RU2656878C1

RU2656878C1 - Трёхфазный инвертор, состоящий из двух однофазных

Info

Publication number: RU2656878C1
Application number: RU2017129822A
Authority: RU
Inventors: Евгений Геннадиевич Квасов; Николай Петрович Кириллов; Юрий Владимирович Маракулин; Владимир Иванович Полянский
Original assignee: Акционерное общество "Корпорация "Стратегические пункты управления" АО "Корпорация "СПУ - ЦКБ ТМ"
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2018-06-07

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения объектов, потребители которых предъявляют повышенные требования к качеству напряжения. Технический результат заключается в повышении качества выходного напряжения. Инвертор содержит клеммы питания, двухфазный инвертор, содержащий первую однофазную ячейку и фазосдвигающее устройство, обеспечивающее сдвиг между напряжениями названных ячеек во времени на угол π/2, выходной трансформатор, содержащий первичную двухфазную обмотку и вторичную трехфазную обмотку и клеммы для подключения нагрузки, при этом выходной трансформатор выполнен по типу электрической машины переменного тока с заторможенным ротором, содержащей внутренний сердечник цилиндрической формы с пазами, расположенными по его внешней поверхности, в которых размещена первичная двухфазная обмотка, причем витки фаз ее сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол π/2 и соосный ему внешний сердечник в виде полого цилиндра с пазами, расположенными по его внутренней поверхности, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, при этом способ распределения линейной плотности проводников по расточке сердечников выполнен треугольным, причем обмотка первой фазы первичной обмотки подключена к первой однофазной инверторной ячейке, а обмотка второй фазы соединена со второй однофазной инверторной ячейкой. 2 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения объектов, потребители которых предъявляют повышенные требования к качеству электроэнергии.

Известен трехфазный инвертор, содержащий последовательно соединенные клеммы питания, двухфазный инвертор, содержащий первую однофазную инверторную ячейку, вторую однофазную инверторную ячейку и фазосдвигающее устройство, включенное между указанными ячейками и обеспечивающее сдвиг между напряжениями названных ячеек по времени на угол π/2, выходной трансформатор, содержащий первичную двухфазную обмотку, сердечник и вторичную трехфазную обмотку, и клеммы для подключения нагрузки [1]. Данный трехфазный инвертор, составленный из двух однофазных инверторных ячеек, нашел широкое применение из-за простоты и компактности схемы, однако ему присущи и недостатки, основным из которых является сравнительно низкое качество выходного напряжения из-за наличия спектра гармоник: третьей, пятой, седьмой, девятой и других.

Техническим результатом изобретения является повышение качества выходного напряжения.

Поставленный технический результат достигается тем, что в трехфазном инверторе, состоящем из двух однофазных, содержащем последовательно соединенные клеммы питания, двухфазный инвертор, содержащий первую однофазную инверторную ячейку, вторую однофазную инверторную ячейку и фазосдвигающее устройство, включенное между указанными ячейками и обеспечивающее сдвиг между напряжениями названных ячеек по времени на угол π/2, выходной трансформатор, содержащий первичную двухфазную обмотку, сердечник и вторичную трехфазную обмотку, и клеммы для подключения нагрузки, выходной трансформатор выполнен по типу электрической машины переменного тока с заторможенным ротором, содержащей внутренний сердечник цилиндрической формы с пазами, расположенными по его внешней поверхности, в которых размещена первичная двухфазная обмотка, причем витки фаз ее сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол π/2, при этом обмотка первой фазы подключена к первой однофазной инверторной ячейке, а обмотка второй фазы соединена со второй однофазной инверторной ячейкой, и соосный ему внешний сердечник в виде полого цилиндра с пазами, расположенными по его внутренней поверхности, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, соединенная с клеммами для подключения нагрузки, причем кривая распределения проводников каждой фазы вторичной обмотки по пазам внутренней поверхности внешнего сердечника и каждой фазы первичной обмотки по пазам внешней поверхности внутреннего сердечника u_nx=ϕ(х), где u_nx - число проводников в пазах; х - расстояние вдоль окружности внутренней поверхности внешнего сердечника и внешней поверхности внутреннего сердечника имеет вид треугольника, при этом все фазные зоны одинаковы, число пазов z кратно 2pm, где р - число пар полюсов, m - число фаз, все пазы одинаково заполнены, число пазов, составляющих основание треугольника, равно а=(z/mp)-1, высота треугольника равна h=z/2mp, шаг обмотки - у=τ=z/2p, где τ - полюсное деление, при этом коэффициент распределения по 1-й гармонике равен K_p1=sin(qα/2)/qsin(α/2), по γ-й гармонике K_pγ=sin(qγα/2):(qsinγα/2); коэффициент укорочения по 1-й гармонике равен К_у1=cos(β/2), по γ-й гармонике К_уγ=cos(γβ/2), обмоточный коэффициент по первой гармонике K_o1=K_p1K_у1, по γ-й гармонике К_оγ=K_pγK_yγ, где q - число пазов на полюс и фазу; α - угол сдвига векторов МДС гармоник; β - относительный шаг.

