МНОГОЗОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ
MULTIZONE DIRECT TO ALTERNATE CURRENT CONVERTER

Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электрической энергии, предназначенным для преобразования постоянного тока в регулируемый переменный, и может быть использовано в регулируемых электроприводах переменного тока и в качестве регулируемого второго преобразователя в преобразователях частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения.
Известен преобразователь постоянного тока в переменный (Максимов Евгений Андреевич, «Автономный инвертор тока», патент №2045812 H02M 7/515 от 28.06.1993), который содержит источник тока, к выводам которого подключены управляемые вентили с последовательно соединенными диодами, образующие анодную (катодную) группу вентилей преобразователя постоянного тока в переменный, то есть инвертора тока.
Поскольку инвертор собран по мостовой схеме, то при больших напряжениях питания обратное напряжение на вентилях достигает величины двойного значения амплитуды выходного напряжения, а также увеличивается количество последовательно включенных управляемых вентилей, если используются вентили низкого класса.
Кроме того, известен многозонный преобразователь постоянного тока в переменный (IEEE transactions on industral electronics, vol.46, no.1, february 1999, Application if a Generalized Current Multilevel Cell to Current-Source Inverts, Fernando L.M. Antunes), являющийся прототипом, содержащий источник тока и три одинаковых инверторных ячейки (ИЯ1, ИЯ2, ИЯ3), соединенных по выходу параллельно через катушки индуктивности. Каждая из инверторных ячеек состоит из двух групп управляемых однонаправленных вентилей - первой анодной и второй катодной группы, подключенных к источнику постоянного тока. Причем первая группа n управляемых однонаправленных вентилей подключена анодами к «+» источника постоянного тока, а катодами - к нагрузке. Вторая группа управляемых однонаправленных вентилей подключена анодами к нагрузке, а катодами - к «-» источника постоянного тока фазы. Вторая аналогичная инверторная ячейка соединена анодами первой группы управляемых однонаправленных вентилей ИЯ2 с анодами первой группы однонаправленных управляемых вентилей ИЯ1 через катушку индуктивности, а также с «+» источника постоянного тока. Вторая же группа управляемых однонаправленных вентилей ИЯ2 в свою очередь соединена катодами через катушку индуктивности с катодами второй группы однонаправленных управляемых вентилей ИЯ1, а также с «-» источника постоянного тока.
Недостатками преобразователя являются его сложность и высокие массогабаритные параметры.
Задачей предлагаемого изобретения является создание более простого многозонного преобразователя постоянного тока в переменный с улучшенными массогабаритными параметрами, меньшим обратным напряжением на вентилях, с уменьшенным количеством катушек индуктивности и лучшими энергетическими показателями, что ведет к упрощению преобразователя.
Поставленная задача достигается тем, что в преобразователь постоянного тока в переменное, содержащий источник тока и 3-фазную мостовую схему, в которой каждое плечо моста выполнено из 2 групп n-последовательно включенных управляемых однонаправленных вентилей, к точкам соединения которых в каждом плече моста введены дополнительно две группы неуправляемых вентилей, причем одна группа n управляемых вентилей подключена катодом крайнего вентиля к нагрузке, а анодом другого крайнего вентиля группы - к «+» источника тока, вторая группа управляемых вентилей подключена анодом крайнего вентиля к нагрузке, а катодом - к «-» источника тока, при этом между анодами последовательно включенных управляемых вентилей первой группы и нагрузкой включены диоды первой дополнительной группы, катодами к нагрузке аналогично, между катодами управляемых вентилей второй группы и нагрузкой также включены диоды второй дополнительной группы, анодами к нагрузке.
На фиг.1 приведена схема предлагаемого преобразователя на примере двухзонного, на фиг.2 приведена диаграмма выходного тока и напряжения для второго поддиапазона регулирования. На фиг.3 приведена диаграмма выходного тока и напряжения для первого поддиапазона регулирования.
Преобразователь постоянного тока в переменный (фиг.1) содержит трехфазный источник тока 1. Для каждой фазы выходного тока существуют 3 одинаковых вентильных комплекта (2, 3, 4), один из которых будет рассмотрен ниже. Вентильный комплект состоит из первой группы n-последовательно включенных управляемых однонаправленных вентилей 5 (для рассматриваемой фиг.1 с n=2 уровнями это вентили 17, 19, аналогично для фазы В вентильный комплект состоит из группы 7 последовательно включенных управляемых однонаправленных вентилей 25, 27, для фазы С вентильный комплект состоит из группы 9 последовательно включенных управляемых однонаправленных вентилей 33, 35), подключенной катодом к средней точке конденсаторов 44, 45 нагрузки фазы A41 (аналогично для фазы B к средней точке конденсаторов 46, 47 нагрузки фазы B42, для фазы С к средней точке конденсаторов 48, 49 нагрузки фазы C43) и к «+» источника входного тока 1, второй группы из n-последовательно включенных управляемых однонаправленных вентилей 6 (в рассматриваемой фиг.1 с n=2 это вентили 21, 23, аналогично для фазы В вентильный комплект состоит из группы 8 последовательно включенных управляемых однонаправленных вентилей 29, 31, для фазы С вентильный комплект состоит из группы 10 последовательно включенных управляемых однонаправленных вентилей 37, 39), подключенных анодом к средней точке конденсаторов 44, 45 нагрузки фазы A41 (аналогично для фазы В к средней точке конденсаторов 46, 47 нагрузки фазы B42, для фазы С к средней точке конденсаторов 48, 49 нагрузки фазы C43) и к «-» входного источника тока 1 нагрузки преобразователя, к точкам соединения которых включены две группы диодов - первая 11, и вторая 12, состоящих в первой группе из n-1 диодов (в случае фиг.1 n=2 это диод 11 и во второй группе из n-1 диодов, в случае фиг.1 n=2 это диод 12, для фазы В первая группа диодов 13, вторая 14, для фазы С первая группа диодов 15, вторая 16), подключенных катодами первой группы диодов к фазе А нагрузки 41 и анодами к анодам первой группы последовательно включенных управляемых однонаправленных вентилей 17, 19 и подключенных анодами второй группы диодов к фазе A нагрузки 41, а катодами - к катодам второй группы управляемых однонаправленных вентилей 21, 23. Однонаправленность вентилей достигается путем включения диодов последовательно с вентилем. Для вентильного комплекта 2 это диоды 18, 20, 22, 24, для вентильного комплекта 3 это диоды 26, 28, 30, 32, вентильного комплекта 4 это диоды 34, 36, 38, 40.
Устройство работает следующим образом. Весь диапазон регулирования выходного тока разделен на n поддиапазонов, в рассматриваемом случае на n=2 поддиапазона. Во втором поддиапазоне импульсы управления, сгенерированные по принципу синусоидальной модуляции с нулевыми интервалами времени, подаются на ключи 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39 вентильных комплектов 5, 6, 7, 8, 9, 10 соответственно. Мгновенное значение выходного тока на нагрузке возрастает до максимального значения, как показано на фиг.2, где наряду с выходным током показаны фазные напряжения нагрузки.
В первом поддиапазоне регулирования импульсы управления, сгенерированные по принципу синусоидальной модуляции с нулевыми интервалами времени, подаются на ключи 17, 23, 25, 31, 33, 39 вентильных комплектов 5, 6, 7, 8, 9, 10 соответственно. На ключи 19, 21, 27, 29, 35, 37 импульсы управления не подаются.
Таким образом, создан более простой многозонный преобразователь постоянного тока в переменный, имеющий меньшее число ключей и реакторов.