RU2247466C1 - Two-channel three-phase voltage inverter - Google Patents
Two-channel three-phase voltage inverter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2247466C1 RU2247466C1 RU2003129134/09A RU2003129134A RU2247466C1 RU 2247466 C1 RU2247466 C1 RU 2247466C1 RU 2003129134/09 A RU2003129134/09 A RU 2003129134/09A RU 2003129134 A RU2003129134 A RU 2003129134A RU 2247466 C1 RU2247466 C1 RU 2247466C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- windings
- transformer
- channel
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может быть использовано при построении источников вторичного электропитания как централизованного, так и децентрализованного типов в тех случаях, когда требуются улучшенная электромагнитная совместимость и повышенная функциональная надежность.The invention relates to the field of power converting equipment and can be used in the construction of secondary power sources of both centralized and decentralized types in those cases where improved electromagnetic compatibility and increased functional reliability are required.
Известен двухканальный трехфазный инвертор напряжения, описанный в авторском свидетельстве СССР №1826116, МПК7: Н 02 М 7/537, опубл. 07.07.1993, который содержит два идентичных одноканальных трехфазных инвертора, выход каждого из которых подключен к первичной трехфазной обмотке своего согласующего трансформатора, причем одна из них соединена по схеме "звезда", вторая - по схеме "треугольник", а две вторичные трехфазные обмотки трансформаторов соединены пофазно последовательно по схеме "звезда" и подключены к выходным выводам устройства. Блок управления указанными одноканальными трехфазными инверторами обеспечивает фазовый сдвиг выходных напряжений одного инвертора относительно напряжений другого инвертора (до трансформатора) на угол π/6. Коэффициенты трансформации трансформаторов отличаются между собой в √3 раз. В результате выполнения указанных условий-признаков на заключительном этапе последовательного суммирования выходных напряжений каналов основные их гармоники оказываются синфазными и одинаковыми по уровню.Known two-channel three-phase voltage inverter, described in the author's certificate of the USSR No. 1826116, IPC 7 : N 02 M 7/537, publ. 07/07/1993, which contains two identical single-channel three-phase inverters, the output of each of which is connected to the primary three-phase winding of its matching transformer, one of which is connected according to the "star" circuit, the second - according to the "triangle" circuit, and two secondary three-phase transformer windings connected in phase in series according to the star pattern and connected to the output terminals of the device. The control unit of these single-channel three-phase inverters provides a phase shift of the output voltages of one inverter relative to the voltages of the other inverter (up to the transformer) by an angle π / 6. Transformer transformation coefficients differ by √3 times. As a result of the fulfillment of the indicated conditions-signs at the final stage of the sequential summation of the output voltages of the channels, their main harmonics turn out to be in phase and the same in level.
Недостатком данного решения являются ограниченные функциональные возможности, которые заключаются в том, что при аварийной ситуации в одном из двух инверторов (каналов), при его отключении, уровень выходного напряжения снижается вдвое. Это не позволяет рационально использовать его в качестве источников вторичного электропитания потребителей.The disadvantage of this solution is the limited functionality, which consists in the fact that in an emergency in one of the two inverters (channels), when it is turned off, the output voltage level is reduced by half. This does not allow rational use of it as a source of secondary power to consumers.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является двухканальный трехфазный инвертор напряжения, описанный в авторском свидетельстве СССР №1610573, МПК7 Н 02 М 7/539, опубл. 30.11.1990 г., который содержит два идентичных одноканальных трехфазных инвертора, выход каждого из которых подключен к первичной трехфазной обмотке своего согласующего трансформатора, причем одна из них соединена по схеме "звезда", вторая - по схеме "треугольник", а по числу витков вторая обмотка больше первой в √3 раз. Две вторичные трехфазные обмотки двух трансформаторов соединены по схеме "звезда" и пофазно согласно параллельно через разноименно включенные обмотки фильтр-трансформатора (фильтрующего трансформатора) подключены к соответствующим выходным выводам устройства. Блок управления указанными инверторами (каналами) обеспечивает фазовый сдвиг их выходных напряжений на угол π/6.The closest in technical essence to the present invention is a two-channel three-phase voltage inverter described in the USSR author's certificate No. 1610573, IPC 7 N 02 M 7/539, publ. November 30, 1990, which contains two identical single-channel three-phase inverters, the output of each of which is connected to the primary three-phase winding of its matching transformer, one of which is connected in the "star" circuit, the second in the "triangle" circuit, and by the number of turns the second winding is √3 times larger than the first. Two secondary three-phase windings of two transformers are connected according to the "star" scheme and phase-wise in parallel through the opposite-connected windings of the filter transformer (filter transformer) are connected to the corresponding output terminals of the device. The control unit of these inverters (channels) provides a phase shift of their output voltages by an angle π / 6.
