RU2581033C1 - Single-phase voltage inverter - Google Patents

Single-phase voltage inverter Download PDF

Info

Publication number
RU2581033C1
RU2581033C1 RU2014146166/07A RU2014146166A RU2581033C1 RU 2581033 C1 RU2581033 C1 RU 2581033C1 RU 2014146166/07 A RU2014146166/07 A RU 2014146166/07A RU 2014146166 A RU2014146166 A RU 2014146166A RU 2581033 C1 RU2581033 C1 RU 2581033C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistor
voltage
capacitor
diode
terminal
Prior art date
Application number
RU2014146166/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Федор Андреевич Гельвер
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority to RU2014146166/07A priority Critical patent/RU2581033C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2581033C1 publication Critical patent/RU2581033C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/523Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with LC-resonance circuit in the main circuit
    • H02M7/5233Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with LC-resonance circuit in the main circuit the commutation elements being in a push-pull arrangement
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5383Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a self-oscillating arrangement
    • H02M7/53832Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a self-oscillating arrangement in a push-pull arrangement

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, particularly to single-phase voltage inverters. Single-phase voltage inverter comprises control system, a transistor half-bridge, additional two transistors, two diodes, two throttles and two capacitors, which enables to realise a change of frequency, phase and level of current value of output voltage both below and above level determined by voltage of primary source of DC voltage.
EFFECT: technical result is improved weight and dimensions and characteristics of energy converter with stabilisation of output voltage.
2 cl, 2 dwg

Description

Предложение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к преобразователям электрической энергии напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока (инверторам), и может быть использовано в автономных системах электроснабжения для стабилизации выходного переменного напряжения, либо его изменения по заданному закону.The proposal relates to the field of electrical engineering and power electronics, in particular to converters of electrical energy from DC voltage to AC voltage (inverters), and can be used in stand-alone power supply systems to stabilize the output AC voltage, or change it according to a given law.

Известно устройство однофазного мостового автономного инвертора напряжения [патент RU 2421870, класс H02M 7/53846, дата выдачи 20.06.2011], содержащего мостовой преобразователь, выполненный на четырех диодах и четырех транзисторах, активно-индуктивную нагрузку и систему управления. В представленном устройстве реализуется преобразование постоянного напряжения в однофазное напряжение переменного тока. Недостатком известного устройства является отсутствие возможности увеличения напряжения на выходе инвертора выше уровня напряжения, определяемого уровнем напряжения источника постоянного тока. Известно устройство преобразователя постоянного напряжения в трехфазное переменное [патент SU 944027, класс H02M 7/48, дата выдачи 15.07.1982], содержащего однофазный инвертор, нагруженный на первичную обмотку согласующего трансформатора, вторичные обмотки которого через электронные ключи коммутируются на три выходные фазы. Также известно устройство инвертора напряжения [свидетельство на полезную модель №16888, класс H02M 7/48], содержащее два однофазных инверторных моста, трансформатор, диоды, включенные встречно-параллельно эмиттер-коллекторным переходам транзисторов, и входной конденсатор инвертора. Недостатками известных схем являются наличие согласующего трансформатора и как следствие фиксированная частота выходного напряжения, а также большая масса и габариты.A device for a single-phase bridge autonomous voltage inverter [patent RU 2421870, class H02M 7/53846, issue date 06/20/2011], comprising a bridge converter made on four diodes and four transistors, an active-inductive load and a control system. The presented device implements the conversion of DC voltage into a single-phase AC voltage. A disadvantage of the known device is the inability to increase the voltage at the inverter output above the voltage level determined by the voltage level of the DC source. A device for converting a direct voltage to a three-phase alternating current [patent SU 944027, class H02M 7/48, issuance date 07/15/1982], comprising a single-phase inverter, loaded on the primary winding of a matching transformer, the secondary windings of which are switched through electronic switches to three output phases. A voltage inverter device is also known [certificate for utility model No. 16888, class H02M 7/48], containing two single-phase inverter bridges, a transformer, diodes connected in parallel to the emitter-collector junctions of the transistors, and an inverter input capacitor. The disadvantages of the known schemes are the presence of a matching transformer and, as a consequence, a fixed frequency of the output voltage, as well as a large mass and dimensions.

