RU2686475C1 - Frequency converter with asymmetric inverter circuit - Google Patents

Frequency converter with asymmetric inverter circuit Download PDF

Info

Publication number
RU2686475C1
RU2686475C1 RU2018115623A RU2018115623A RU2686475C1 RU 2686475 C1 RU2686475 C1 RU 2686475C1 RU 2018115623 A RU2018115623 A RU 2018115623A RU 2018115623 A RU2018115623 A RU 2018115623A RU 2686475 C1 RU2686475 C1 RU 2686475C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency converter
voltage
inverter
output
transistor
Prior art date
Application number
RU2018115623A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Фёдор Андреевич Гельвер
Original Assignee
Фёдор Андреевич Гельвер
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 Фёдор Андреевич Гельвер filed Critical Фёдор Андреевич Гельвер
Priority to RU2018115623A priority Critical patent/RU2686475C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2686475C1 publication Critical patent/RU2686475C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: present invention relates to electrical engineering and power electronics, in particular to static frequency converters with double conversion of electrical energy, built as per scheme of two-link electric converters with intermediate link of direct current. In the frequency converter circuit at its supply from the supply circuit containing the neutral wire, there is a source of constant bipolar voltage, which enables to artificially realize one output phase of the frequency converter. Positive effect of the proposal is that the three-phase frequency converter comprises only four fully controllable keys, wherein the proposed frequency converter with an asymmetric inverter circuit enables to obtain absolutely same functionality inherent in the circuit of a classic three-phase inverter, assembled on six fully controllable keys. As a consequence, reducing the number of fully controlled power keys in the frequency converter circuit simplifies the power circuit, the control system, reduces the number of drivers, increases operating reliability and efficiency of the frequency converter with an asymmetric inverter circuit.EFFECT: simplified power structure of inverter of frequency converter, reduced number of fully controlled power keys, simplified control system, increased reliability and improved power characteristics of frequency converter.8 cl, 12 dwg

Description

Предложение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности, к статическим преобразователям частоты с двойным преобразованием электрической энергии.The proposal relates to the field of electrical engineering and power electronics, in particular, to static frequency converters with double conversion of electrical energy.

Известна схема однофазного двунаправленного преобразователя частоты (патент CN 204481689, класс Н02М 5/45, Н02М 5/458, Н02М 7/757, дата приоритета 15.07.2015 г., заявка CN 20152195504 U 20150402, Voltage commutation bidirectional inverter, авторы YU KEFAN; CHEN JING; ZHANG TIANTIAN), собранного по схеме двухзвенного однофазного преобразователя частоты и содержащего входной и выходной фильтры, выпрямитель напряжения на четырех полностью управляемых силовых ключах, емкостной делитель напряжения звена постоянного тока и полумост инвертора напряжения на базе двух полностью управляемых силовых ключей. Отличительной особенностью предложения является обратимость предложенного преобразователя частоты и возможность двунаправленного обмена энергией между источником напряжения и нагрузкой. К недостаткам известного устройства относятся наличие входного и выходного фильтров которые имеют значительный габарит и вес, а также большое количество полностью управляемых ключей.The known scheme of a single-phase bidirectional frequency converter (patent CN 204481689, class Н02М 5/45, Н02М 5/458, Н02М 7/757, priority date 07/15/2015, application CN 20152195504 U 20150402, Voltage commutation bidirectional inverter, authors YU KEFAN; CHEN JING; ZHANG TIANTIAN), assembled according to the scheme of a two-tier single-phase frequency converter and containing input and output filters, a voltage rectifier on four fully controlled power switches, a capacitive voltage divider of the DC link and a half-bridge voltage inverter based on two fully controlled power switches. A distinctive feature of the proposal is the reversibility of the proposed frequency converter and the possibility of bi-directional energy exchange between the voltage source and the load. The disadvantages of the known devices include the presence of input and output filters that have a significant size and weight, as well as a large number of fully controlled keys.

Известна схема однофазного инвертора напряжения (патент RU 2581033 С1, класс Н02М 7/5395, Н02М 7/523, Н02М 7/5383, дата приоритета 17.11.2014 г., заявка 2014146166/07, автор Гельвер Ф.А.) содержащего систему управления, транзисторный полумост на двух транзисторах, а так же элементы инвертирующего преобразователя постоянного напряжения: транзистор, диод, дроссель и конденсатор. Причем нагрузка однофазного инвертора включена между выходом транзисторного полумоста и средней точкой искусственно созданного двухполярного источника постоянного напряжения на базе инвертирующего преобразователя постоянного напряжения. Отличительной особенностью изобретения является возможность формирования однофазного переменного напряжения от однополярного первичного источника постоянного напряжения с использованием всего трех полностью управляемых полупроводниковых ключей. Недостатком устройства является возможность формирования только одной фазы выходного напряжения, а также необходимость использования в качестве источника электроэнергии первичного источника постоянного напряжения.The known scheme of single-phase voltage inverter (patent RU 2581033 C1, class Н02М 7/5395, Н02М 7/523, Н02М 7/5383, priority date 17.11.2014, application 2014146166/07, author Gelver FA) containing the control system , transistor half bridge on two transistors, as well as elements of an inverting DC voltage converter: a transistor, a diode, a choke and a capacitor. Moreover, the load of a single-phase inverter is connected between the output of the transistor half-bridge and the midpoint of an artificially created bipolar DC voltage source based on an inverting DC voltage converter. A distinctive feature of the invention is the possibility of forming a single-phase AC voltage from a unipolar primary source of DC voltage using only three fully controlled semiconductor switches. The disadvantage of this device is the possibility of forming only one phase of the output voltage, as well as the need to use as the source of electricity a primary source of constant voltage.

Известна схема трехфазного преобразователя частоты (патент RU 2510769 С1, класс Н02М 7/527, Н02М 7/483, Н02М 7/53862, Н02Р 27/08, дата приоритета 14.11.2012 г., заявка 2012148481/07, Многоуровневый преобразователь частоты с дифференцированными напряжениями уровней и байпасными полупроводниковыми ключами, авторы Хакимьянов Марат Ильгизович, Шабанов Виталий Алексеевич) содержащего многообмоточный силовой трансформатор, последовательно соединенные силовые ячейки, каждая из которых выполнена в виде однофазного транзисторного преобразователя частоты с блоком управления ячейкой и с трехфазным мостовым выпрямителем, соединенным выводами переменного тока с выходами вторичной обмотки многообмоточного силового трансформатора, а выводами постоянного тока через блок выходного фильтра - с входными выводами постоянного тока транзисторного однофазного инвертора. Причем силовые ячейки выполнены с различным вторичным напряжением. Достоинством предложенной схемы преобразователя частоты является возможность формирования большого количества уровней напряжения на выходе такого преобразователя частоты и как следствие высокое качество гармонического состава синтезируемого напряжения. К недостаткам известного устройства относятся наличие входного многообмоточного трансформатора, невозможность рекуперации энергии из нагрузки в питающую сеть, а также сложная схемотехника и большое количество силовых полностью управляемых ключей и устройств управления ими, сложная система управления и как следствие низкая надежность всего преобразователя.The known scheme of a three-phase frequency converter (patent RU 2510769 C1, class Н02М 7/527, Н02М 7/483, Н02М 7/53862, Н02Р 27/08, priority date 14.11.2012, application 2012148481/07, Multilevel frequency converter with differentiated voltage levels and bypass semiconductor keys, the authors Khakimyanov Marat Ilgizovich, Shabanov Vitaly Alekseevich) containing a multiwinding power transformer, series-connected power cells, each of which is made in the form of a single-phase transistor frequency converter with a control unit cell and a three-phase bridge rectifier connected to the DC output of the secondary winding of the multiple output power transformer, a DC output through the output filter unit - to the input terminals of the DC-phase transistor inverter. Moreover, the power cells are made with different secondary voltage. The advantage of the proposed frequency converter is the possibility of forming a large number of voltage levels at the output of such a frequency converter and, as a consequence, high quality of the harmonic composition of the synthesized voltage. The disadvantages of the known device include the presence of an input multiwinding transformer, the impossibility of recovering energy from the load to the supply network, as well as complex circuitry and a large number of power fully controlled keys and their control devices, a complex control system and as a result low reliability of the entire converter.