Однако такое решение имеет завышенные потери и пониженный КПД в связи с разными внутренними сопротивлениями преобразующего тракта в положительные и отрицательные полупериоды выходного напряжения. Наличие двух трансформаторов усложняет конструкцию устройства и приводит к ухудшению массогабаритных показателей устройства в целом. Кроме того, относительно высокий уровень квантования напряжений на первичной стороне трансформаторов каналов приводит к повышенному помехоизлучению, характеризующему невысокий показатель электромагнитной совместимости.However, this solution has overestimated losses and reduced efficiency in connection with different internal resistances of the converting path into positive and negative half-periods of the output voltage. The presence of two transformers complicates the design of the device and leads to a deterioration in the overall dimensions of the device. In addition, the relatively high level of voltage quantization on the primary side of the channel transformers leads to increased noise emission, characterizing a low electromagnetic compatibility index.
Технической задачей изобретения является повышение КПД устройства, упрощение конструкции, улучшение массогабаритных показателей и электромагнитной совместимости.An object of the invention is to increase the efficiency of the device, simplifying the design, improving the overall dimensions and electromagnetic compatibility.
Это достигается тем, что в известном двухканальном трехфазном инверторе напряжения, содержащем два идентичных одноканальных трехфазных инвертора напряжения, согласующий трансформаторный узел, одна из двух первичных трехфазных обмоток и вторичная обмотка которого соединены по схеме "звезда", трехфазный фильтр-трансформатор с двумя одинаковыми обмотками в каждой фазе и блоки управления трехфазными одноканальными инверторами напряжения, одноименные фазные выводы каждого из двух одноканальных трехфазных инверторов напряжения подключены к разноименным выводам одноименных по фазе обмоток фильтр-трансформатора, другие разноименные выводы которых подключены к одноименным по полярности и по фазе одним выводам двух первичных трехфазных обмоток согласующего трансформаторного узла, другие выводы второй первичной трехфазной обмотки подключены к соответствующим выходным выводам одного из одноканальных инверторов напряжения так, что каждая фазная пара последовательно включенных обмотки фильтр-трансформатора и второй фазной первичной трехфазной обмотки различных фаз согласующего трансформаторного узла соединены между собой по схеме “треугольник”, трансформаторный узел выполнен на общем трехстержневом магнитопроводе, при этом на каждом его стержне расположены две одноименные по фазе первичные обмотки и одна его вторичная обмотка, причем вторичная трехфазная обмотка является выходом двухканального трехфазного инвертора напряжения.This is achieved by the fact that in the well-known two-channel three-phase voltage inverter containing two identical single-channel three-phase voltage inverters, a matching transformer assembly, one of two primary three-phase windings and a secondary winding of which are connected according to the star circuit, a three-phase filter transformer with two identical windings in each phase and control units of three-phase single-channel voltage inverters, the same phase outputs of each of two single-channel three-phase voltage inverters are connected to the opposite terminals of the filter transformer windings of the same name, the other opposite terminals of which are connected to the same terminals of the two primary three-phase windings of the matching transformer assembly, the other terminals of the second primary three-phase winding are connected to the corresponding outputs of one of the single-channel voltage inverters so that each phase pair of series-connected windings of the filter transformer and the second phase primary three-phase winding of different phases with reads transformer assembly interconnected in a "triangle", the transformer unit is arranged on a common trehsterzhnevom magnetic circuit, wherein at each rod are two of the same name on the primary winding phase and one of its secondary winding, and a secondary three phase winding is the output of bi-phase voltage inverter.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана силовая часть двуканального трехфазного инвертора напряжения, на фиг.2 приведены временные диаграммы, поясняющие процесс формирования выходного напряжения.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the power part of a two-channel three-phase voltage inverter, figure 2 shows timing diagrams explaining the process of generating the output voltage.