Наиболее близким по технической сущности является устройство преобразователя напряжения постоянного тока с промежуточным звеном повышенной частоты [патент RU 2414802, класс H02M 7/539, дата выдачи 20.03.2011], позволяющего улучшить массогабаритные показатели. Поставленная задача достигается тем, что преобразователь напряжения содержит промежуточное звено повышенной частоты, состоящее из однофазного инверторного моста и высокочастотного трансформатора, на выходе которого установлен тиристорный коммутатор и фильтр. Недостатком предложенного устройства является сложная схема, содержащая фильтр, согласующий трансформатор и большое количество полупроводниковых элементов, а также низкое качество выходного напряжения. К недостаткам известного электрического преобразователя можно также отнести большое число преобразований электроэнергии, а следовательно, низкий КПД.The closest in technical essence is the device of the DC voltage Converter with an intermediate link of high frequency [patent RU 2414802, class H02M 7/539, date of issue 03/20/2011], which allows to improve overall dimensions. The task is achieved in that the voltage converter contains an intermediate link of increased frequency, consisting of a single-phase inverter bridge and a high-frequency transformer, the output of which is equipped with a thyristor switch and a filter. The disadvantage of the proposed device is a complex circuit containing a filter matching a transformer and a large number of semiconductor elements, as well as low quality output voltage. The disadvantages of the known electrical Converter can also include a large number of conversions of electricity, and therefore, low efficiency.

Предлагаемый однофазный инвертор напряжения позволяет изменять действующее значение, частоту и фазу выходного напряжения, а также улучшить массогабаритные и энергетические характеристики. Причем появляется возможность изменения уровня выходного напряжения как ниже, так и выше уровня, определяемого напряжением источника постоянного напряжения, при этом частота выходного напряжения может изменяться в широких пределах.The proposed single-phase voltage inverter allows you to change the current value, frequency and phase of the output voltage, as well as improve weight and size and energy characteristics. Moreover, it becomes possible to change the level of the output voltage both below and above the level determined by the voltage of the constant voltage source, while the frequency of the output voltage can vary over a wide range.

Описанные преимущества достигаются тем, что однофазный инвертор напряжения снабжен дополнительными элементами, позволяющими получить регулируемый двухуровневый источник постоянного напряжения, и транзисторным полумостом, реализующим инвертор напряжения. Изменяя скважность работы управляемых ключей, можно осуществлять изменение по заданному алгоритму или стабилизацию уровня выходного напряжения относительно уровня напряжения источника постоянного напряжения.The described advantages are achieved in that the single-phase voltage inverter is equipped with additional elements that make it possible to obtain an adjustable two-level source of constant voltage, and a transistor half-bridge that implements a voltage inverter. By changing the duty cycle of the controlled keys, it is possible to change according to a given algorithm or stabilize the level of the output voltage relative to the voltage level of the constant voltage source.

Однофазный инвертор напряжения, схема которого представлена на Фиг. 1, содержит выводы 1, 2 для подключения источника постоянного напряжения 3, нагрузку 4, систему управления 5, транзисторный полумост 6, состоящий из двух транзисторов 7, 8 и двух подключенных к ним антипаралельных диодов 9, 10. Положительный вывод 1 подключения источника постоянного напряжения 3 соединен с коллектором первого транзистора 7 и катодом первого диода 9, эмиттер первого транзистора 7 соединен с анодом первого диода 9 и коллектором второго транзистора 8 и катодом второго диода 10. Эмиттер второго транзистора 8 соединен с анодом второго диода 10. Однофазный инвертор напряжения содержит дополнительные транзистор 11, диод 12, дроссель 13 и конденсатор 14. К положительному выводу 1 подключения источника постоянного напряжения 3 подключен коллектор третьего транзистора 11, эмиттер которого соединен с катодом третьего диода 12 и первым выводом первого дросселя 13. Анод третьего диода 12 соединен с отрицательной обкладкой первого конденсатора 14 и эмиттером второго транзистора 8, отрицательный вывод 2 подключения источника постоянного напряжения 3 соединен с первым выводом 15 нагрузки 4, вторым выводом первого дросселя 13 и положительной обкладкой первого конденсатора 14. Второй вывод 16 нагрузки 4 подключен к эмиттеру первого транзистора 7. Информация об уровнях напряжения на источнике постоянного напряжения 3 и конденсаторе 14 поступают в систему управления 5, в которую заведены управляющие выводы всех транзисторов 7, 8, 11.A single-phase voltage inverter, the circuit of which is shown in FIG. 1, contains conclusions 1, 2 for connecting a constant voltage source 3, load 4, control system 5, transistor half-bridge 6, consisting of two transistors 7, 8 and two antiparallel diodes connected to them 9, 10. Positive terminal 1 for connecting a constant voltage source 3 is connected to the collector of the first transistor 7 and the cathode of the first diode 9, the emitter of the first transistor 7 is connected to the anode of the first diode 9 and the collector of the second transistor 8 and the cathode of the second diode 10. The emitter of the second transistor 8 is connected to the anode of the second diode a 10. A single-phase voltage inverter contains an additional transistor 11, a diode 12, a choke 13 and a capacitor 14. A collector of the third transistor 11 is connected to the positive terminal 1 of the DC voltage source 3, the emitter of which is connected to the cathode of the third diode 12 and the first terminal of the first choke 13. The anode of the third diode 12 is connected to the negative lining of the first capacitor 14 and the emitter of the second transistor 8, the negative terminal 2 of the DC voltage source 3 is connected to the first terminal 15 of the load 4, the output terminal of the first inductor 13 and the positive lining of the first capacitor 14. The second terminal 16 of the load 4 is connected to the emitter of the first transistor 7. Information about the voltage levels at the constant voltage source 3 and the capacitor 14 are fed to the control system 5, into which the control leads of all transistors 7 are connected , 8, 11.