Наиболее близким по технической сущности является схема трехфазного преобразователя частоты (патент US 2015155716 (А1), класс Н02М 5/458; H02J 3/36, дата приоритета 04.06.2015 г., заявка US 201414558439 20141202, Power Electronic Interface for Connecting Two AC Systems, авторы BALDA JUAN CARLOS, MEJIA ANDRES ESCOBAR) собранного по схеме двухзвенного электрического преобразователя. Преобразователь частоты содержит входной и выходной фильтры, выпрямитель напряжения собранный по схеме с возможностью двунаправленной передачи энергии, и трехфазный шести ключевой инвертор напряжения. Достоинством предложенной схемы преобразователя частоты является простая схема инвертора напряжения и возможность двунаправленной передачи энергии с входа на выход и наоборот. Недостатком известной схемы является наличие громоздких, дорогих и тяжелых фильтров, установленных на входе и выходе преобразователя частоты, а так же сложной схемы выпрямителя содержащего двенадцать полностью управляемых силовых полупроводниковых ключей. К недостаткам известной схемы можно отнести и низкую надежность работы связанную с большим числом элементов выпрямителя и инвертора, сложной системой управления, которая должна иметь как минимум восемнадцать ШИМ каналов управления.The closest in technical essence is the three-phase frequency converter circuit (patent US 2015155716 (A1), class Н02М 5/458; H02J 3/36, priority date 04.06.2015, application US 201414558439 20141202, Power Electronic Interface for Connecting Two AC Systems , the authors of BALDA JUAN CARLOS, MEJIA ANDRES ESCOBAR) assembled according to the scheme of a two-unit electric converter. The frequency converter contains input and output filters, a voltage rectifier assembled according to a scheme with the possibility of bidirectional energy transfer, and a three-phase six-key voltage inverter. The advantage of the proposed frequency converter circuit is a simple voltage inverter circuit and the possibility of bidirectional energy transfer from input to output and vice versa. The disadvantage of the known circuit is the presence of bulky, expensive and heavy filters installed on the input and output of the frequency converter, as well as a complex rectifier circuit containing twelve fully controlled power semiconductor switches. The disadvantages of the known scheme include the low reliability of work associated with a large number of elements of the rectifier and inverter, a complex control system, which must have at least eighteen PWM control channels.

Предлагаемый преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора позволяет получить абсолютно такие же функциональные возможности присущие схеме классического трехфазного инвертора собранного на шести полностью управляемых ключах. При этом для формирования трехфазного выходного напряжения используется всего четыре полностью управляемых ключа при питании преобразователя частоты от питающей сети, содержащей нулевой вывод, при этом схемотехника преобразователя частоты значительно упрощается. Как следствие уменьшение числа силовых полностью управляемых ключей в схеме преобразователя ведет к упрощению системы управления, уменьшению количества драйверов. Уменьшение количества силовых полностью управляемых ключей в преобразователе частоты ведет к уменьшению потерь в силовой части инвертора и как следствие уменьшению тепловыделении инверторной части преобразователя частоты. Еще одним достоинством предложенной схемы преобразователя частоты в отличие от классической схемы трехфазного инвертора напряжения является то, что системой управления сразу синтезируются линейные напряжения управления и на выходе преобразователя частоты получаем линейные напряжения вне зависимости от подключенной нагрузки. Таким образом, предлагаемый преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора позволяет не только сократить количество полностью управляемых силовых полупроводниковых ключей и значительно упростить систему управления, но и значительно повысить надежность и коэффициент полезного действия, как инверторной части, так и всего преобразователя частоты в целом.The proposed frequency converter with an asymmetric inverter circuit allows you to get exactly the same functionality inherent in the circuit of a classical three-phase inverter assembled on six fully controlled keys. In this case, for the formation of a three-phase output voltage, only four fully controlled keys are used when powering the frequency converter from the supply network containing the zero output, while the frequency converter circuitry is greatly simplified. As a consequence, reducing the number of power fully-managed keys in the converter circuit leads to a simplified control system and fewer drivers. Reducing the number of power fully controlled keys in the frequency converter leads to a decrease in losses in the power section of the inverter and, as a consequence, to a decrease in heat generation of the inverter section of the frequency converter. Another advantage of the proposed frequency converter circuit, in contrast to the classical three-phase voltage inverter circuit, is that the control system immediately synthesizes control linear voltages and, at the output of the frequency converter, we obtain line voltages regardless of the connected load. Thus, the proposed frequency converter with an asymmetric inverter circuit can not only reduce the number of fully controllable power semiconductor switches and greatly simplify the control system, but also significantly improve the reliability and efficiency of both the inverter part and the entire frequency converter as a whole.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в схеме преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора, содержащего систему управления, входной выпрямитель напряжения, конденсатор звена постоянного тока, инвертор напряжения выполненный на транзисторных полумостах причем каждый из транзисторных полумостов содержит два транзистора с антипараллельно подключенными диодами, первый транзистор каждого из полумостов инвертора своим эмиттером соединен с коллектором второго транзистора и образует выход полумоста и организует выходную фазу инвертора напряжения при этом коллектор первого транзистора соединен с положительным выводом звена постоянного тока и с положительным выводом входного выпрямителя напряжения и положительной обкладкой конденсатора, эмиттер второго транзистора соединен с отрицательным выводом звена постоянного тока и с отрицательным выводом входного выпрямителя напряжения, выводы переменного тока выпрямителя напряжения подключены к фазам питающей сети предусмотрены следующие отличия: преобразователь частоты содержит дополнительный конденсатор звена постоянного тока, а инвертор напряжения содержит всего два транзисторных полумоста, причем положительная обкладка второго конденсатора соединена с отрицательной обкладкой первого конденсатора и образуют первую выходную фазу инвертора напряжения, отрицательная обкладка второго конденсатора соединена с отрицательным выводом звена постоянного тока, выходы двух транзисторных полумостов организуют вторую и третью выходные фазы инвертора напряжения, а общая точка конденсаторов и вывод первой выходной фазы инвертора напряжения соединены с нулевым выводом источника питания - нулем питающей сети.The problem is solved due to the fact that in a frequency converter circuit with an asymmetric inverter circuit containing a control system, an input voltage rectifier, a DC link capacitor, a voltage inverter performed on transistor half-bridges, each of the transistor half-bridges containing two transistors with anti-parallel diodes, the first transistor each of the inverter half bridges with its emitter is connected to the collector of the second transistor and forms the half bridge output and organizes The output phase of the inverter voltage when the collector of the first transistor is connected to the positive terminal of the DC link and the positive terminal of the input voltage rectifier and the positive capacitor plate, the emitter of the second transistor is connected to the negative terminal of the DC link and the negative terminal of the input voltage rectifier, the AC terminals of the rectifier the voltage connected to the phases of the mains supply the following differences: the frequency converter contains an additional the DC link capacitor, and the voltage inverter contains only two transistor half bridges, the positive plate of the second capacitor is connected to the negative plate of the first capacitor and form the first output phase of the voltage inverter, the negative plate of the second capacitor is connected to the negative terminal of the DC link, the outputs of the two transistor half bridges are organized the second and third output phases of the voltage inverter, and the common point of the capacitors and the output of the first output phase of the inverter n conjugation coupled with a zero terminal of the power supply - mains zero.

