RU2210152C2 - Инвертор напряжения - Google Patents
Инвертор напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2210152C2 RU2210152C2 RU2001120123/09A RU2001120123A RU2210152C2 RU 2210152 C2 RU2210152 C2 RU 2210152C2 RU 2001120123/09 A RU2001120123/09 A RU 2001120123/09A RU 2001120123 A RU2001120123 A RU 2001120123A RU 2210152 C2 RU2210152 C2 RU 2210152C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- transistors
- voltage inverter
- input
- outputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках питания для трехфазных нагрузок с индуктивностью. Технический результат заключается в улучшении электромагнитной совместимости инвертора напряжения с питающей сетью и нагрузкой. Инвертор напряжения содержит транзисторы, соединенные в трехфазный мост и зашунтированные встречными диодами, три датчика тока, включенные в выходные выводы инвертора напряжения, шесть конденсаторов и шесть варисторов, шунтирующих транзисторы, ограничитель напряжения и последовательную цепь из двух конденсаторов, шунтирующих транзисторы. Общая точка конденсаторов соединена с выводом заземления инвертора напряжения. Инвертор напряжения содержит шесть последовательных цепей из двухвходовых схем И и выходных каскадов, выходы которых соединены с управляющими электродами транзисторов, и шесть компараторов. Выходы распределителя импульсов соединены с первыми входами двухвходовых схем И, а вход соединен с выходом задающего генератора. Выходы компараторов соединены со вторыми входами двухвходовых схем И, а входы объединены попарно и подключены к выходам датчиков тока. 2 ил.
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для трехфазных нагрузок с индуктивностью.
Известен инвертор напряжения, содержащий подключенный к входным выводам трехфазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, выходные выводы которого соединены с выходными выводами инвертора напряжения (К синтезу напряжений управления транзисторным инвертором/А.X. Шогенов и др. //Электротехника. -2000. -N4. -С. 21-23).
Недостатком инвертора напряжения является ухудшенная электромагнитная совместимость с питающей сетью и нагрузкой из-за высоких электромагнитных помех при работе, что обусловлено "жесткими" коммутациями транзисторов и "крутыми" фронтами импульсов выходного напряжения.
Известен инвертор напряжения, содержащий подключенный к входным выводам трехфазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, выходные выводы которого соединены с выходными выводами инвертора напряжения, входные выводы инвертора напряжения зашунтированы конденсатором (Преобразователи частоты фирмы Siemens/А. Бармин, М. Ташлицкий//СТА-2000. N4.-C.6-19).
Недостатком инвертора напряжения является ухудшенная электромагнитная совместимость с питающей сетью и нагрузкой из-за, высоких электромагнитных помех при работе, что обусловлено "жесткими" коммутациями транзисторов и "крутыми" фронтами импульсов выходного напряжения.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является инвертор напряжения (Анализ и оптимизация алгоритмов управления в частотно-регулируемых электроприводах с инверторами напряжения/В. Л. Грузов и др. //Электротехника. -2000. -N4. -С. 15-20), который и рассматривается в качестве прототипа.
Прототип содержит подключенный к входным выводам трехфазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, выходные выводы которого соединены с выходными выводами инвертора напряжения, три датчика тока, включенные в цепи выходных выводов инвертора напряжения.
Недостатком прототипа является ухудшенная электромагнитная совместимость с питающей сетью и нагрузкой из-за высоких электромагнитных помех при работе, что обусловлено "жесткими" коммутациями транзисторов и "крутыми" фронтами импульсов выходного напряжения.
Изобретение направлено на решение задачи улучшения электромагнитной совместимости инвертора напряжения с питающей сетью и нагрузкой, что является целью изобретения.
Указанная цель достигается тем, что в инверторе напряжения, содержащем подключенный к входным выводам трехфазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, выходные выводы которого соединены с выходными выводами инвертора напряжения, три датчика тока, включенные в цепи выходных выводов инвертора напряжения, транзисторы зашунтированы конденсаторами и варисторами, трехфазный мост на транзисторах зашунтирован ограничителем напряжения и последовательной цепью из двух конденсаторов, общая точка соединения которых подключена к выводу заземления инвертора напряжения, инвертор напряжения снабжен шестью последовательными цепями, содержащими двухвходовую схему И и выходной каскад, выходы выходных каскадов соединены с управляющими электродами транзисторов, распределителем импульсов, выходы которого соединены с первыми входами двухвходовых схем И, задающим генератором, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, шестью компараторами, выходы которых соединены с вторыми входами двухвходовых схем И, а входы объединены попарно и подключены к выходам датчиков тока.
