RU2210167C1

RU2210167C1 - Dc-to-three-phase-ac voltage changer

Info

Publication number: RU2210167C1
Application number: RU2002102326/09A
Authority: RU
Inventors: Н.И. Богатырев; Н.Н. Курзин; О.В. Григораш; щук А.Г. Мат; А.Г. Матящук; А.В. Белевич; Д.В. Мельников
Original assignee: Кубанский государственный аграрный университет
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-08-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; off-line power supplies. SUBSTANCE: voltage changer designed to convert dc voltage into three-phase ac power has its bridge inverter connected to first primary winding of revolving magnetic field transformer whose second primary winding is displaced in space relative to first one through 90 deg., its finishing lead being connected to that of first primary winding and starting lead, to that of primary winding through phase-shifting capacitor. Three secondary windings of transformer are spaced 120 deg. apart; their starting leads are star-connected and finishing leads are used as terminal leads for connecting three-phase load. EFFECT: enhanced operating reliability and reduced electromagnetic noise of voltage changer. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для использования в автономных системах электроснабжения для преобразования напряжения постоянного тока в симметричную трехфазную систему напряжений переменного тока. The invention relates to electrical engineering and is intended for use in stand-alone power supply systems for converting DC voltage into a symmetrical three-phase AC voltage system.

Известный преобразователь напряжения (а.с. СССР 944027) содержит однофазный инвертор, многосекционный трансформатор, ключи переменного тока. Недостатками преобразователя являются низкое качество выходного напряжения и сложная система управления. The known voltage converter (AS USSR 944027) contains a single-phase inverter, a multi-section transformer, alternating current switches. The disadvantages of the converter are the low quality of the output voltage and a complex control system.

Наиболее близким по техническому решению является преобразователь напряжения постоянного тока в трехфазное переменное, выполненный на базе трех мостовых однофазных транзисторных инверторов и трехфазного трансформатора (Моин B. C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 314, рис. 9.1,в). Недостатками данного преобразователя являются низкая надежность работы и высокий уровень электромагнитных помех из-за большого числа силовых полупроводниковых приборов - транзисторов и сложности блока управления, обеспечивающего преобразование напряжения и его стабилизацию. The closest in technical solution is a DC-DC voltage converter into a three-phase AC, based on three bridge single-phase transistor inverters and a three-phase transformer (Moin BC Stabilized transistor converters. - M .: Energoatomizdat, 1986, p. 314, Fig. 9.1, c) . The disadvantages of this converter are low reliability and a high level of electromagnetic interference due to the large number of power semiconductor devices - transistors and the complexity of the control unit that provides voltage conversion and its stabilization.

Техническим решением поставленной задачи является повышение надежности работы преобразователя и уменьшение уровня электромагнитных помех. The technical solution to this problem is to increase the reliability of the converter and reduce the level of electromagnetic interference.

Поставленная задача достигается тем, что выход однофазного мостового инвертора подключен к первой первичной обмотке трансформатора с вращающимся магнитным полем, вторая первичная обмотка которого смещена в пространстве относительно первой на угол 90^o и конец которой соединен с концом первой первичной обмотки, а ее начало через фазосдвигающий конденсатор соединено с началом первой первичной обмотки, три вторичные обмотки трансформатора сдвинуты одна относительно другой на угол 120^o, их начала соединены по схеме "звезда", а концы являются выводами для подключения трехфазной нагрузки.The task is achieved in that the output of the single-phase bridge inverter is connected to the first primary winding of the transformer with a rotating magnetic field, the second primary winding of which is offset in space relative to the first by an angle of 90 ^o and the end of which is connected to the end of the first primary winding, and its beginning through a phase-shifting capacitor is connected with the beginning of the first primary winding, the three secondary windings of the transformer are shifted relative to one another at an angle of 120 ^o, their beginnings are connected in a "star" and ends yavlyayuts pins for connecting three-phase loads.

Новизна заявленного технического решения обусловлена тем, что вместо трех однофазных мостовых инверторов применяется один совместно с трансформатором с вращающимся магнитным полем, который имеет две первичные обмотки и трехфазную вторичную. The novelty of the claimed technical solution is due to the fact that instead of three single-phase bridge inverters, one is used in conjunction with a transformer with a rotating magnetic field, which has two primary windings and a three-phase secondary.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения. According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема преобразователя постоянного напряжения в трехфазное переменное. Преобразователь содержит силовую схему мостового инвертора 1, содержащую входной конденсатор 2, соединенный с источником постоянного напряжения, транзисторы 3-6 и диоды 7-10, блок управления 11 и трансформатор с вращающимся магнитным полем 12, содержащий первую и вторую первичные обмотки 13 и 14 соответственно, фазосдвигающий конденсатор 15, вторичные обмотки 16-18. На чертеже показаны выводы для подключения источника напряжения постоянного тока U_d и выводы А, В и С для подключения нагрузки.The drawing shows a circuit diagram of a DC-DC to three-phase AC converter. The converter contains a power circuit of a bridge inverter 1, containing an input capacitor 2 connected to a constant voltage source, transistors 3-6 and diodes 7-10, a control unit 11 and a transformer with a rotating magnetic field 12, containing the first and second primary windings 13 and 14, respectively phase shifting capacitor 15, the secondary windings 16-18. The drawing shows the conclusions for connecting the DC voltage source U _d and the conclusions A, B and C for connecting the load.