Кроме того, преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора может быть выполнен, так что выпрямитель напряжения выполнен многофазным двухполупериодным, а его питание осуществляется от многофазного источника переменного напряжения - многофазной питающей сети.In addition, a frequency converter with an asymmetric inverter circuit can be made, so that the voltage rectifier is made multi-phase full-wave, and its power is supplied from a multi-phase AC voltage source - a multi-phase mains supply.

Кроме того, преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора может быть выполнен, так что выпрямитель напряжения выполнен активным на полностью управляемых полупроводниковых ключах, а между фазами питающей сети и выводами переменного тока выпрямителя напряжения включены дроссели, количество которых равно количеству фаз питающей сети.In addition, a frequency converter with an asymmetric inverter circuit can be made, so that the voltage rectifier is made active on fully controlled semiconductor switches, and between the phases of the mains supply and the AC outputs of the voltage rectifier are included chokes, the number of which is equal to the number of phases of the mains supply.

Кроме того, преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора может быть выполнен, так что инвертор напряжения выполнен многофазным и содержит такое количество транзисторных полумостов равное количеству выходных фаз преобразователя частоты минус один.In addition, a frequency converter with an asymmetrical inverter circuit can be made, so that the voltage inverter is made multiphase and contains such a number of transistor half-bridges equal to the number of output phases of the frequency converter minus one.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в схеме преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора, содержащего систему управления, входной выпрямитель напряжения, конденсатор звена постоянного тока, инвертор напряжения, выполненный на транзисторных полумостах, причем каждый из транзисторных полумостов содержит два транзистора с антипараллельно подключенными диодами, первый транзистор каждого из полумостов инвертора своим эмиттером соединен с коллектором второго транзистора и образует выход полумоста и организует выходную фазу инвертора напряжения при этом коллектор первого транзистора соединен с положительным выводом звена постоянного тока и с положительным выводом входного выпрямителя напряжения и положительной обкладкой конденсатора, эмиттер второго транзистора соединен с отрицательным выводом звена постоянного тока, отрицательной обкладкой конденсатора и с отрицательным выводом входного выпрямителя напряжения, выводы переменного тока выпрямителя напряжения подключены к фазам питающей сети, предусмотрены следующие отличия: инвертор напряжения преобразователя частоты содержит всего два транзисторных полумоста, а источник питания содержит нулевой вывод - ноль питающей сети, причем ноль питающей сети образует первую выходную фазу инвертора напряжения, а выходы двух транзисторных полумостов организуют вторую и третью выходные фазы инвертора напряжения.The task is solved due to the fact that in the frequency converter circuit with an asymmetric inverter circuit containing a control system, an input voltage rectifier, a DC link capacitor, a voltage inverter, made on transistor half-bridges, each of the transistor half-bridges contains two transistors with anti-parallel-connected diodes, The first transistor of each inverter half-bridge with its emitter is connected to the collector of the second transistor and forms the output of the half-bridge and organizes the output phase of the inverter voltage when the collector of the first transistor is connected to the positive terminal of the DC link and to the positive terminal of the input voltage rectifier and the positive capacitor plate, the emitter of the second transistor is connected to the negative terminal of the DC link, the negative plate of the capacitor and the negative terminal of the input voltage rectifier, The AC outputs of the voltage rectifier are connected to the mains phases, the following differences are provided: inverter apryazheniya frequency converter comprises only two transistor half-bridge, and the power source comprises a zero output - mains zero, with zero mains forms a first inverter output phase voltage, and outputs two transistor half-bridges organize the second and third phase output voltage of the inverter.

Кроме того, преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора может быть выполнен, так что выпрямитель напряжения выполнен многофазным двухполупериодным, а его питание осуществляется от многофазного источника переменного напряжения - многофазной питающей сети.In addition, a frequency converter with an asymmetric inverter circuit can be made, so that the voltage rectifier is made multi-phase full-wave, and its power is supplied from a multi-phase AC voltage source - a multi-phase mains supply.

Кроме того, преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора может быть выполнен, так что выпрямитель напряжения выполнен активным на полностью управляемых полупроводниковых ключах, а между фазами питающей сети и выводами переменного тока выпрямителя напряжения включены дроссели, количество которых равно количеству фаз питающей сети.In addition, a frequency converter with an asymmetric inverter circuit can be made, so that the voltage rectifier is made active on fully controlled semiconductor switches, and between the phases of the mains supply and the AC outputs of the voltage rectifier are included chokes, the number of which is equal to the number of phases of the mains supply.

Кроме того, преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора может быть выполнен, так что инвертор напряжения выполнен многофазным и содержит такое количество транзисторных полумостов равное количеству выходных фаз преобразователя частоты минус один.In addition, a frequency converter with an asymmetrical inverter circuit can be made, so that the voltage inverter is made multiphase and contains such a number of transistor half-bridges equal to the number of output phases of the frequency converter minus one.