Существенным отличием, характеризующим изобретение, является улучшение электромагнитной совместимости инвертора напряжения с питающей сетью и нагрузкой за счет обеспечения условий "мягкой" коммутации транзисторов, "пологих" фронтов импульсов выходного напряжения, шунтирования высокочастотных составляющих и ограничения уровней коммутационных перенапряжений при включениях и выключениях транзисторов и диодов.
Улучшение электромагнитной совместимости инвертора напряжения с питающей сетью и нагрузкой является полученным техническим результатом, обусловленным введением новых элементов и связей, т.е. отличительными признаками. Таким образам, отличительные признаки заявляемого инвертора напряжения являются существенными.
На фиг. 1 приведена схема инвертора напряжения, на фиг.2 - временные диаграммы сигналов элементов схемы.
Инвертор напряжения содержит подключенный к входным выводам трехфазный мост на шести транзисторах 1-6, зашунтированных встречными диодами 7-12, выходные выводы которого соединены с выходными выводами 13 инвертора напряжения, три датчика тока 14-16, включенные в цепи выходных выводов инвертора напряжения, шесть конденсаторов 17-22 и шесть варисторов 23-28, шунтирующих транзисторы трехфазного моста, ограничитель напряжения 29 и последовательную цепь из двух конденсаторов 30, 31, шунтирующих трехфазный мост, общая точка соединения которых подключена к выводу заземления инвертора напряжения, шесть последовательных цепей, содержащих двухвходовую схему И 32-37 и выходной каскад 38-43, выходы выходных каскадов соединены с управляющими электродами транзисторов, распределитель импульсов 44, выходы которого соединены с первыми входами двухвходовых схем И, задающий генератор 45, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, шесть компараторов 46-51, выходы которых соединены с вторыми входами двухвходовых схем И, а входы объединены попарно и подключены к выходам датчиков тока.
Инвертор напряжения работает следующим образом. Условно положительные направления токов в фазах инвертора напряжения обозначены на фиг.1 сплошными стрелками, а отрицательные направления - пунктирными стрелками. На выходах компараторов 46, 48, 50 разрешающий единичный сигнал формируется при токе, равном нулю, и при положительном токе соответствующей фазы. На выходах компараторов 47, 49, 51 разрешающий единичный сигнал формируется при токе, равном нулю, и при отрицательном токе соответствующей фазы. Задающий генератор 45 вырабатывает импульсы с частотой, превышающей выходную частоту инвертора напряжения в шесть раз (диаграмма 1, фиг.2). На выходах распределителя импульсов 44 из импульсов задающего генератора 45 формируется система импульсных сигналов 1-6 с периодом Т (диаграммы 2-4, фиг.2), обеспечивающая синхронизацию моментов подачи импульсов управления транзисторами 1-6 и формирование трехфазного напряжения в нагрузке 13 (диаграммы 8-10, фиг.2). При этом моменты выключения транзисторов 1-6 (t3, t6, t9, t12, t15, t18) синхронизируются с указанными импульсными сигналами 1-6, а моменты включения (t2, t5, t8, t11, t14, t17, t20) определяются электромагнитными процессами в схеме инвертора напряжения (диаграммы 5-7, фиг.2). Смещение фронта импульса управления каждого транзистора 1-6 на диаграммах 5-7, фиг.2 (интервалы t0-t2, t3-t5, t6-t8, t8-t11, t15-t17, t18-t20) осуществляется отключением соответствующего выхода распределителя импульсов 44 от выходного каскада 38-43 двухвходовой схемой И 32-37 по запрещающему нулевому сигналу компаратора 46-51 и сигналу датчика тока 14-16, если ток фазы на заданном временном интервале имеет направление, противоположное направлению протекания прямого тока для соответствующего транзистора 1-6.