Однофазный инвертор напряжения, схема которого представлена на Фиг. 2, содержит дополнительные транзистор 17, диод 18, дроссель 19 и конденсатор 20, включенные в цепь соединения между положительным выводом 1 подключения источника постоянного напряжения 3 и коллектором первого транзистора 7. Первый вывод второго дросселя 19 соединен с положительным выводом 1 подключения источника постоянного напряжения 3 и коллектором третьего транзистора 11. Второй вывод второго дросселя 19 соединен с коллектором четвертого транзистора 17 и анодом четвертого диода 18, катод которого соединен с положительной обкладкой второго конденсатора 20 и коллектором первого транзистора 7. К отрицательному выводу 2 подключения источника постоянного напряжения 3 подключены эмиттер четвертого транзистора 17 и отрицательная обкладка второго конденсатора 20, а информация об уровне напряжения со второго конденсатора 20 заведена в систему управления 5, к которой подключены управляющие выводы четвертого транзистора 17.A single-phase voltage inverter, the circuit of which is shown in FIG. 2, contains additional transistor 17, diode 18, inductor 19 and capacitor 20 included in the connection circuit between the positive terminal 1 of the DC voltage source 3 and the collector of the first transistor 7. The first terminal of the second inductor 19 is connected to the positive terminal 1 of the DC voltage source 3 and the collector of the third transistor 11. The second output of the second inductor 19 is connected to the collector of the fourth transistor 17 and the anode of the fourth diode 18, the cathode of which is connected to the positive lining of the second cond the sensor 20 and the collector of the first transistor 7. An emitter of the fourth transistor 17 and a negative lining of the second capacitor 20 are connected to the negative terminal 2 of the DC voltage source 3 and the voltage level information from the second capacitor 20 is connected to the control system 5, to which the control terminals of the fourth transistor 17.

Работа однофазного инвертора напряжения, изображенного на Фиг. 1, происходит следующим образом. В режиме работы формируется требуемое значение напряжения на первом конденсаторе 14 посредством изменения скважности работы транзистора 11The operation of the single-phase voltage inverter shown in FIG. 1 occurs as follows. In the operating mode, the required voltage value is generated on the first capacitor 14 by changing the duty cycle of the transistor 11

γ11=t11/T;γ 11 = t 11 / T;

при этом напряжение на конденсаторе 14 определяется согласно (в случае последующего разряда конденсатора 14 на нагрузку 4)the voltage on the capacitor 14 is determined according to (in the case of a subsequent discharge of the capacitor 14 to the load 4)

U 14 = U 3 γ 11 1 γ 11

Figure 00000001
, U fourteen = U 3 γ eleven one - γ eleven
Figure 00000001
,

где γ11 - скважность работы транзистора 11, t11 - время замкнутого состояния транзистора 11, T - период повторяемости импульсов, U14 - требуемый уровень напряжения на конденсаторе 14, U3 - уровень напряжения источника постоянного напряжения 3.where γ 11 is the duty cycle of the transistor 11, t 11 is the closed time of the transistor 11, T is the pulse repetition period, U 14 is the required voltage level across the capacitor 14, U 3 is the voltage level of the constant voltage source 3.

