RU2686475C1 - Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора - Google Patents

Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора 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
English (en)
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/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2686475C1 publication Critical patent/RU2686475C1/ru

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

Настоящее изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к статическим преобразователям частоты с двойным преобразованием электрической энергии, построенным по схеме двухзвенных электрических преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока. Целью изобретения является упрощение силовой структуры инвертора преобразователя частоты, уменьшение числа силовых полностью управляемых ключей, упрощение системы управления, повышение надежности и улучшение энергетических характеристик преобразователя частоты. Поставленная цель достигается тем, что в схеме преобразователя частоты при его питании от питающей сети, содержащей нулевой провод, реализован источник постоянного двухполярного напряжения, который позволяет искусственно реализовать одну выходную фазу преобразователя частоты. Положительный эффект предложения заключается в том, что трехфазный преобразователь частоты содержит всего четыре полностью управляемых ключа, при этом 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. Как следствие, уменьшение числа силовых полностью управляемых ключей в схеме преобразователя частоты ведет к упрощению силовой схемы, системы управления, уменьшению количества драйверов, повышению надежности работы и КПД преобразователя частоты с несимметричной схемой инвертора. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 12ил.

Description

Предложение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности, к статическим преобразователям частоты с двойным преобразованием электрической энергии.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Пусть в системе управления 1 синтезируются функции управления транзисторами VT1÷VT4 (Фиг. 9) по следующему алгоритму;
1) формируются напряжения управления (Uvu, Uwu)
Uvu=Kмод⋅sin(ω⋅t);
Figure 00000001
где Kмод - коэффициент модуляции, ω=2⋅π⋅ƒ - угловая частота вращения напряжения управления, ƒ - частота напряжения управления.
2) формируются два опорных напряжения (Uоп vu, Uоп wu)
Figure 00000002
Figure 00000003
где ωнес=2⋅π⋅ƒнес - угловая частота вращения опорного напряжения, ƒнес - несущая частота опорного напряжения, ϕ - фаза опорного напряжения.
3) синтезируются функции управления транзисторами VT1÷VT4 несимметричной схемы инвертора
Figure 00000004
Figure 00000005
где sign(x) - знак числа х (знаковая функция).
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.
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.
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.
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.

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
RU2018115623A 2018-04-25 2018-04-25 Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора RU2686475C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018115623A RU2686475C1 (ru) 2018-04-25 2018-04-25 Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018115623A RU2686475C1 (ru) 2018-04-25 2018-04-25 Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора

Publications (1)

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

Family

ID=66430277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018115623A RU2686475C1 (ru) 2018-04-25 2018-04-25 Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2686475C1 (ru)

Cited By (1)

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

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU103430U1 (ru) * 2011-01-28 2011-04-10 Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" Система генерирования переменного тока
RU2584002C1 (ru) * 2014-12-15 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Рекуперирующий электропривод переменного тока с двухзвенным преобразователем частоты
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 (ru) * 2011-01-28 2011-04-10 Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" Система генерирования переменного тока
RU2584002C1 (ru) * 2014-12-15 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Рекуперирующий электропривод переменного тока с двухзвенным преобразователем частоты
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 (ru) * 2019-11-16 2020-03-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» Каскадный преобразователь частоты

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
WO2011042050A1 (en) Modified voltage source converter structure
RU2303851C1 (ru) Статический многоуровневый преобразователь частоты для питания асинхронных и синхронных электродвигателей
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 (ko) 전력회생이 가능한 멀티레벨 컨버터용 모듈 및 이를 이용한멀티레벨 컨버터
CN116057825A (zh) 多电平双向电ac/dc转换器
Zheng et al. Multioutput switched-capacitor multilevel inverter with intrinsic elimination of the photovoltaics induced leakage current and high boost factor
EP3729631A1 (en) Mmc phase leg and method for control thereof
RU2686475C1 (ru) Преобразователь частоты с несимметричной схемой инвертора
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
RU2424612C1 (ru) Устройство для управления скоростью асинхронного электродвигателя (варианты)
Morawiec et al. Power electronic transformer based on cascaded H-bridge converter
RU2357352C1 (ru) Трехфазный высоковольтный преобразователь переменного напряжения
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
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

Legal Events

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

Effective date: 20200426