Сущность изобретения поясняется чертежами - на Фиг. 1 представлена базовая модификация схемы преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора при его питании от питающей сети, содержащей нулевой вывод, на Фиг. 2 - изображена схема преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора с многофазным выпрямителем напряжения и многофазным источником переменного напряжения, на Фиг. 3 - изображен вариант схемы преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора с активным выпрямителем, на Фиг. 4 - изображен вариант схемы преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора с многофазным инвертором напряжения, на Фиг. 5 - изображен вариант схемы преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора с одним конденсатором звена постоянного тока и непосредственным подключением первой выходной фазы инвертора напряжения к нулю питающей сети, на Фиг. 6 - изображен вариант схемы преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора с многофазным выпрямителем напряжения, одним конденсатором звена постоянного тока и непосредственным подключением первой выходной фазы инвертора напряжения к нулю питающей сети, а также многофазным источником переменного напряжения с нулевым выводом источника питания - нулем питающей сети, на Фиг. 7 - изображен вариант схемы преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора с активным выпрямителем напряжения, одним конденсатором звена постоянного тока и непосредственным подключением первой выходной фазы инвертора напряжения к нулю питающей сети, на Фиг. 8 - изображен вариант схемы преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора с одним конденсатором звена постоянного тока, непосредственным подключением первой выходной фазы инвертора напряжения к нулю питающей сети и многофазным инвертором напряжения, на Фиг. 9 - изображена таблица истинности работы силовых ключей и уровня формируемого напряжения на выходе преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора, на Фиг. 10 изображены результаты математического моделирования линейных напряжении на выходе преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора, на Фиг. 11 изображены результаты математического моделирования фазных напряжении на выходе преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора при его работе на симметричную нагрузку, на Фиг. 12 изображены результаты математического моделирования фазных токов на выходе преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора при работе на симметричную нагрузку.The invention is illustrated by drawings - in FIG. 1 shows a basic modification of a frequency converter circuit with an asymmetrical inverter circuit when it is powered from a power network containing a zero output; FIG. 2 is a diagram of a frequency converter with an asymmetrical inverter circuit with a multi-phase voltage rectifier and a multi-phase AC voltage source; FIG. 3 shows a variant of a frequency converter circuit with an asymmetrical inverter circuit with an active rectifier; FIG. 4 shows a variant of a frequency converter circuit with an asymmetrical inverter circuit with a multi-phase voltage inverter; FIG. 5 shows a variant of a frequency converter circuit with an asymmetrical inverter circuit with a single DC link capacitor and direct connection of the first output phase of the voltage inverter to the mains power supply; FIG. 6 shows a variant of a frequency converter circuit with an asymmetrical inverter circuit with a multiphase voltage rectifier, one DC link capacitor and direct connection of the first output phase of the voltage inverter to the supply mains zero, as well as a multiphase AC voltage source with a zero output of the power supply - power supply zero in FIG. 7 shows a variant of a frequency converter circuit with an asymmetrical inverter circuit with an active voltage rectifier, one DC link capacitor and direct connection of the first output phase of the voltage inverter to the mains power supply; FIG. 8 shows a variant of a frequency converter circuit with an asymmetrical inverter circuit with one DC link capacitor, direct connection of the first output phase of the voltage inverter to the mains supply voltage and a multi-phase voltage inverter, FIG. 9 shows a table of the truth of operation of the power switches and the level of the generated voltage at the output of the frequency converter with an asymmetrical inverter circuit; FIG. 10 shows the results of mathematical modeling of linear voltages at the output of a frequency converter with an asymmetrical inverter circuit; FIG. 11 shows the results of mathematical modeling of the phase voltages at the output of the frequency converter with an asymmetrical inverter circuit, when operating at a symmetrical load; FIG. 12 depicts the results of mathematical modeling of phase currents at the output of the frequency converter with an asymmetrical inverter circuit when operating at a symmetrical load.

Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, схема которого представлена на Фиг. 1, содержит систему управления 1, входной выпрямитель напряжения 2, конденсатор звена постоянного тока 3, инвертор напряжения, выполненный на транзисторных полумостах 4-1, 4-2. Каждый из транзисторных полумостов 4-1, 4-2 содержит два транзистора 5, 6 с антипараллельно подключенными диодами 7, 8. Первый транзистор 5 каждого из полумостов 4-1, 4-2 инвертора своим эмиттером соединен с коллектором второго транзистора 6 и образует выход полумоста и организует выходную фазу инвертора напряжения. Коллектор первого транзистора 5 соединен с положительным выводом 9 звена постоянного тока и с положительным выводом входного выпрямителя напряжения 2 и положительной обкладкой конденсатора 3. Эмиттер второго транзистора 6 соединен с отрицательным выводом 10 звена постоянного тока и с отрицательным выводом входного выпрямителя напряжения 2. Выводы переменного тока выпрямителя напряжения 2 подключены к фазам питающей сети 11. Преобразователь частоты содержит дополнительный конденсатор 12 звена постоянного тока. Инвертор напряжения содержит всего два транзисторных полумоста 4-1, 4-2 причем положительная обкладка второго конденсатора 12 соединена с отрицательной обкладкой первого конденсатора 3 и образуют первую выходную фазу инвертора напряжения L1. Отрицательная обкладка второго конденсатора 12 соединена с отрицательным выводом 10 звена постоянного тока. Выходы двух транзисторных полумостов 4-1, 4-2 организуют вторую L2 и третью L3 выходные фазы инвертора напряжения. Общая точка конденсаторов 3 и 12 и вывод первой выходной фазы L1 инвертора напряжения соединен с нулевым выводом источника питания - нулем питающей сети 11.A frequency converter with an asymmetric inverter circuit, the circuit of which is shown in FIG. 1, contains a control system 1, an input voltage rectifier 2, a DC link capacitor 3, a voltage inverter, made on transistor half bridges 4-1, 4-2. Each of the transistor half-bridges 4-1, 4-2 contains two transistors 5, 6 with anti-parallel-connected diodes 7, 8. The first transistor 5 of each of the half-bridges 4-1, 4-2 of the inverter is connected to the collector of the second transistor 6 with its emitter and forms the output half bridge and organizes the output phase of the voltage inverter. The collector of the first transistor 5 is connected to the positive terminal 9 of the DC link and to the positive terminal of the input voltage rectifier 2 and the positive plate of the capacitor 3. The emitter of the second transistor 6 is connected to the negative terminal 10 of the DC link and to the output terminal of the AC current The rectifier voltage 2 is connected to the phases of the power network 11. The frequency converter contains an additional capacitor 12 DC link. The voltage inverter contains only two transistor half-bridges 4-1, 4-2 and the positive plate of the second capacitor 12 is connected to the negative plate of the first capacitor 3 and forms the first output phase of the voltage inverter L1. The negative plate of the second capacitor 12 is connected to the negative terminal 10 of the DC link. The outputs of the two transistor half-bridges 4-1, 4-2 organize the second L2 and the third L3 output phases of the voltage inverter. The common point of the capacitors 3 and 12 and the output of the first output phase L1 of the voltage inverter is connected to the zero output of the power source - zero of the supply network 11.

Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, схема которого представлена на Фиг. 2, может быть выполнен, так что выпрямитель напряжения 2 выполнен многофазным двухполупериодным, а его питание осуществляется от многофазного источника переменного напряжения - многофазной питающей сети 11.A frequency converter with an asymmetric inverter circuit, the circuit of which is shown in FIG. 2 can be made so that the rectifier voltage 2 is made multi-phase full-wave, and its power is supplied from a multi-phase source of alternating voltage - a multi-phase supply network 11.

Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, схема которого представлена на Фиг. 3, может быть выполнен, так что выпрямитель напряжения 2 выполнен активным на полностью управляемых полупроводниковых ключах, а между фазами питающей сети 11 и выводами переменного тока выпрямителя напряжения 2 включены дроссели 13-1, 13-2, 13-3 количество которых равно количеству фаз питающей сети 11.A frequency converter with an asymmetric inverter circuit, the circuit of which is shown in FIG. 3, can be performed, so that the rectifier voltage 2 is made active on fully controlled semiconductor switches, and between the phases of the supply network 11 and the AC outputs of the voltage rectifier 2, chokes 13-1, 13-2, 13-3 are included, the number of which is equal to the number of phases supply network 11.

Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, схема которого представлена на Фиг. 4, может быть выполнен, так что инвертор напряжения выполнен многофазным и содержит такое количество транзисторных полумостов 4-1, 4-2÷4-(n-1) равное количеству выходных фаз L1, L2÷Ln преобразователя частоты минус один.A frequency converter with an asymmetric inverter circuit, the circuit of which is shown in FIG. 4, can be performed so that the voltage inverter is multiphase and contains such a number of transistor half-bridges 4-1, 4-2 ÷ 4- (n-1) equal to the number of output phases L1, L2 ÷ Ln of the frequency converter minus one.

Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, схема которого представлена на Фиг. 5, содержит систему управления 1, входной выпрямитель напряжения 2, конденсатор 3 звена постоянного тока, инвертор напряжения, выполненный на транзисторных полумостах 4-1, 4-2. Каждый из транзисторных полумостов 4-1, 4-2 содержит два транзистора 5, 6 с антипараллельно подключенными диодами 7, 8. Первый транзистор 5 каждого из полумостов инвертора своим эмиттером соединен с коллектором второго транзистора 6 и образует выход полумоста и организует выходную фазу инвертора напряжения. Коллектор первого транзистора 5 соединен с положительным выводом 9 звена постоянного тока и с положительным выводом входного выпрямителя напряжения 2 и положительной обкладкой конденсатора 3. Эмиттер второго транзистора 6 соединен с отрицательным выводом 10 звена постоянного тока, отрицательной обкладкой конденсатора 3 и с отрицательным выводом входного выпрямителя напряжения 2. Выводы переменного тока выпрямителя напряжения 2 подключены к фазам питающей сети 11. Инвертор напряжения преобразователя частоты содержит всего два транзисторных полумоста 4-1, 4-2. Источник питания 11 содержит нулевой вывод - ноль питающей сети, причем ноль питающей сети образует первую выходную фазу L1 инвертора напряжения, а выходы двух транзисторных полумостов 4-1, 4-2 организуют вторую и третью выходные фазы L2, L3 инвертора напряжения.A frequency converter with an asymmetric inverter circuit, the circuit of which is shown in FIG. 5, contains the control system 1, the input voltage rectifier 2, the capacitor 3 of the DC link, the voltage inverter, made on transistor half-bridges 4-1, 4-2. Each of the transistor half-bridges 4-1, 4-2 contains two transistors 5, 6 with anti-parallel-connected diodes 7, 8. The first transistor 5 of each of the half-bridges of the inverter is connected to the collector of the second transistor 6 by its emitter and forms the output of the half-bridge . The collector of the first transistor 5 is connected to the positive terminal 9 of the DC link and to the positive terminal of the input voltage rectifier 2 and the positive plate of the capacitor 3. The emitter of the second transistor 6 is connected to the negative terminal 10 of the DC link, the negative plate of the capacitor voltage 2. The AC outputs of the voltage rectifier 2 are connected to the phases of the supply network 11. The voltage inverter of the frequency converter contains only two transistors half bridge 4-1, 4-2. The power source 11 contains a zero output - zero power supply, and the power supply zero forms the first output phase L1 of the voltage inverter, and the outputs of two transistor half-bridges 4-1, 4-2 organize the second and third output voltage inverter L2, L3.

Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, схема которого представлена на Фиг. 6 может быть выполнен, так что выпрямитель напряжения 2 выполнен многофазным двухполупериодным, а его питание осуществляется от многофазного источника переменного напряжения - многофазной питающей сети 11.A frequency converter with an asymmetric inverter circuit, the circuit of which is shown in FIG. 6 can be made so that the rectifier voltage 2 is made multi-phase full-wave, and its power is supplied from a multi-phase source of alternating voltage - a multi-phase supply network 11.

Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, схема которого представлена на Фиг. 7 может быть выполнен, так выпрямитель напряжения 2 выполнен активным на полностью управляемых полупроводниковых ключах, а между фазами питающей сети 11 и выводами переменного тока выпрямителя напряжения 2 включены дроссели 13-1, 13-2, 13-3, количество которых равно количеству фаз питающей сети 11.A frequency converter with an asymmetric inverter circuit, the circuit of which is shown in FIG. 7 can be made, so the voltage rectifier 2 is made active on fully controlled semiconductor switches, and between the phases of the supply network 11 and the AC outputs of the voltage rectifier 2 there are included chokes 13-1, 13-2, 13-3, the number of which is equal to the number of phases of the supply networks 11.

Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, схема которого представлена на Фиг. 8 может быть выполнен, так что инвертор напряжения выполнен многофазным и содержит такое количество транзисторных полумостов 4-1, 4-2÷4-(n-1)L1, L2÷Ln преобразователя частоты минус один.A frequency converter with an asymmetric inverter circuit, the circuit of which is shown in FIG. 8 can be made so that the voltage inverter is made multi-phase and contains such a number of transistor half-bridges 4-1, 4-2 ÷ 4- (n-1) L1, L2 ÷ Ln frequency converter minus one.