На фиг. 1 изображена функциональная схема трехфазного инвертора. На фиг. 2 показан график (кривая) распределения линейной плотности проводников первичной двухфазной и вторичной трехфазной обмоток выходного трансформатора.

Трехфазный инвертор содержит (фиг. 1) клеммы питания 1, двухфазный инвертор 2, содержащий первую однофазную инверторную ячейку 2-1, вторую однофазную инверторную ячейку 2-2 и фазосдвигающее устройство 2-3, обеспечивающее сдвиг во времени между напряжениями ячеек 2-1 и 2-2 на угол, равный π/2, выходной трансформатор 3, содержащий первую фазу первичной двухфазной обмотки 3-1, вторую фазу первичной двухфазной обмотки 3-2, витки которых размещены в пазах сердечника 3-3 и 3-4, имеющего цилиндрическую форму, и вторичную трехфазную обмотку 3-5, размещенную в пазах сердечника 3-6, выполненного в виде полого цилиндра, клеммы для подключения нагрузки А, В и С, при этом первая фаза первичной двухфазной обмотки 3-1 выходного трансформатора 3 подключена к выходу первой однофазной инверторной ячейки 2-1, вторая фаза первичной двухфазной обмотки 3-2 подключена к выходу второй однофазной инверторной обмотки 2-2, причем кривая распределения проводников каждой фазы вторичной обмотки по пазам внутренней поверхности внешнего сердечника и каждой фазы первичной обмотки по пазам внешней поверхности внутреннего сердечника u_nx=ϕ(х), где u_nx - число проводников в пазах; х - расстояние вдоль окружности внутренней поверхности внешнего сердечника и внешней поверхности внутреннего сердечника имеет вид треугольника (фиг. 2), при этом все фазные зоны одинаковы, число пазов z кратно 2pm, где р - число пар полюсов, m - число фаз, все пазы одинаково заполнены, число пазов, составляющих основание треугольника равно а=(z/mp)-1, высота треугольника равна h=z/2mp, шаг обмотки у=τ=z/2p, где τ - полюсное деление, при этом коэффициент распределения по 1-й гармонике равен

по γ-й гармонике

коэффициент укорочения по 1-й гармонике равен

по γ-й гармонике

обмоточный коэффициент по первой гармонике равен

по γ-й гармонике

где q - число пазов на полюс и фазу; α - угол сдвига векторов МДС гармоник; Р - относительный шаг.

Задавая значения перечисленных величин, например, q=3, α=20°, можно найти отношения третьей, пятой, седьмой и девятой гармоник к первой по рекомендациям [2…5].

Полученные данные подтверждают теоретическое положение о том, что каждая из гармоник кратная 3 всегда меньше по амплитуде третьей гармоники (так F₉ составляет от F₃ только 0,33). Учитывая, что создаваемые третьей гармоникой ЭДС при соединении фазовых обмоток электрической машины в звезду или треугольник не оказывает существенного влияния на работу устройства, то основное внимание уделяется нейтрализации 5 и 7 гармоник.

Трехфазный инвертор работает следующим образом.