Двухканальный трехфазный инвертор напряжения содержит два идентичных одноканальных трехфазных инвертора напряжения 1, 2. Выходы 3, 4, 5 одноканального инвертора напряжения 1 и выходы 6, 7, 8 одноканального инвертора напряжения 2 соединены с одними разноименно включенными выводами фазных обмоток 9, 10; 11, 12; 13, 14 трехфазного фильтр-трансформатора 15, которые другими своими выводами подключены к одноименным по фазе и полярности выводам первичных обмоток 16, 17, размещенных на одном стержне 18, к выводам обмоток 19, 20, размещенных на втором стержне 21 и к выводам обмоток 22, 23, размещенных на третьем стержне 24 трехстержневого магнитопровода трехфазного согласующего трансформаторного узла 25. Обмотки 16, 19 и 22 соединены по схеме "звезда" (с нулевой точкой "0") и подключены к соответствующим обмоткам 9, 11, 13 фильтр-трансформатора 15. Обмотки 17, 20, 23 соединены по схеме "треугольник", подключены к соответствующим обмоткам 10, 12, 14 фильтр-трансформатора 15 и по числу витков выполнены в √3 раз большими по сравнению с обмотками 16, 19 и 22. Вторичная обмотка 26 трансформаторного узла 25 является выходом двухканального инвертора.The two-channel three-phase voltage inverter contains two identical single-channel three-phase voltage inverters 1, 2. The outputs 3, 4, 5 of the single-channel voltage inverter 1 and the outputs 6, 7, 8 of the single-channel voltage inverter 2 are connected to the oppositely connected terminals of the phase windings 9, 10; 11, 12; 13, 14 of a three-phase filter transformer 15, which are connected by their other terminals to the terminals of the primary windings 16, 17 of the same name in phase and polarity, located on one rod 18, to the terminals of the windings 19, 20 located on the second rod 21 and to the terminals of the windings 22 , 23, located on the third rod 24 of the three-core magnetic core of the three-phase matching transformer assembly 25. The windings 16, 19 and 22 are connected in a star pattern (with a zero point "0") and connected to the corresponding windings 9, 11, 13 of the filter transformer 15 The windings 17, 20, 23 are connected in a circuit e "triangle" are connected to respective windings 10, 12, 14 of the filter transformer 15, and the number of turns made in √3 times larger compared with the windings 16, 19 and 22. Secondary winding 26 of transformer assembly 25 is a two-channel output inverter.
Выходы блоков управления 27 и 28 подключены к управляющим входам инверторов напряжения 1 и 2 соответственно и могут быть выполнены, например, как описано в авторском свидетельстве СССР №1826116, МПК7: Н 02 М 7/537, опубл. 07.07.1993. Блок управления 27 подключен к блоку фазового сдвига 29, который соединен с блоком управления 28.The outputs of the control units 27 and 28 are connected to the control inputs of the voltage inverters 1 and 2, respectively, and can be performed, for example, as described in the USSR author's certificate No. 1826116, IPC 7 : Н 02 М 7/537, publ. 07/07/1993. The control unit 27 is connected to the phase shift unit 29, which is connected to the control unit 28.
Двухканальный трехфазный инвертор напряжения работает следующим образом.Two-channel three-phase voltage inverter operates as follows.