В тот момент времени, когда транзистор 11 включен, происходит накопление энергии в дросселе 13. Ток заряда течет по цепи "плюс" источника постоянного напряжения 3 через транзистор 11, дроссель 13 и на "минус" источника постоянного напряжения 3. При этом ток через дроссель 13 нарастает по линейному закону. После закрытия транзистора 11 энергия, накопленная в дросселе 13, передается на заряд конденсатора 14 по цепи второй вывод дросселя 13, положительная обкладка конденсатора 14, отрицательная обкладка конденсатора 14, диод 12 и первый вывод дросселя 13. В результате чего происходит передача энергии от дросселя 13 на заряд конденсатора 14, который далее с использованием транзистора 8 разряжается на нагрузку. При этом при γ11<0,5 схема работает с понижением уровня напряжения на конденсаторе 14 относительно входного напряжения источника постоянного напряжения 3, при γ11>0,5 - с повышением, и при γ11=0,5 с равенством уровня напряжения на конденсаторе 14 и уровня на источнике постоянного напряжения 3. В данном варианте схемы Фиг. 1 рациональнее всего обеспечивать скважность работы транзистора 11 γ11=0,5, при этом будем иметь двухполярный источник напряжения с равными уровнями напряжения.At that time, when the transistor 11 is turned on, energy is accumulated in the inductor 13. The charge current flows along the plus circuit of the constant voltage source 3 through the transistor 11, the inductor 13 and to the minus of the constant voltage source 3. In this case, the current through the inductor 13 grows according to a linear law. After closing the transistor 11, the energy stored in the inductor 13 is transferred to the charge of the capacitor 14 through the circuit to the second output of the inductor 13, the positive lining of the capacitor 14, the negative lining of the capacitor 14, the diode 12 and the first output of the inductor 13. As a result, the energy is transferred from the inductor 13 on the charge of the capacitor 14, which is then discharged to the load using a transistor 8. Moreover, with γ 11 <0.5, the circuit operates with a decrease in the voltage level on the capacitor 14 relative to the input voltage of the constant voltage source 3, with γ 11 > 0.5 - with an increase, and with γ 11 = 0.5, the voltage level a capacitor 14 and a level at a constant voltage source 3. In this embodiment, the circuit of FIG. 1 it is most rational to ensure the duty cycle of the transistor 11 γ 11 = 0.5, while we will have a bipolar voltage source with equal voltage levels.

Таким образом, организуется двухполярный источник постоянного напряжения, один уровень - это напряжение на самом источнике постоянного напряжения 3, второй уровень - это напряжение на конденсаторе 14. Транзисторы 7, 8 и диоды 9, 10 организуют транзисторный полумост 6 и схему инвертора напряжения для питания нагрузки 4. Изменяя порядок и скважность работы транзисторов 7 и 8, можно изменять действующее значение, частоту и фазу выходного напряжения, питающего нагрузку 4. Алгоритмом работы транзисторов 7 и 8 можно добиться реализации закона управления выходным напряжением на нагрузке согласно закону однополярной или двухполярной ШИМ. При этом должен быть исключен режим одновременного включенного состояния обоих транзисторов 7 и 8. Таким образом, элементы схемы 3, 11, 13, 12, 14 отвечают за организацию двухполярного источника питания, а элементы схемы 7, 8, 9, 10 отвечают за преобразование двухполярного постоянного напряжения в переменное напряжение с требуемыми параметрами действующего значения, частоты и фазы.Thus, a bipolar DC voltage source is organized, one level is the voltage at the constant voltage source 3, the second level is the voltage at the capacitor 14. Transistors 7, 8 and diodes 9, 10 organize a transistor half-bridge 6 and a voltage inverter circuit to power the load 4. By changing the order and duty cycle of the transistors 7 and 8, it is possible to change the effective value, frequency and phase of the output voltage supplying the load 4. By the algorithm of the transistors 7 and 8, it is possible to achieve the implementation of the control law I output voltage at the load according to the law of unipolar or bipolar PWM. In this case, the simultaneous on state of both transistors 7 and 8 should be excluded. Thus, the elements of the circuit 3, 11, 13, 12, 14 are responsible for the organization of the bipolar power source, and the elements of the circuit 7, 8, 9, 10 are responsible for the conversion of the bipolar DC voltage to AC voltage with the required parameters of the effective value, frequency and phase.