В момент времени 10 производится выключение транзистора 2. Так как по законам коммутации напряжение на конденсаторе 18 не может измениться скачком, то выключение транзистора 2 осуществляется при напряжении, близком к нулевому уровню (конденсатор 18 в интервале проводимости транзистора 2 зашунтирован указанным транзистором и разряжен). Конденсатор 17 в момент выключения транзистора 2 заряжен до напряжения источника питания +Е, а конденсатор 18 полностью разряжен. При этом во включенном состоянии находятся транзисторы 4, 5. Ток в фазе а продолжает протекать в отрицательном направлении за счет энергии, накопленной в индуктивности фазы а, по контуру: 13(а)-14 - 17 - 5 - 16 - 13(с) - 13(а). В интервале t0-t1 за счет энергии индуктивности происходит разряд конденсатора 17 и заряд конденсатора 18 по колебательному закону. При этом напряжение на конденсаторе 18 плавно возрастает, а на конденсаторе 17 плавно снижается. Напряжение на фазе а нагрузки 13 плавно изменяется от -Е/3 до +Е/3 (диаграмма 8, фиг.2). Напряжения в фазах в и с (диаграммы 9, 10, фиг.2) соответственно изменяются от +Е/3 до -Е/3 и от +Е до +Е/3. Через нагрузку 13 фазы в протекает отрицательный ток по контуру: 13(в)-15-4-Е-5-16-13(с)-13(в). Через нагрузку 13 фазы с протекает положительный ток по контуру: 13(с)-13(в)-15-4-Е-5-16-13(с). В интервале t0-t1 транзистор 1 включиться не может, так как компаратор 46 по сигналу датчика тока 14 при протекании отрицательного тока в фазе а формирует запрещающий t1 конденсатор 17 разряжается до нуля, а конденсатор 18 заряжается до напряжения источника питания +Е. Параметры элементов схемы инвертора выбраны так, что в момент времени t1 в индуктивности нагрузки 13 фазы а еще имеется запас энергии. В результате, в момент времени t1 включается встречный диод 7 и через нагрузку 13 фазы а продолжает протекать отрицательный ток по контуру: 13(а)-14-17-5-16-13(с)-13(а). При этом на выходе компаратора 46 продолжает действовать запрещающий нулевой сигнал для транзистора 1 и он не может включиться. На транзисторе 1 в интервале t1-t2 напряжение равно падению напряжения на встречном диоде (близкое к нулевому уровню отрицательное напряжение), а на транзисторе 2 напряжение максимально и равно напряжению источника питания +Е. При этом напряжение на нагрузке 13 в фазе а не изменяется и равно +Е/3, в фазе в равно -2Е/3, в фазе с равно +Е/3. В момент времени t2 ток в фазе а становится равным нулевому значению (энергия, накопленная в индуктивности нагрузки 13 фазы а полностью израсходована). На выходе компаратора 46 формируется разрешающий единичный сигнал для двухвходовой схемы И 32 и подается импульс управления на транзистор 1 (диаграмма 5, фиг. 2). При этом транзистор 1 включается при напряжении на нем, равном нулевому уровню. Напряжение на нагрузке 13 в фазе а равно +Е/3, в фазе в равно -2Е/3, в фазе с равно +Е/3. Далее в момент времени t3 производится выключение транзистора 5. При выключении транзистора 5 электромагнитные процессы протекают аналогично описанным для транзистора 2. Для заявляемого инвертора напряжения также возможно применение управления по принципу многократной двухполярной модуляции. При этом электромагнитные процессы протекают аналогично описанным выше.
Варисторы 23-28 и ограничитель напряжения 29 обеспечивают ограничение уровней импульсных перенапряжений на элементах схемы инвертора напряжения, вызванных изменениями токов на индуктивностях шин и монтажа при коммутациях транзисторов 1-6 и диодов 7-12. Конденсаторы 30, 31 шунтируют на вывод заземления высокочастотные перенапряжения на входных выводах инвертора напряжения. В результате улучшается электромагнитная совместимость инвертора напряжения с питающей сетью и нагрузкой.
Распределитель импульсов 44 может быть выполнен по любой из известных схем, например, на основе суммирующего счетчика и схемы памяти. Компараторы 46-51 выполняются на основе быстродействующих операционных усилителей. В качестве выходных каскадов 38-43 могут быть использованы микросхемы электронных драйверов для транзисторов типа IGBT. Датчики тока 14-16 выполняются на основе элементов Холла.
По сравнению с прототипом существенно улучшается электромагнитная совместимость преобразователя с питающей сетью и нагрузкой. За счет обеспечения "мягкой" коммутации при нулевых уровнях напряжений для транзисторов и диодов, исключения протекания "сквозных" токов, ограничения уровней высокочастотных перенапряжений уровень электромагнитных помех для заявляемого инвертора напряжения может быть снижен более чем в 60 раз. Улучшается гармонический состав выходного напряжения.
Повышается надежность работы инвертора напряжения за счет улучшения условий работы транзисторов и диодов и снижения коммутационных потерь.
