit: 45-39-3-load-19-35-45 for the time remaining from the modulation period (T _PWM -Δt _u -Δt _P ). Further, these processes are periodically repeated. Note that the use of two adjustable parameters: γ = Δt _u , / T _PWM and γ _P = Δt _P / T _PWM provides static stability of the direct energy conversion process with continuous flux linkage of the transreactor, the average cyclic value of which is regulated by the control unit according to the unipolar quasi-sinusoidal law

where ω = 2πƒ is the cyclic frequency of the output phase current.

Режим конверторного питания нагрузки постоянного тока.Converter power supply mode of a direct current load.

Этот режим отличается от рассмотренного предыдущего только цепью протекания токов на последнем временном интервале (T_ШИМ-Δt_u-Δt_П). На этом интервале одновременно вместе с вышеуказанным спадающим током в цепи: 45-39-3-12-19-35-45, поддерживаемым ЭДС самоиндукции индуктивности рассеяния первичной обмотки 45 трансреактора, почти скачкообразно индуктируется спадающий затем ток в цепи: 57-53-51-54-нагрузка постоянного тока-55-57, поддерживаемый ЭДС взаимоиндукции между первичной и вторичной обмотками 45 и 57 трансреактора. Таким образом основная часть дозы энергии передается в нагрузку постоянного тока, а малозначительная ее часть, определяемая коэффициентом связи указанных обмоток, рекуперирует в фильтровый конденсатор 12 или передается в фазовую нагрузку переменного тока (если таковая подключена при этом режиме). С помощью выбора позиции (положения подвижного контакта) переключателя 53 можно регулировать среднециклические величины ЭДС индукции и тока нагрузки, подключенной к выходным выводам 54-55 устройства.This mode differs from the previous one only in the current flow circuit in the last time interval (T _PWM -Δt _u -Δt _P ). In this interval, simultaneously with the aforementioned decreasing current in the circuit: 45-39-3-12-19-35-45, supported by the EMF of self-induction of the scattering inductance of the primary winding of the 45 transreactor, the current then decaying in the circuit is almost stepwise inducted: 57-53-51 -54-DC load-55-57, supported by the mutual induction EMF between the primary and secondary windings 45 and 57 of the transreactor. Thus, the main part of the dose of energy is transferred to the DC load, and its insignificant part, determined by the coupling coefficient of the indicated windings, is recovered to the filter capacitor 12 or transferred to the phase load of the alternating current (if connected in this mode). By selecting the position (position of the movable contact) of the switch 53, it is possible to adjust the cyclic average values of the induction emf and the load current connected to the output terminals 54-55 of the device.

Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом обеспечивается основной технический результат: улучшение качества выходной электроэнергии, в частности - синусоидальности формы выходных токов и напряжений, а также дополнительные технические результаты: возможность общего заземления входных и выходных цепей для упрощения конструкции и повышения электробезопасности при эксплуатации устройства, а также расширение функциональных возможностей устройства, а именно - питания нагрузки постоянного тока с обеспечением гальванической развязки цепей источника и нагрузки и работоспособности при питающем напряжении с увеличенной глубиной пульсаций, например - выпрямленном напряжении однофазной сети переменного тока.Thus, in the proposed device, in comparison with the prototype, the main technical result is provided: improving the quality of the output electric power, in particular, the sinusoidal shape of the output currents and voltages, as well as additional technical results: the possibility of common grounding of the input and output circuits to simplify the design and increase electrical safety when operation of the device, as well as expanding the functionality of the device, namely, power supply of a DC load with gal vanicheskoy source decoupling circuit and the load and operability supply voltage ripple depth increased, for example - a single-phase rectified voltage AC.

Claims

A three-phase current inverter containing two input and three phase output terminals for connecting to a DC power source and a three-phase AC load, an input pulse regulator with a first diode-key rack and a reactor, three electronic switches connected in parallel to the input, each having two in series according to the included main electronic key and the output filter capacitor connected by the first terminal to the corresponding phase output terminal of the device, as well as the control unit, and having feedback feedback circuits for input and output parameters with sensors of input and output currents and voltages, three groups of main modulating output terminals connected to the control terminals of the main electronic keys of the respective switches, and regulating output terminals connected to the control terminals of the pulse regulator, characterized in that a common ground terminal and an input two-capacitor capacitive rack with a grounded middle terminal are introduced into it, shunting the input terminals of the device; in addition to the existing unidirectional first diode-key rack, a similar second rack is introduced into the input switching regulator, and the reactor is made with two windings connected in series to each other; unidirectional three two-key electronic racks, a controlled two-valve rack, two two-diode racks, two diodes and a transreactor with two pairs of primary windings are introduced into each electronic switch, and three groups of additional modulating output terminals and three groups of relay output terminals are introduced into the control unit, and in each electronic switch, the first electronic rack, shunted by the extreme leads of the first two-diode rack, is connected with the middle terminal of the second by its average power output a two-diode rack to the corresponding phase output terminal of the device, each extreme power terminal is connected through a series-connected respective primary winding of the first pair of them and a diode to the corresponding input terminal of the device, and the control terminals to the first group of additional modulating output terminals of the control unit, the second electronic rack is shunted by the extreme the findings of the second two-diode rack, its average power output is connected together with the average output of the first two-diode rack yki, as well as with the average power terminals of the third electronic rack and the two-valve rack, to the second grounded terminal of the output filter capacitor, each extreme power terminal is connected through a series-connected corresponding primary winding of the second pair and the main electronic key to the corresponding input terminal of the device, and the control terminals - to the second group of additional modulating output terminals of the control unit, the third electronic rack each extreme power output to the point connecting the corresponding primary windings of the first pair and the diode, and the control terminals to the third group of additional modulating output terminals of the control unit, and a two-valve rack with each extreme power output is connected to the connection point of the corresponding primary windings of their second pair and the main electronic key, and the control terminals - to the corresponding group of relay output terminals of the control unit.

2. The three-phase current inverter according to claim 1, characterized in that a diode-capacitor circuit, a multi-position switch and additional output terminals for connecting a DC load are introduced into it, and the transreactors of all its electronic switches are made with a common magnetic circuit, supplemented by a multi-output secondary winding shunted through the specified switch with the specified chain, the capacitor leads of which are connected to additional output terminals of the device.