В том случае, если необходимо получать действующее напряжение на нагрузке 4 выше уровня напряжения, определяемого уровнем напряжения источника постоянного напряжения 3, необходимо использовать схему однофазного инвертора напряжения, изображенного на Фиг. 2. Работа однофазного инвертора напряжения, изображенного на Фиг. 2, происходит следующим образом. В режиме работы формируются требуемые значения напряжения на первом 14 и втором 20 конденсаторе посредством изменения скважности работы транзисторов 11 и 17 соответственно. Скважность работы транзистора 17 определяется согласноIn the event that it is necessary to obtain the effective voltage at the load 4 above the voltage level determined by the voltage level of the constant voltage source 3, it is necessary to use the circuit of the single-phase voltage inverter shown in FIG. 2. Operation of the single-phase voltage inverter shown in FIG. 2 occurs as follows. In the operating mode, the required voltage values are generated on the first 14 and second 20 capacitors by changing the duty cycle of the transistors 11 and 17, respectively. The duty cycle of the transistor 17 is determined according to

γ17=t17/T;γ 17 = t 17 / T;

при этом напряжение на конденсаторе 20 определяется согласно (в случае последующего разряда конденсатора 20 на нагрузку 4)the voltage on the capacitor 20 is determined according to (in the case of a subsequent discharge of the capacitor 20 to the load 4)

U 20 = U 3 1 1 γ 17

Figure 00000002
, U twenty = U 3 one one - γ 17
Figure 00000002
,

где γ17 - скважность работы транзистора 17, t17 - время замкнутого состояния ключа 17, T - период повторяемости импульсов, U20 - требуемый уровень напряжения на конденсаторе 20, U3 - уровень напряжения источника постоянного напряжения 3.where γ 17 is the duty cycle of the transistor 17, t 17 is the closed time of the switch 17, T is the pulse repetition period, U 20 is the required voltage level on the capacitor 20, U 3 is the voltage level of the constant voltage source 3.

В тот момент времени, когда транзистор 17 включен, происходит накопление энергии в дросселе 19. Ток заряда течет по цепи "плюс" источника постоянного напряжения 3 через дроссель 19, транзистор 17 и на "минус" источника постоянного напряжения 3. При этом ток через дроссель 19 нарастает по линейному закону. После закрытия транзистора 17 падение напряжения на дросселе 19 складывается с напряжением источника постоянного напряжения 3 и происходит передача энергии, накопленной в дросселе 19, и энергии источника постоянного напряжения 3 на заряд конденсатора 20 по цепи "плюс" источника постоянного напряжения 3, дроссель 19, диод 18, положительная обкладка конденсатора 20, отрицательная обкладка конденсатора 20 и на "минус" источника постоянного напряжения 3.At that moment in time, when the transistor 17 is turned on, energy is accumulated in the inductor 19. The charge current flows along the plus circuit of the constant voltage source 3 through the inductor 19, the transistor 17 and to the minus of the constant voltage source 3. In this case, the current through the inductor 19 is increasing according to a linear law. After the transistor 17 is closed, the voltage drop across the inductor 19 is added to the voltage of the constant voltage source 3 and the energy stored in the inductor 19 and the energy of the constant voltage source 3 are transferred to the charge of the capacitor 20 along the plus circuit of the constant voltage source 3, inductor 19, diode 18, the positive lining of the capacitor 20, the negative lining of the capacitor 20 and the minus of the DC voltage source 3.

При этом при γ17>0 схема работает с повышением уровня напряжения на конденсаторе 20 относительно входного напряжения источника постоянного напряжения 3. Для получения симметричного синусоидального напряжения на выходе однофазного инвертора скважности работы транзисторов γ11 и γ17 должны быть такими, чтобы на конденсаторах 14 и 20 был организован источник двухполярного напряжения с равными уровнями. Элементы схемы 3, 11, 13, 12, 14, 17, 18, 19, 20 отвечают за организацию двухполярного источника питания, а элементы схемы 7, 8, 9, 10 отвечают за преобразование двухполярного постоянного напряжения в переменное напряжение с требуемыми параметрами действующего значения, частоты и фазы.Moreover, when γ 17 > 0, the circuit operates with increasing voltage level on the capacitor 20 relative to the input voltage of the constant voltage source 3. To obtain a symmetrical sinusoidal voltage at the output of a single-phase duty cycle inverter, the operation of the transistors γ 11 and γ 17 must be such that on the capacitors 14 and 20, a bipolar voltage source with equal levels was arranged. Elements of the circuit 3, 11, 13, 12, 14, 17, 18, 19, 20 are responsible for the organization of the bipolar power source, and elements of the circuit 7, 8, 9, 10 are responsible for converting the bipolar DC voltage to alternating voltage with the required parameters of the effective value , frequencies and phases.