Работа преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора (Фиг. 1÷Фиг. 8) происходит следующим образом. С использованием конденсатора 3 либо конденсаторов 3, 12, а так же схемы выпрямителя 2 и схемы подключения его к питающей сети 11 между первой выходной фазой L1 инвертора напряжения и выводами положительным 9 и отрицательным 10 звена постоянного тока искусственно создается двухполярный источник постоянного напряжения. При этом созданный источник двухполярного напряжения позволяет искусственно реализовать первую выходную фазу L1 инвертора напряжения. Остальные выходные фазы L2÷Ln инвертора напряжения реализуются на транзисторных полумостах 4-1, 4-2÷4-(n-1). Так на Фиг. 1 представлен преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора который содержит связь, соединяющую общую точку конденсаторов 3, 12 и первую выходную фазу L1 с нулем питающей сети 11. При этом потенциал первой выходной фазы L1 инвертора напряжения относительно положительного 9 и отрицательного вывода 10 звена постоянного тока будет четко определен схемой выпрямителя и уровнем напряжения питающей сети 11. Для уменьшения пульсации напряжения на конденсаторах 3 и 12 преобразователя частоты, схема которого представлена на Фиг. 2, преобразователь частоты может быть снабжен многофазным выпрямителем напряжения 2 и многофазным источником переменного напряжения 11. На Фиг. 3 изображен вариант схемы преобразователя частоты, в которой выпрямитель напряжения 2 выполнен активным на полностью управляемых полупроводниковых ключах, а между фазами питающей сети 11 и выводами переменного тока выпрямителя напряжения 2 включены дроссели 13-1, 13-2, 13-3 количество которых равно количеству фаз питающей сети 11. Такое схемное решение позволит осуществлять двухсторонний обмен энергией между нагрузкой и питающей сетью 11, а так же осуществлять потребление из питающей сети 11 практически синусоидального тока с минимальным уровнем искажении вносимых в питающую сеть 11. Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора может быть выполнен многофазным (Фиг. 4) с требуемым количеством выходных фаз инвертора напряжения. При этом инвертор напряжения содержит такое количество транзисторных полумостов 4-1, 4-2÷4-(n-1) равное количеству выходных фаз L1, L2÷Ln преобразователя частоты минус один. На Фиг. 5 изображен вариант схемы преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора с одним конденсатором 3 и соединением первой выходной фазы L1 инвертора напряжения с нулем питающей сети 11. На Фиг. 6 изображен вариант схемы преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора с одним конденсатором 3 и соединением первой выходной фазы L1 инвертора напряжения с нулем питающей сети 11, а также многофазным двухполупериодным выпрямителем напряжения 2 и его питанием от многофазного источника переменного напряжения - многофазной питающей сети 11. На Фиг. 7 изображен вариант схемы преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора с одним конденсатором 3 и соединением первой выходной фазы L1 инвертора напряжения с нулем питающей сети 11, а также активным выпрямителем напряжения 2 выполненным на полностью управляемых полупроводниковых ключах. Причем между фазами питающей сети 11 и выводами переменного тока выпрямителя напряжения 2 включены дроссели 13-1, 13-2, 13-3, количество которых равно количеству фаз питающей сети 11. На Фиг. 8 изображен вариант схемы преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора с одним конденсатором 3 и соединением первой выходной фазы L1 инвертора напряжения с нулем питающей сети 11 а инвертор напряжения выполнен многофазным и содержит такое количество транзисторных полумостов 4-1, 4-2÷4-(n-1)L1, L2÷Ln преобразователя частоты минус один.The operation of the frequency converter with an asymmetric inverter circuit (Fig. 1 ÷ Fig. 8) is as follows. Using a capacitor 3 or capacitors 3, 12, as well as the rectifier circuit 2 and the circuit for connecting it to the power supply network 11, a bipolar DC source is artificially created between the first output phase L1 of the voltage inverter and the positive 9 and negative 10 DC terminals. At the same time, the created bipolar voltage source allows artificially realizing the first output phase L1 of the voltage inverter. The remaining output phases L2 ÷ Ln of the voltage inverter are realized on transistor half-bridges 4-1, 4-2 ÷ 4- (n-1). So in FIG. 1 shows a frequency converter with an asymmetric inverter circuit which contains a connection connecting the common point of capacitors 3, 12 and the first output phase L1 with a zero of the supply network 11. At the same time, the potential of the first output phase L1 of the voltage inverter relative to the positive 9 and negative output 10 of the DC link will be clearly defined by the rectifier circuit and the voltage level of the supply network 11. To reduce the voltage ripple on the capacitors 3 and 12 of the frequency converter, the circuit of which is shown in FIG. 2, the frequency converter can be equipped with a multi-phase voltage rectifier 2 and a multi-phase AC voltage source 11. In FIG. 3 shows a variant of the frequency converter circuit in which the voltage rectifier 2 is made active on fully controlled semiconductor switches, and between the phases of the power supply network 11 and the AC terminals of the voltage rectifier 2, chokes 13-1, 13-2, 13-3 are included, the number of which is equal to phases of the power supply network 11. Such a circuit solution will allow two-way energy exchange between the load and the power supply network 11, as well as to consume almost sinusoidal current from the power supply network 11 with a minimum distortion introduced into the supply network 11. The frequency converter with an asymmetric inverter circuit may be configured multiphase (FIG. 4) with the required amount of output voltage of the inverter phases. In this case, the voltage inverter contains such a number of transistor half bridges 4-1, 4-2 ÷ 4- (n-1) equal to the number of output phases L1, L2 ÷ Ln of the frequency converter minus one. FIG. 5 shows a variant of a frequency converter circuit with an asymmetrical inverter circuit with one capacitor 3 and the connection of the first output phase L1 of a voltage inverter with a zero of the supply network 11. In FIG. 6 shows a variant of a frequency converter circuit with an asymmetrical inverter circuit with one capacitor 3 and the connection of the first output phase L1 of a voltage inverter with a zero of the supply network 11, as well as a multiphase two-wave rectifier of voltage 2 and its power from a multiphase AC voltage source - multiphase supply network 11. On FIG. 7 shows a variant of a frequency converter circuit with an asymmetrical inverter circuit with one capacitor 3 and the connection of the first output phase L1 of a voltage inverter with zero of the supply network 11, as well as an active voltage rectifier 2 made on fully controlled semiconductor switches. Moreover, between the phases of the supply network 11 and the terminals of the alternating current of the voltage rectifier 2 are included chokes 13-1, 13-2, 13-3, the number of which is equal to the number of phases of the supply network 11. In FIG. 8 shows a variant of a frequency converter circuit with an asymmetrical inverter circuit with one capacitor 3 and the connection of the first output phase L1 of a voltage inverter with zero of the supply network 11 and the voltage inverter is multiphase and contains such a number of transistor half bridges 4-1, 4-2 ÷ 4- ( -1) L1, L2 ÷ Ln frequency converter minus one.

Рассмотри более подробно работу инвертора преобразователя частоты. На Фиг. 9 изображена упрощенная схема несимметричного инвертора напряжения на четырех полностью управляемых ключах. На Фиг. 9 представлена таблица истинности работы силовых ключей и уровня формируемого напряжения на выходе преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора. Алгоритмы работы транзисторов 5, 6 транзисторных полумостов 4-1, 4-2 могут быть разнообразными в зависимости от преследуемых целей. Рассмотрим самый простой алгоритм формирования трехфазного выходного напряжения по закону синусоидальной ШИМ.Consider the operation of the frequency converter inverter in more detail FIG. 9 shows a simplified diagram of a single-ended voltage inverter on four fully controlled keys. FIG. 9 shows a table of the truth of operation of the power switches and the level of the generated voltage at the output of the frequency converter with an asymmetric inverter circuit. The algorithms of transistors 5, 6 transistor half-bridges 4-1, 4-2 can be varied depending on the objectives pursued. Consider the simplest algorithm for the formation of three-phase output voltage according to the law of sinusoidal PWM.

Пусть в системе управления 1 синтезируются функции управления транзисторами VT1÷VT4 (Фиг. 9) по следующему алгоритму;Let the control system 1 synthesize the control functions of transistors VT1 ÷ VT4 (Fig. 9) according to the following algorithm;

1) формируются напряжения управления (Uvu, Uwu)1) control voltages are generated (U vu , U wu )

Uvu=Kмод⋅sin(ω⋅t);U vu = K mod ⋅sin (ω⋅t);

Figure 00000001
Figure 00000001

где Kмод - коэффициент модуляции, ω=2⋅π⋅ƒ - угловая частота вращения напряжения управления, ƒ - частота напряжения управления.where K mod is the modulation factor, ω = 2⋅π⋅ƒ is the angular frequency of rotation of the control voltage, ƒ is the frequency of the control voltage.

2) формируются два опорных напряжения (Uоп vu, Uоп wu)2) two reference voltages are formed (U op vu , U op wu )

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где ωнес=2⋅π⋅ƒнес - угловая частота вращения опорного напряжения, ƒнес - несущая частота опорного напряжения, ϕ - фаза опорного напряжения.where ω = 2⋅π⋅ƒ carried bore - the angular speed of the reference voltage, ƒ bore - carrier frequency of the reference voltage, φ - the phase of the reference voltage.

3) синтезируются функции управления транзисторами VT1÷VT4 несимметричной схемы инвертора3) functions of transistors VT1 ÷ VT4 of asymmetric inverter circuit are synthesized

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

где sign(x) - знак числа х (знаковая функция).where sign (x) is the sign of the number x (sign function).