К одноименным по фазе обмоткам 16, 19, 22 и 17, 20, 23 согласующего трехфазного трансформаторного узла 25 прикладываются одинаковые по форме и значению напряжения, и по этим обмоткам протекают одинаковые по значению токи. При этом на обмотках 9-14 фильтр-трансформатора 15 оседает разность между напряжениями одноканальных инверторов напряжения 1, 2 и результирующими напряжениями, приложенными к первичным обмоткам 16, 19, 22 и 17, 20, 23 согласующего трансформаторного узла 25, так что, например, для обмоток 16, 17 одной фазы имеют место следующие равенства:The same phase windings 16, 19, 22 and 17, 20, 23 of the matching three-phase transformer assembly 25 are applied with the same shape and value of voltage, and the same currents flow through these windings. At the same time, the difference between the voltages of single-channel voltage inverters 1, 2 and the resulting voltages applied to the primary windings 16, 19, 22 and 17, 20, 23 of the matching transformer assembly 25 deposits on the windings 9-14 of the filter transformer 15, so that, for example, for windings 16, 17 of one phase, the following equalities hold:
При этом, как следует из (1), имеет место равенствоMoreover, as follows from (1), the equality
Для основных гармоник напряжений каналов, синфазных и одинаковых по уровню, фильтр-трансформатор 15 не оказывает противодействия, так как результирующий магнитный поток от них равен нулю. Гармоники напряжений на фазных обмотках 9, 10; 11, 12; 13, 14 в каждом из каналов имеют одинаковое содержание, но противоположны по знаку. В результате, например, к двум последовательно включенным обмоткам 9 и 10 фильтр-трансформатора 15 одной фазы (А1) прикладывается напряжение, равное удвоенному содержанию этих гармоник в каждом каналеFor the main harmonics of the channel voltages, in-phase and of the same level, the filter transformer 15 does not counteract, since the resulting magnetic flux from them is equal to zero. Harmonics of voltages on phase windings 9, 10; 11, 12; 13, 14 in each of the channels have the same content, but are opposite in sign. As a result, for example, a voltage equal to twice the content of these harmonics in each channel is applied to two windings 9 and 10 of the filter transformer 15 of one phase (A1) in series
Фильтр-трансформатор 15, таким образом, препятствует прохождению к обмоткам 16, 17; 19, 20 и 22, 23 согласующего трансформаторного узла 25 определенного массива высших гармоник. Номера этих гармоник определяются с учетом того, что в спектре напряжения U3-0 содержатся гармоники с номерами 6К±1, а в спектре напряжения U16 - гармоники с номерами 12К±1, где К - любое целое число.The filter transformer 15, thus, prevents passage to the windings 16, 17; 19, 20 and 22, 23 matching transformer node 25 of a certain array of higher harmonics. The numbers of these harmonics are determined taking into account the fact that the voltage spectrum U 3-0 contains harmonics with numbers 6K ± 1, and the voltage spectrum U 16 contains harmonics with numbers 12K ± 1, where K is any integer.
Фильтр-трансформатор 15 также устраняет несимметрию сопротивлений одноименных плеч первого и второго каналов одноканальных инверторов 1 и 2. Возможная разница в мгновенных значениях выходных напряжений инверторов напряжения 1 и 2 в этом случае оседает на обмотках 9, 10; 11, 12; 13, 14 фильтр-трансформатора 15. Действие его таково, что в канале с большим значением напряжения противо-ЭДС соответствующей обмотки фильтр-трансформатора 15 этого канала направлена встречно ему, а в канале с меньшим значением напряжения - согласно с ним, то есть фильтр-трансформатор 15 работает как выравнивающее устройство.Filter transformer 15 also eliminates the asymmetry of the resistance of the same shoulders of the first and second channels of single-channel inverters 1 and 2. A possible difference in the instantaneous values of the output voltages of the voltage inverters 1 and 2 in this case settles on the windings 9, 10; 11, 12; 13, 14 of the filter transformer 15. Its action is such that in the channel with a large voltage value of the counter-EMF of the corresponding winding of the filter transformer 15 of this channel is directed towards it, and in the channel with a lower voltage value, according to it, that is, the filter transformer 15 operates as a leveling device.