Таким образом, предлагаемое устройство однофазного инвертора напряжения позволяет изменять частоту, фазу, а также уровень действующего значения выходного напряжения как ниже, так и выше уровня, определяемого напряжением первичного источника постоянного напряжения. Однофазный инвертор напряжения по сравнению с известными схемами позволяет улучшить массогабаритные и энергетические характеристики.Thus, the proposed device single-phase voltage inverter allows you to change the frequency, phase, and also the level of the effective value of the output voltage both below and above the level determined by the voltage of the primary source of constant voltage. A single-phase voltage inverter, in comparison with known schemes, allows to improve weight and size and energy characteristics.

Claims (2)

1. Однофазный инвертор напряжения, содержащий выводы для подключения источника постоянного напряжения, нагрузку, систему управления, транзисторный полумост, состоящий из двух транзисторов и двух подключенных к ним антипаралельных диодов, причем положительный вывод подключения источника постоянного напряжения соединен с коллектором первого транзистора и катодом первого диода, эмиттер первого транзистора соединен с анодом первого диода и коллектором второго транзистора и катодом второго диода, эмиттер второго транзистора соединен с анодом второго диода, отличающийся тем, что однофазный инвертор напряжения содержит дополнительные транзистор, диод, дроссель и конденсатор, причем к положительному выводу подключения источника постоянного напряжения подключен коллектор третьего транзистора, эмиттер которого соединен с катодом третьего диода и первым выводом первого дросселя, анод третьего диода соединен с отрицательной обкладкой первого конденсатора и эмиттером второго транзистора, отрицательный вывод подключения источника постоянного напряжения соединен с первым выводом нагрузки, вторым выводом первого дросселя и положительной обкладкой первого конденсатора, второй вывод нагрузки подключен к эмиттеру первого транзистора, информация об уровнях напряжения на источнике постоянного напряжения и конденсаторе поступает в систему управления, в которую заведены управляющие выводы всех транзисторов.1. A single-phase voltage inverter containing terminals for connecting a constant voltage source, a load, a control system, a half-bridge transistor consisting of two transistors and two anti-parallel diodes connected to them, the positive terminal of a constant voltage source being connected to the collector of the first transistor and the cathode of the first diode , the emitter of the first transistor is connected to the anode of the first diode and the collector of the second transistor and the cathode of the second diode, the emitter of the second transistor is connected to a a second diode node, characterized in that the single-phase voltage inverter contains an additional transistor, diode, inductor and capacitor, and the collector of the third transistor, the emitter of which is connected to the cathode of the third diode and the first output of the first inductor, the anode of the third diode, is connected to the positive terminal of the DC voltage source connected to the negative lining of the first capacitor and the emitter of the second transistor, the negative terminal of the DC voltage source is connected to the first load terminal, a second terminal of the first inductor and the positive plate of the first capacitor, the second terminal of the load connected to the emitter of the first transistor, the voltage levels of the information on the source of DC voltage and the capacitor is supplied to the control system, which manages all control terminals of transistors. 2. Однофазный инвертор напряжения по п. 1, отличающийся тем, что схема содержит дополнительные транзистор, диод, дроссель и конденсатор, включенные в цепь соединения между положительным выводом подключения источника постоянного напряжения и коллектором первого транзистора, причем первый вывод второго дросселя соединен с положительным выводом подключения источника постоянного напряжения и коллектором третьего транзистора, второй вывод второго дросселя соединен с коллектором четвертого транзистора и анодом четвертого диода, катод которого соединен с положительной обкладкой второго конденсатора и коллектором первого транзистора, а к отрицательному выводу подключения источника постоянного напряжения подключены эмиттер четвертого транзистора и отрицательная обкладка второго конденсатора, а информация об уровне напряжения со второго конденсатора заведена в систему управления, к которой подключены управляющие выводы четвертого транзистора. 2. The single-phase voltage inverter according to claim 1, characterized in that the circuit contains additional transistor, diode, inductor and capacitor included in the connection circuit between the positive terminal of the DC voltage source and the collector of the first transistor, the first terminal of the second inductor connected to the positive terminal connecting the DC voltage source and the collector of the third transistor, the second terminal of the second inductor is connected to the collector of the fourth transistor and the anode of the fourth diode, the cathode of which It is connected to the positive side of the second capacitor and the collector of the first transistor, and the emitter of the fourth transistor and the negative side of the second capacitor are connected to the negative terminal of the DC voltage source, and information about the voltage level from the second capacitor is connected to the control system to which the control terminals of the fourth transistor are connected .
RU2014146166/07A 2014-11-17 2014-11-17 Single-phase voltage inverter RU2581033C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014146166/07A RU2581033C1 (en) 2014-11-17 2014-11-17 Single-phase voltage inverter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014146166/07A RU2581033C1 (en) 2014-11-17 2014-11-17 Single-phase voltage inverter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2581033C1 true RU2581033C1 (en) 2016-04-10