Используя предложенную схему преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора напряжения было осуществлено математическое моделирование работы инвертора напряжения по предложенному алгоритму. Нагрузка каждой фазы представляла собой последовательно соединенные RL с параметрами R=0,2 Ом, L=0,003 Гн. Заданные параметры системы управления Ud/2=400 В, Kмод=0,9, ƒ=50 Гц, ƒнес=4000 Гц, ϕ1=0,0785, ϕ2=-0,0785.Using the proposed frequency converter circuit with a single-ended voltage inverter circuit, mathematical modeling of the voltage inverter operation was carried out according to the proposed algorithm. The load of each phase was a series-connected RL with parameters R = 0.2 Ohm, L = 0.003 H. The set parameters of the control system are U d / 2 = 400 V, K mod = 0.9, = 50 Hz, ƒ un = 4000 Hz, ϕ 1 = 0.0785, ϕ 2 = -0.0785.

На Фиг. 10 изображены осциллограммы мгновенных uuv, uvw, uwu и действующих Uuv, Uvw, Uwu значении линейных напряжении на выходе преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора. На Фиг. 11 изображены осциллограммы мгновенных uu, uv, uw и действующих Uu, Uv, Uw значении фазных напряжении на выходе преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора при его работе на симметричную нагрузку. На Фиг. 12 изображены осциллограммы мгновенных iu, iv, iw и действующих Iu, Iv, Iw значении фазных токов на выходе преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора при работе на симметричную нагрузку.FIG. 10 shows oscillograms of instantaneous u uv , u vw , u wu and effective U uv , U vw , U wu values of the linear voltage at the output of the frequency converter with an asymmetrical inverter circuit. FIG. 11 shows oscillograms of instantaneous u u , u v , u w and effective U u , U v , U w values of the phase voltages at the output of the frequency converter with an asymmetrical inverter circuit when it operates on a symmetrical load. FIG. 12 shows oscillograms of instantaneous i u , i v , i w and the current I u , I v , I w value of the phase currents at the output of the frequency converter with an asymmetrical inverter circuit when operating on a symmetrical load.

Следует отметить, что смещением фаз опорного напряжения ϕ1, ϕ2 можно регулировать уровень напряжения Uvw при этом уровни напряжения Uvu, Uwu остаются без изменений вне зависимости от смещения фаз опорного напряжения ϕ1, ϕ2.It should be noted that the phase offset of the reference voltage ϕ 1 , ϕ 2 can adjust the voltage level U vw while the voltage levels U vu , U wu remain unchanged regardless of the phase shift of the reference voltage ϕ 1 , ϕ 2 .

Таким образом, предлагаемый преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора позволяет сократить число полностью управляемых силовых ключей - транзисторов до минимума. Такое схемное решение позволит сократить число драйверов, а так же защитных цепей силовых транзисторов и значительно упростить систему управления. Предложенный преобразователь частоты позволяет повысить надежность, энергетическую эффективность, КПД, улучшить габаритные и эксплуатационные характеристики инвертора напряжения.Thus, the proposed frequency converter with an asymmetric inverter circuit can reduce the number of fully controllable power switches - transistors to a minimum. Such a circuit solution will reduce the number of drivers, as well as protective circuits of power transistors and significantly simplify the control system. The proposed frequency converter allows you to increase reliability, energy efficiency, efficiency, improve the overall and operational characteristics of the voltage inverter.

Claims (8)

1. Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, содержащий систему управления, входной выпрямитель напряжения, конденсатор звена постоянного тока, инвертор напряжения, выполненный на транзисторных полумостах, причем каждый из транзисторных полумостов содержит два транзистора с антипараллельно подключенными диодами, первый транзистор каждого из полумостов инвертора своим эмиттером соединен с коллектором второго транзистора и образует выход полумоста и организует выходную фазу инвертора напряжения, при этом коллектор первого транзистора соединен с положительным выводом звена постоянного тока и с положительным выводом входного выпрямителя напряжения и положительной обкладкой конденсатора, эмиттер второго транзистора соединен с отрицательным выводом звена постоянного тока и с отрицательным выводом входного выпрямителя напряжения, выводы переменного тока выпрямителя напряжения подключены к фазам питающей сети, отличающийся тем, что преобразователь частоты содержит дополнительный конденсатор звена постоянного тока, а инвертор напряжения содержит всего два транзисторных полумоста, причем положительная обкладка второго конденсатора соединена с отрицательной обкладкой первого конденсатора и образует первую выходную фазу инвертора напряжения, отрицательная обкладка второго конденсатора соединена с отрицательным выводом звена постоянного тока, выходы двух транзисторных полумостов организуют вторую и третью выходные фазы инвертора напряжения, а общая точка конденсаторов и вывод первой выходной фазы инвертора напряжения соединены с нулевым выводом источника питания - нулем питающей сети.1. Frequency converter with asymmetric inverter circuit, containing a control system, input voltage rectifier, DC link capacitor, voltage inverter, made on transistor half-bridges, each of the transistor half-bridges containing two transistors with anti-parallel diodes, the first transistor of each of the inverter’s half-bridges the emitter is connected to the collector of the second transistor and forms the half-bridge output and organizes the output phase of the voltage inverter, while the collector The first transistor is connected to the positive terminal of the DC link and to the positive terminal of the input voltage rectifier and the positive capacitor plate; the emitter of the second transistor is connected to the negative terminal of the DC link and to the negative terminal of the input voltage rectifier; the AC terminals of the voltage rectifier are connected to the supply network phases, characterized in that the frequency converter contains an additional DC link capacitor, and the voltage inverter contains there are only two transistor half-bridges, the positive lining of the second capacitor is connected to the negative lining of the first capacitor and forms the first output phase of the voltage inverter, the negative lining of the second capacitor is connected to the negative output of the DC link, and the outputs of the two transistor half-bridges organize the second and third output phases of the voltage inverter, and the common point of the capacitors and the output of the first output phase of the voltage inverter are connected to the zero output of the power source - zero pi ayuschey network. 2. Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, по п. 1, отличающийся тем, что выпрямитель напряжения выполнен многофазным двухполупериодным, а его питание осуществляется от многофазного источника переменного напряжения - многофазной питающей сети.2. A frequency converter with an asymmetrical inverter circuit, in accordance with claim 1, characterized in that the voltage rectifier is made multi-phase full-wave, and its power is supplied from a multi-phase AC voltage source - a multi-phase mains supply. 3. Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, по п. 1, отличающийся тем, что выпрямитель напряжения выполнен активным на полностью управляемых полупроводниковых ключах, а между фазами питающей сети и выводами переменного тока выпрямителя напряжения включены дроссели, количество которых равно количеству фаз питающей сети.3. A frequency converter with an asymmetric inverter circuit, in accordance with claim 1, characterized in that the voltage rectifier is made active on fully controlled semiconductor switches, and between the supply mains phases and the AC outputs of the voltage rectifier the chokes are equal to the number of supply mains phases. 4. Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, по п. 1, отличающийся тем, что инвертор напряжения выполнен многофазным и содержит такое количество транзисторных полумостов, равное количеству выходных фаз преобразователя частоты минус один.4. A frequency converter with an asymmetric inverter circuit, in accordance with claim 1, characterized in that the voltage inverter is made multiphase and contains such a number of transistor half-bridges equal to the number of output phases of the frequency converter minus one. 5. Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, содержащий систему управления, входной выпрямитель напряжения, конденсатор звена постоянного тока, инвертор напряжения, выполненный на транзисторных полумостах, причем каждый из транзисторных полумостов содержит два транзистора с антипараллельно подключенными диодами, первый транзистор каждого из полумостов инвертора своим эмиттером соединен с коллектором второго транзистора и образует выход полумоста и организует выходную фазу инвертора напряжения, при этом коллектор первого транзистора соединен с положительным выводом звена постоянного тока и с положительным выводом входного выпрямителя напряжения и положительной обкладкой конденсатора, эмиттер второго транзистора соединен с отрицательным выводом звена постоянного тока, отрицательной обкладкой конденсатора и с отрицательным выводом входного выпрямителя напряжения, выводы переменного тока выпрямителя напряжения подключены к фазам питающей сети, отличающийся тем, что инвертор напряжения преобразователя частоты содержит всего два транзисторных полумоста, а источник питания содержит нулевой вывод - ноль питающей сети, причем ноль питающей сети образует первую выходную фазу инвертора напряжения, а выходы двух транзисторных полумостов организуют вторую и третью выходные фазы инвертора напряжения.5. Frequency converter with asymmetric inverter circuit, containing control system, input voltage rectifier, DC link capacitor, voltage inverter, made on transistor half-bridges, each of the transistor half-bridges containing two transistors with anti-parallel diodes, the first transistor of each of the inverter’s own half-bridges the emitter is connected to the collector of the second transistor and forms the half-bridge output and organizes the output phase of the voltage inverter, while the collector The first transistor is connected to the positive terminal of the DC link and to the positive terminal of the input voltage rectifier and the positive capacitor plate, the emitter of the second transistor is connected to the negative terminal of the DC link, the negative plate of the capacitor and the negative terminal of the voltage rectifier are connected to power supply phases, characterized in that the inverter voltage of the frequency converter contains only two transistors x half-bridge, and the power source contains a zero output - zero power supply, and the power supply zero forms the first output phase of the voltage inverter, and the outputs of two transistor half-bridges organize the second and third output phases of the voltage inverter. 6. Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, по п. 5, отличающийся тем, что выпрямитель напряжения выполнен многофазным двухполупериодным, а его питание осуществляется от многофазного источника переменного напряжения - многофазной питающей сети.6. A frequency converter with an asymmetrical inverter circuit, in accordance with claim 5, characterized in that the voltage rectifier is made multi-phase full-wave, and its power is supplied from a multi-phase AC voltage source - a multi-phase mains supply. 7. Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, по п. 5, отличающийся тем, что выпрямитель напряжения выполнен активным на полностью управляемых полупроводниковых ключах, а между фазами питающей сети и выводами переменного тока выпрямителя напряжения включены дроссели, количество которых равно количеству фаз питающей сети.7. Frequency converter with an asymmetric inverter circuit, according to claim 5, characterized in that the voltage rectifier is made active on fully controlled semiconductor switches, and between the supply mains phases and the AC outputs of the voltage rectifier the chokes are equal to the number of supply mains phases. 8. Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора, по п. 5, отличающийся тем, что инвертор напряжения выполнен многофазным и содержит такое количество транзисторных полумостов, равное количеству выходных фаз преобразователя частоты минус один.8. A frequency converter with an asymmetric inverter circuit, in accordance with claim 5, characterized in that the voltage inverter is made multiphase and contains such a number of transistor half-bridges equal to the number of output phases of the frequency converter minus one.
RU2018115623A 2018-04-25 2018-04-25 Frequency converter with asymmetric inverter circuit RU2686475C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018115623A RU2686475C1 (en) 2018-04-25 2018-04-25 Frequency converter with asymmetric inverter circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018115623A RU2686475C1 (en) 2018-04-25 2018-04-25 Frequency converter with asymmetric inverter circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2686475C1 true RU2686475C1 (en) 2019-04-29