Повышается коэффициент полезного действия за счет уменьшения потерь на элементах схемы инвертора напряжения и нагрузке при отсутствии "крутых" фронтов напряжения.
Уменьшается стоимость элементов инвертора напряжения за счет возможности использования элементов (транзисторов, диодов и др.) на меньшие допустимые токи и напряжения.
Улучшается работа инвертора напряжения в динамических режимах при сбросах и набросах нагрузки за счет обеспечения режима квазирезонансной коммутации.
Claims (1)
- Инвертор напряжения, содержащий подключенный к входным выводам трехфазный мост на транзисторах, зашунтированных встречными диодами, выходные выводы которого соединены с выходными выводами инвертора напряжения, три датчика тока, включенные в цепи выходных выводов инвертора напряжения, отличающийся тем, что транзисторы зашунтированы конденсаторами и варисторами, трехфазный мост на транзисторах зашунтирован ограничителем напряжения и последовательной цепью из двух конденсаторов, общая точка соединения которых подключена к выводу заземления инвертора напряжения, инвертор напряжения снабжен шестью последовательными цепями, содержащими двухвходовую схему И и выходной каскад, выходы выходных каскадов соединены с управляющими электродами транзисторов, распределителем импульсов, выходы которого соединены с первыми входами двухвходовых схем И, задающим генератором, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, шестью компараторами, выходы которых соединены с вторыми входами двухвходовых схем И, а входы объединены попарно и подключены к выходам датчиков тока.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001120123/09A RU2210152C2 (ru) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | Инвертор напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001120123/09A RU2210152C2 (ru) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | Инвертор напряжения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001120123A RU2001120123A (ru) | 2003-06-10 |
RU2210152C2 true RU2210152C2 (ru) | 2003-08-10 |
Family
ID=29245656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001120123/09A RU2210152C2 (ru) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | Инвертор напряжения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2210152C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9368337B2 (en) | 2012-12-17 | 2016-06-14 | OOO “RnD-ISAN” | Light source with laser pumping and method for generating radiation |
RU2796257C1 (ru) * | 2022-11-01 | 2023-05-18 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Формирователь импульсов тока |
-
2001
- 2001-07-18 RU RU2001120123/09A patent/RU2210152C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГРУЗОВ В.Л. и др. Электротехника. 2000, №4, с. 15-20. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9368337B2 (en) | 2012-12-17 | 2016-06-14 | OOO “RnD-ISAN” | Light source with laser pumping and method for generating radiation |
RU2796257C1 (ru) * | 2022-11-01 | 2023-05-18 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Формирователь импульсов тока |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9001544B2 (en) | Inverter device | |
US6326831B1 (en) | Level shift circuit | |
US9013906B2 (en) | Power system-interconnected inverter device | |
CN108123592B (zh) | 用于功率变流器母线电容的放电控制方法 | |
WO2011033698A1 (ja) | 電力変換装置 | |
EP3373435A1 (en) | Power conversion device | |
JP2009165222A (ja) | 電力変換装置 | |
JP2012178951A (ja) | スイッチング素子の駆動回路 | |
JP2014117112A (ja) | 半導体制御装置及び電力変換装置 | |
US7016207B2 (en) | Power inverter | |
US20150180368A1 (en) | Power converter, and inverter device including the power converter | |
US9692293B2 (en) | Power conversion circuit having fault protection and voltage balance functions | |
AU2020431790B2 (en) | Control circuit of NPC-type three-level converter, NPC-type three-level converter and wind power generator set | |
RU2210152C2 (ru) | Инвертор напряжения | |
JP3784541B2 (ja) | 交流グリッドシステムへの無効電力の供給方法およびこの方法に用いるインバータ | |
US4019117A (en) | Circuit arrangement for an inverter | |
US11621650B2 (en) | Method for current limitation in the event of transient voltage variations at an AC output of a multi-level inverter and a multi-level inverter | |
DK174165B1 (da) | Resonanskonverter | |
JP6409982B2 (ja) | 多相電力変換装置の制御回路 | |
Sharma et al. | Harmonic analysis and comparison between single phase three-level pulse width modulation (PWM) inverter and sinusoidal pulse width modulation (SPWM) inverter implementing analog circuits | |
US4247887A (en) | AC--AC Converter device | |
RU2403667C1 (ru) | Автономный инвертор напряжения | |
JPH0667204B2 (ja) | 電力変換装置 | |
US4358820A (en) | Inverter with individual commutation circuit | |
CN110149110B (zh) | 一种电子开关串联结构的驱动电路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040719 |