Family

ID=55794381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014146166/07A RU2581033C1 (en) 2014-11-17 2014-11-17 Single-phase voltage inverter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2581033C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1156225A1 (en) * 1982-02-25 1985-05-15 Всесоюзный Электротехнический Институт Им.В.И.Ленина Transistor inverter
US4564895A (en) * 1983-09-12 1986-01-14 Sundstrand Corporation Neutrally clamped PWM half-bridge inverter
WO1989006064A1 (en) * 1987-12-03 1989-06-29 Sundstrand Corporation Dc to ac inverter with neutral
RU2024176C1 (en) * 1992-04-01 1994-11-30 Виктор Никитович Панченко Single-phase inverter
RU2291550C1 (en) * 2005-08-09 2007-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" One-phased semi-bridge inverter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1156225A1 (en) * 1982-02-25 1985-05-15 Всесоюзный Электротехнический Институт Им.В.И.Ленина Transistor inverter
US4564895A (en) * 1983-09-12 1986-01-14 Sundstrand Corporation Neutrally clamped PWM half-bridge inverter
WO1989006064A1 (en) * 1987-12-03 1989-06-29 Sundstrand Corporation Dc to ac inverter with neutral
US4862342A (en) * 1987-12-03 1989-08-29 Sundstrand Corp. DC to AC inverter with neutral having a resonant circuit
RU2024176C1 (en) * 1992-04-01 1994-11-30 Виктор Никитович Панченко Single-phase inverter
RU2291550C1 (en) * 2005-08-09 2007-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" One-phased semi-bridge inverter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20090244936A1 (en) Three-phase inverter
US10044278B2 (en) Power conversion device
EP2966771B1 (en) Single-phase inverter
RU163740U1 (en) MULTI-PHASE RECTIFIER WITH CORRECTION OF POWER COEFFICIENT
JP4735188B2 (en) Power converter
JP2015070716A (en) Dc/dc converter
JP6140007B2 (en) Power converter
RU163741U1 (en) MULTI-PHASE RECTIFIER WITH CORRECTION OF POWER COEFFICIENT
US7859867B2 (en) Method and inverter for converting a DC voltage into a 3-phase AC output
EP3273589A1 (en) Power supply system
Dodo et al. A study for improvement in power density of flying capacitor multilevel inverters for grid-connected applications
RU143467U1 (en) PULSE VOLTAGE CONVERTER
RU2581033C1 (en) Single-phase voltage inverter
JP2020108246A (en) Control circuit, and dc/dc converter device
RU2551427C1 (en) Method and device of stabilisation of three-phase alternating voltage
WO2018148932A1 (en) Dc to dc converter
RU142952U1 (en) PULSE SINGLE-STROKE CONVERTER
Lei et al. Four quadrant voltage sag/swell compensation with interphase quasi-Z-source AC-AC topology
RU190083U1 (en) DC Pulse Frequency Converter
Narimani et al. A comparative study of three-level DC-DC converters
RU2453030C1 (en) Transformerless power supply
RU158492U1 (en) CAPACITY-DISCHARGE DEVICE FOR CAPACITY ENERGY STORAGE
Chakraborty et al. A novel single-stage dual-active bridge based isolated DC-AC converter
CN106817042B (en) DC-AC converter and control method thereof
RU172897U1 (en) Three Phase Uninterruptible Power Supply