Возможны различные сочетания параметров сопротивлений в преобразующем тракте. Допустим, что сопротивления первого и второго плеч в каждом инверторе напряжения 1 или 2 примерно равны. Приближению к выполнению этого условия способствуют сопротивления обмоток фильтр-трансформатора 15. Их значения сопоставимы с сопротивлениями плеч, в результате чего относительное значение возможной разницы в результирующих сопротивлениях каналов преобразующего тракта уменьшается, что способствуют, в конечном счете, выравниванию напряжений, прикладываемых к обмоткам согласующего трансформаторного узла 25 в разные полупериоды.Various combinations of resistance parameters in the conversion path are possible. Suppose that the resistance of the first and second shoulders in each voltage inverter 1 or 2 are approximately equal. Approaching this condition is facilitated by the resistance of the windings of the filter transformer 15. Their values are comparable with the resistances of the shoulders, as a result of which the relative value of the possible difference in the resulting resistances of the channels of the transforming path decreases, which ultimately helps to equalize the voltages applied to the windings of the matching transformer node 25 in different half-periods.
Работа двухканального инвертора поясняется временными диаграммами, где показаны:The operation of the two-channel inverter is illustrated by timing diagrams, which show:
- мгновенное значение фазного напряжения 
- линейное напряжение 
- мгновенное значение напряжения UA1 на каждой из двух фазных обмоток 16, 17 трансформаторного узла 25 (одинаковое для обеих обмоток);- the instantaneous voltage value U A1 on each of the two phase windings 16, 17 of the transformer assembly 25 (the same for both windings);
- мгновенные значения напряжений UFT9, UFT11, UFT137, на нечетных обмотках 9, 11, 13 фильтр-трансформатора 15. Напряжения UFT10, UFT12, UFT14 на его четных обмотках 10, 12, 14 имеют такую же форму, но с противоположным знаком.- instantaneous voltage values U FT9 , U FT11 , U FT137 , on the odd windings 9, 11, 13 of the filter transformer 15. The voltages U FT10 , U FT12 , U FT14 on its even windings 10, 12, 14 have the same shape, but with the opposite sign.
При использовании одного и того же магнитного материала для фильтр-трансформатора 15 и согласующего трансформаторного узла 25 выбирается большее значение индукции с тем, чтобы в случае проявлений несимметрии сопротивлений в преобразующих трактах фильтр-трансформатор 15 поднасыщался бы быстрее согласующего трансформаторного узла 25. Этот процесс приводит к увеличению тока в этой цепи и росту падения напряжения, а в итоге - к выравниванию вольт-секундных площадей полуволн напряжения, подводимого к трансформаторному узлу 25 и ограничению его насыщения.When using the same magnetic material for the filter transformer 15 and the matching transformer assembly 25, a higher induction value is selected so that in case of asymmetry of the resistances in the conversion paths, the filter transformer 15 will be saturated faster than the matching transformer assembly 25. This process leads to an increase in the current in this circuit and an increase in the voltage drop, and as a result, to equalize the volt-second areas of half-waves of voltage supplied to the transformer unit 25 and limit it saturation.
Предотвращение замагничивания магнитопровода согласующего трансформаторного узла 25 позволяет значительно улучшить условия работы одноканальных инверторов напряжения 1, 2. Результатом является снижение потерь в первичной цепи преобразующего тракта и повышение результирующего КПД, а также соответствующее снижение массы охладителей и снижение коэффициента запаса по установленной мощности оборудования.The prevention of magnetization of the magnetic core of the matching transformer assembly 25 can significantly improve the working conditions of single-channel voltage inverters 1, 2. The result is a reduction in losses in the primary circuit of the conversion path and an increase in the resulting efficiency, as well as a corresponding reduction in the mass of coolers and a decrease in the safety factor for the installed capacity of the equipment.