Входной конденсатор 2 соединен с источником постоянного напряжения "плюс" - "минус" и последовательно включенными транзисторами 3-6, 4-5, базы которых соединены с блоком управления. Параллельно транзисторам 3-6 в обратном направлении включены шунтирующие диоды 7-10. Выход мостового инвертора 1 соединен с первой первичной обмоткой 13 и второй первичной обмоткой 14 через фазосдвигающий конденсатор 15. Обмотки 13 и 14 смещены в пространстве на угол 90^o. Вторичные обмотки 16, 17, 18 трансформатора 12 с вращающимся магнитным полем сдвинуты одна относительно другой на угол 120^o и с одной стороны соединены в нулевой точке, а с другой стороны подключаются к нагрузке А, В, С, где формируется симметричная трехфазная система переменного напряжения.The input capacitor 2 is connected to a plus-minus negative-voltage source and transistors 3-6, 4-5 are connected in series, the bases of which are connected to the control unit. In parallel with transistors 3-6 in the opposite direction, shunt diodes 7-10 are connected. The output of the bridge inverter 1 is connected to the first primary winding 13 and the second primary winding 14 through a phase-shifting capacitor 15. The windings 13 and 14 are offset in space by an angle of 90 ^o . The secondary windings 16, 17, 18 of the transformer 12 with a rotating magnetic field are shifted one relative to the other by an angle of 120 ^o and are connected at the zero point on the one hand and connected to the load A, B, C on the other hand, where a symmetrical three-phase AC voltage system is formed .

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное работает следующим образом. Напряжение источника питания постоянного тока U_d поступает на вход однофазного мостового инвертора, выполненного на транзисторах 3-6. Блок управления 11 формирует управляющие сигналы, которые попарно открывают транзисторы 3, 5 или 4, 6. В результате в первичных обмотках 13 и 14 трансформатора 12 с вращающимся магнитным полем изменяется направление тока, что приводит к появлению переменного магнитного потока в тороидальном магнитопроводе трансформатора с вращающимся магнитным полем. Поскольку первая и вторая первичные обмотки трансформатора смещены в пространстве одна относительно другой на угол 90^o и подключены между собой через фазосдвигающий конденсатор 15, то они образуют вращающееся магнитное поле, вызывающее ЭДС во вторичных обмотках. Вторичные обмотки трансформатора с вращающимся магнитным полем сдвинуты одна относительно другой на угол 120^o, поэтому на выводах А, В и С преобразователя формируется симметричная трехфазная система переменного напряжения.Converter DC to three-phase AC operates as follows. The voltage of the DC power source U _{d is} supplied to the input of a single-phase bridge inverter made on transistors 3-6. The control unit 11 generates control signals that open transistors 3, 5 or 4, 6 in pairs. As a result, the current direction changes in the primary windings 13 and 14 of the transformer 12 with a rotating magnetic field, which leads to the appearance of an alternating magnetic flux in the toroidal magnetic circuit of a transformer with a rotating magnetic field. Since the first and second primary windings of the transformer are displaced in space one relative to the other by an angle of 90 ^o and are connected to each other through a phase-shifting capacitor 15, they form a rotating magnetic field, causing EMF in the secondary windings. The secondary windings of a transformer with a rotating magnetic field are shifted one relative to the other by an angle of 120 ^o , therefore, a symmetrical three-phase AC voltage system is formed at the terminals A, B and C of the converter.

Использование однофазного мостового инвертора и трансформатор с вращающимся магнитным полем выгодно отличает предлагаемый преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное от известного, так как уменьшается число силовых полупроводниковых приборов, упрощается схема блока управления, что повышает надежность работы преобразователя и уменьшает уровень электромагнитных помех. The use of a single-phase bridge inverter and a transformer with a rotating magnetic field favorably distinguishes the proposed DC-to-three-phase AC converter from the known one, since the number of power semiconductor devices is reduced, the control unit circuit is simplified, which increases the reliability of the converter and reduces the level of electromagnetic interference.

Claims

A DC-to-three-phase AC converter containing an input capacitor, a single-phase bridge inverter made on transistors, the outputs of which are connected to the primary windings of a three-phase transformer, the control circuit of the inverter transistors are connected to the outputs of the control unit, characterized in that the output of the single-phase bridge inverter is connected to the first primary winding of a transformer with a rotating magnetic field, the second primary winding of which is offset in space relative to the first by ol 90 ^o and the end of which is connected to a first primary winding end and its beginning through the phase-shifting capacitor connected to the beginning of the first primary winding, the three secondary windings of the transformer are shifted relative to one another by an angle ^o 120, they begin connected in "star" circuit, and the ends are outputs for connecting a three-phase load.