Family

ID=66430277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018115623A RU2686475C1 (en) 2018-04-25 2018-04-25 Frequency converter with asymmetric inverter circuit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2686475C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2717338C1 (en) * 2019-11-16 2020-03-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» Cascade frequency converter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU103430U1 (en) * 2011-01-28 2011-04-10 Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" AC GENERATION SYSTEM
RU2584002C1 (en) * 2014-12-15 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Recuperating alternating current drive with two-link frequency converter
US20170331389A1 (en) * 2016-05-12 2017-11-16 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power conversion system with dc bus regulation for abnormal grid condition ride through

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU103430U1 (en) * 2011-01-28 2011-04-10 Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" AC GENERATION SYSTEM
RU2584002C1 (en) * 2014-12-15 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Recuperating alternating current drive with two-link frequency converter
US20170331389A1 (en) * 2016-05-12 2017-11-16 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power conversion system with dc bus regulation for abnormal grid condition ride through

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МОИН В.С., Стабилизированные транзисторные преобразователи, Москва, Энергоатомиздат, 1986, сс.300, 301, 321, 322, рис.8.22 "в", рис. 9,5 "а". *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2717338C1 (en) * 2019-11-16 2020-03-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» Cascade frequency converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zamiri et al. A new cascaded switched-capacitor multilevel inverter based on improved series–parallel conversion with less number of components
US6236580B1 (en) Modular multi-level adjustable supply with series connected active inputs
US8508957B2 (en) Power conversion device for converting DC power to AC power
US20090244936A1 (en) Three-phase inverter
US20090225569A1 (en) Multilevel power conversion
EP2486645A1 (en) Modified voltage source converter structure
RU2303851C1 (en) Multilevel static frequency converter for feeding induction and synchronous motors
EP2816718B1 (en) Multilevel power converter
EP2443734A1 (en) Converter
EP2394357A1 (en) Converter
Almakhles et al. Switched capacitor-based 13L inverter topology for high-frequency AC power distribution system
KR20090126993A (en) Multilevel converter consisting of building-block module having power regeneration capability
Zheng et al. Multioutput switched-capacitor multilevel inverter with intrinsic elimination of the photovoltaics induced leakage current and high boost factor
RU2686475C1 (en) Frequency converter with asymmetric inverter circuit
Dhasharatha et al. A capacitor-based boost nine-level inverter with less switching device count
Dhasharatha et al. Novel nine-level dual boost capacitor based inverter with single dc source
Tirupathi et al. A three‐phase inverter circuit using half‐bridge cells and T‐NPC for medium‐voltage applications
CN116057825A (en) Multi-level bidirectional electric AC/DC converter
RU2424612C1 (en) Speed control device of asynchronous electric motor (versions)
RU2357352C1 (en) Three-phase high ac voltage converter
Kanaujia et al. A Reduced Switch Count Hybrid Fifteen-level Inverter for an Open-End Winding Induction Motor (OEWIM) Drive
Shahane et al. A hybrid MMC with SiC-based full-bridge and Si-based half-bridge sub-modules with novel voltage sorting scheme
Sidorov AC voltage regulators review
Rajesh et al. Seven-level packed U-cell (PUC) converter with natural balancing of capacitor voltages
Debnath et al. A nine-level inverter with single dc-link and low-voltage capacitors as stacked voltage sources with capacitor voltage control irrespective of load power factor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200426