При появлении напряжения на клеммах питания 1 первая однофазная инверторная ячейка 2-1 двухфазного инвертора 2 и вторая инверторная ячейка 2-2 преобразуют постоянное напряжение источника в однофазный переменный ток, причем между выходными напряжениями указанных ячеек устанавливается фазовый сдвиг на угол равный π/2 во времени, который обеспечивает фазосдвигающее устройство 2-3. Поскольку витки фаз первичной обмотки 3-1 и 3-2 смещены в пространстве на угол, равный π/2, а МДС указанных фаз равны

где F₁, F₂ - МДС первой 3-1 и второй 3-2 фаз первичной обмотки выходного трансформатора 3, т.е. созданы условия образования во внутреннем сердечнике, состоящем из сердечников 3-3 и 3-4, кругового вращающегося магнитного поля (КВМП). Магнитные силовые линии КВМП пересекают витки вторичной трехфазной обмотки 3-5, расположенной на сердечнике 3-6 и наводят в каждой фазе указанной обмотки ЭДС, используемые для питания потребителей с помощью клемм для подключения нагрузки А, В и С, причем выходное напряжение указанного инвертора имеет улучшенный гармонический состав благодаря выбору способа распределения линейной плотности проводников по расточке внутреннего и внешнего пазового сердечников.

Источники информации

[1]. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энергоатомиздат, 1986, стр. 320, рис. 9.4а.

[2]. Обмотки электрических машин. Под ред. В.И. Зимина. Л. М., ГЭИ, 1950, 560 с.

[3]. Лопухина Е.М., Сомихина Г.С. Расчет асинхронных микродвигателей однофазного и трехфазного тока. М., Д., ГЭИ, 1961, стр. 232…240 с.

[4]. Лопухина Е.М., Семенчуков Г.А. Проектирование асинхронных микродвигателей с применением ЭВМ. М., ВШ., 1980, стр. 77…82.

[5]. Лопухина Е.М., Семенчуков Г.А. Автоматизированное проектирование электрических машин малой мощности. М., МЭИ, стр. 79…83.

Claims

Трехфазный инвертор, состоящий из двух однофазных, содержащий последовательно соединенные клеммы питания, двухфазный инвертор, содержащий первую однофазную инверторную ячейку, вторую однофазную инверторную ячейку и фазосдвигающее устройство, включенное между указанными ячейками и обеспечивающее сдвиг между напряжениями названных ячеек по времени на угол π/2, выходной трансформатор, содержащий первичную двухфазную обмотку, сердечник и вторичную трехфазную обмотку, и клеммы для подключения нагрузки, отличающийся тем, что выходной трансформатор выполнен по типу электрической машины переменного тока с заторможенным ротором, содержащей внутренний сердечник цилиндрической формы с пазами, расположенными по его внешней поверхности, в которых размещена первичная двухфазная обмотка, причем витки фаз ее сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол π/2, при этом обмотка первой фазы подключена к первой однофазной инверторной ячейке, а обмотка второй фазы соединена со второй однофазной инверторной ячейкой, и соосный ему внешний сердечник в виде полого цилиндра с пазами, расположенными по его внутренней поверхности, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, соединенная с клеммами для подключения нагрузки, причем кривая распределения проводников каждой фазы вторичной обмотки по пазам внутренней поверхности внешнего сердечника и каждой фазы первичной обмотки по пазам внешней поверхности внутреннего сердечника u_nx=ϕ(х), где u_nx - число проводников в пазах; х - расстояние вдоль окружности внутренней поверхности внешнего сердечника и внешней поверхности внутреннего сердечника имеет вид треугольника, при этом все фазные зоны одинаковы, число пазов z кратно 2pm, где р - число пар полюсов, m - число фаз, все пазы одинаково заполнены, число пазов, составляющих основание треугольника, равно а=(z/mp)-1, высота треугольника равна h=z/2mp, шаг обмотки - y=τ=z/2p, где τ - полюсное деление, при этом коэффициент распределения по 1-й гармонике равен K_p1=sin(qα/2)/qsin(α/2), по γ-й гармонике K_рγ=sin(qγα/2):(qsinγα/2); коэффициент укорочения по 1-й гармонике равен K_у1=cos(β/2), по γ-й гармонике K_уγ=cos(γβ/2), обмоточный коэффициент по первой гармонике K_o1=K_p1K_y1, по γ-й гармонике K_оγ=K_рγK_уγ, где q - число пазов на полюс и фазу; α - угол сдвига векторов МДС гармоник; β - относительный шаг.