Устройство питания трехфазной активно-индуктивной нагрузки от автономного источника постоянного тока ограниченной мощности

Устройство относится к электротехнике и предназначено для использования в автономных системах электроснабжения симметричной трехфазной активной и/или активно-индуктивной (двигательной) нагрузки произвольной частоты тока от источника постоянного тока ограниченной мощности. Устройство содержит источник постоянного тока ограниченной (соизмеримой) мощности (например, аккумуляторная батарея) (1), двухфазный инвертор (2) и автотрансформаторный блок (3). Инвертор включает: задающий генератор (осциллятор), формирователь импульсов, фазовый инвертор, два делителя на (2 и 4) силовых ключа. Выводы силовых ключей соединены с секциями обмоток автотрансформаторов автотрансформаторного блока. Автотрансформаторный блок содержит два однофазных многосекционных автотрансформатора. Первый автотрансформатор содержит четыре секции обмотки, две из которых, имеющие одинаковые количества витков, соединены встречно и их общая точка подключена к средней точке двух также включенных секций второго автотрансформатора с такими же числами витков. Второй автотрансформатор содержит пять секций обмотки, две из которых включены, как указано выше. Вместе они образуют четырехлучевую звезду, к лучам которой подключаются выходы силовых ключей. Еще две секции обмотки пятисекционного автотрансформатора, имеющие равные между собой числа витков, подключаются к точкам соединения силовых ключей с секциями того же автотрансформатора, составляющими противонаправленные лучи звезды. К одной из секций четырехсекционного автотрансформатора, входящих в звезду, также присоединяется дополнительная секция, размещенная на том же автотрансформаторе. Концы дополнительных секций составляют фазы A, B и C для подключения трехфазной нагрузки.

В случае, если линейные напряжения UAB, UBC, UCA - небольшие (менее 220 В), к концам дополнительных обмоток присоединяется еще по одной секции, к свободным концам, которых подключаются компенсирующие конденсаторы. Технический результат - снижение уровня высших гармоник. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для использования в автономных системах электроснабжения от источников ограниченной (соизмеримой) мощности для преобразования напряжения постоянного тока в симметричное трехфазное напряжение переменного тока.

Известно устройство (преобразователь), включающий входной конденсатор, однофазный инвертор, силовая схема которого содержит четыре транзистора и четыре диода, и трансформатор с вращающимся магнитным полем (патент РФ №2210167, 2003 г.). Недостатками преобразователя являются низкая надежность работы, сложность конструкции магнитопровода трансформатора и, как следствие, низкая технологичность изготовления, наличие высших гармоник высокого уровня.

Наиболее близким по техническому решению является устройство (преобразователь постоянного напряжения в переменное, патент РФ №2274942, 2006 г.), содержащее однофазный инвертор с двумя силовыми транзисторами и трансформатор с вращающимся магнитным полем. Недостатками устройства являются сложность конструкции магнитопровода трансформатора, низкая технологичность изготовления, наличие высших гармоник в выходном напряжении, уровень которых возрастает при изменениях нагрузки и наличии переходных процессов.

Задача, поставленная в предлагаемом изобретении, состоит в упрощении конструкции трансформатора, обеспечении технологичности его изготовления и снижении уровня высших гармоник в выходном напряжении.

Указанная задача и технический результат достигаются тем, что в устройстве питания трехфазной активно-индуктивной нагрузки от автономного источника постоянного тока ограниченной мощности, включающем источник постоянного тока, инвертор и автотрансформаторный блок, отличающемся тем, что инвертор выполнен двухфазным, а автотрансформаторный блок состоит из двух многосекционных однофазных автотрансформаторов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Инвертор выполняется двухфазным с двумя силовыми ключами в каждой фазе, а вместо трансформатора с вращающимся магнитным полем используются два однофазных многосекционных автотрансформатора. По две секции автотрансформаторов соединяются между собой, образуя четырехлучевую звезду. К свободным концам лучей каждого автотрансформатора присоединяются выводы ключей одной фазы. К двум лучам пятисекционного и одному лучу четырехсекционного автотрансформатора присоединяются дополнительные обмотки, свободные концы которых образуют фазы A, B и C трехфазного источника переменного напряжения. Еще по одной секции добавляется к обмотке каждого автотрансформатора для подключения компенсирующих конденсаторов.

Новизна заявленного технического решения состоит в том, что инвертор формирует две фазы переменного напряжения, сдвинутые по фазе на 90 эл. градусов, а трехфазное симметричное напряжение обеспечивается включением секций однофазных стержневых автотрансформаторов в четырехлучевую звезду.

В доступной научно-технической и патентной литературе авторам не удалось выявить совокупность подобных признаков, обеспечивающих решение поставленной задачи, и предлагаемое решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет нам предполагать соответствие решения уровню изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлены принципиальная электрическая схема устройства и порядок формирования трехфазного симметричного напряжения на его выходе.

Устройство содержит источник постоянного тока (аккумуляторная батарея) 1, инвертор 2 и автотрансформаторный блок 3.

Устройство работает следующим образом: напряжение источника питания U_d поступает на вход инвертора. Осциллятор вырабатывает импульсы опорной частоты (вдвое большей, чем требуемая частота выходного напряжения).

Импульсы поступают на формирователь, в котором формируются фронты импульсов. Полученные импульсы формы меандра подаются на два делителя: на один непосредственно, на другой - через фазовый инвертор. В результате импульсы, поступающие на второй делитель, оказываются сдвинутыми по фазе на 90° (электрических) по отношению к импульсам, поступающим на первый. Импульсы с делителей поочередно выдаются на пары силовых ключей, выходы которых присоединены к встречно включенным секциям обмоток автотрансформаторов. В результате в магнитопроводах автотрансформаторов создаются знакопеременные магнитные потоки. Причем магнитный поток первого автотрансформатора отстает от магнитного потока второго на 90° по фазе. Этими потоками в обмотках автотрансформаторов создаются ЭДС с таким же сдвигом по фазе. Концы дополнительных секций обмоток образуют фазы A, В и C так, что U_A-B, U_B-C и U_C-A оказываются сдвинутыми на 120°. Конденсаторы С₁ и С₂ формируют фронты волн напряжений, снижая уровень гармоник в них.

Устройство питания трехфазной симметричной нагрузки переменного тока от автономного источника постоянного тока, включающее источник постоянного тока, инвертор и автотрансформаторный блок, отличающееся тем, что инвертор выполнен двухфазным с двумя силовыми ключами в каждой фазе, подключенными последовательно с секциями обмоток автотрансформаторов к источнику постоянного тока, причем одна фаза инвертора соединена с формирователем импульсов управления ключами непосредственно через делитель, а вторая - через делитель и фазовый инвертор, меняющий полярность импульса и обеспечивающий открывания ключей этой фазы со сдвигом на 90°, между собой секции обмоток соединены так, что образуют симметричную четырехлучевую звезду, к двум дополнительным секциям обмотки, предусмотренным на одном автотрансформаторе, подключаются две фазы нагрузки, на втором автотрансформаторе предусматривается одна дополнительная секция обмотки, к которой подключается третья фаза нагрузки, оба автотрансформатора снабжены добавочными обмотками для подключения конденсаторов, формирующих фронты волн переменного напряжения питания нагрузки.