Использование изобретения позволяет улучшить электромагнитную совместимость. Это достигается тем, что уровень квантования результирующего напряжения в обмотках (или, что эквивалентно, скорость изменения магнитного потока) уменьшается вдвое. Именно эти величины и определяют уровень помехоизлучений. При выходе из строя одного канала второй канал продолжает работать с большими вдвое искажениями, хотя и с меньшей отдаваемой мощностью. Однако устройство при этом не теряет свою основную функциональную характеристику, что свидетельствует о повышенной его надежности.The use of the invention improves the electromagnetic compatibility. This is achieved by the fact that the level of quantization of the resulting voltage in the windings (or, equivalently, the rate of change of the magnetic flux) is halved. It is these quantities that determine the level of noise emissions. If one channel fails, the second channel continues to operate with twice as much distortion, although with less power output. However, the device does not lose its main functional characteristic, which indicates its increased reliability.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129134/09A RU2247466C1 (en) | 2003-10-01 | 2003-10-01 | Two-channel three-phase voltage inverter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129134/09A RU2247466C1 (en) | 2003-10-01 | 2003-10-01 | Two-channel three-phase voltage inverter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2247466C1 true RU2247466C1 (en) | 2005-02-27 |
Family
ID=35286409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003129134/09A RU2247466C1 (en) | 2003-10-01 | 2003-10-01 | Two-channel three-phase voltage inverter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2247466C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2762829C1 (en) * | 2021-07-05 | 2021-12-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Dc voltage converter into quasi-sinusoidal three-phase voltage with increased power |
-
2003
- 2003-10-01 RU RU2003129134/09A patent/RU2247466C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2762829C1 (en) * | 2021-07-05 | 2021-12-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Dc voltage converter into quasi-sinusoidal three-phase voltage with increased power |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6101113A (en) | Transformers for multipulse AC/DC converters | |
| US7049921B2 (en) | Auto-transformer for use with multiple pulse rectifiers | |
| CN113782320B (en) | Power conversion circuit | |
| RU2638151C2 (en) | Three-phase-two-phase stationary transformer with enhanced coupled magnetic flux | |
| RU2247466C1 (en) | Two-channel three-phase voltage inverter | |
| RU2332776C1 (en) | Alternating voltage/constant voltage converter with twelvefold pulse frequency | |
| RU2333562C1 (en) | Single-phase transformer with rotating magnetic field | |
| US10665384B2 (en) | Voltage step-up autotransformer, and AC-to-DC converter comprising such an autotransformer | |
| RU2334298C1 (en) | Electromagnetic compensator of power grid harmonics | |
| RU2496172C2 (en) | Single-phase transformer | |
| RU2416866C1 (en) | Converter of three-phase alternating voltage | |
| SU1272424A1 (en) | Three-phase static ferromagnetic frequency multiplier | |
| RU2280311C1 (en) | Three-phase dual-channel conversion transformer-rectifier unit (alternatives) | |
| RU2110135C1 (en) | Magnet-thyristor frequency multiplier (options) | |
| SU547945A1 (en) | Single phase frequency multiplier even number of times | |
| RU2709455C1 (en) | 12-pulse converter | |
| RU38079U1 (en) | THREE PHASE POWER SYMMETRING TRANSFORMER | |
| RU2081498C1 (en) | Single-phase-to-three-phase voltage changer | |
| Moinoddin et al. | Dual five-phase power supply system using a three to ten-phase transformer connection | |
| RU2045790C1 (en) | Three-phase transformer | |
| SU1319204A1 (en) | Autotransformer source of electric power | |
| Karim et al. | Design of multiphase transformer using phasor method | |
| SU1053240A1 (en) | Three-directional a.c.-to-d.c. voltage converter | |
| RU2280911C2 (en) | Device for converting three- and single-phase supply voltages and currents (alternatives) | |
| Tabrez et al. | A Three-phase to Seven-phase Energy Transformation under Unbalanced Supply Voltage |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081002 |