АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ
SELF-EXCITED VOLTAGE INVERTER

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано, например, в системах регулируемого электропривода переменного тока и в системах вторичного электропитания.
Общеизвестно, что автономные инверторы напряжения при преобразовании электроэнергии потребляют значительную часть мощности, которая составляет 1-5% от мощности преобразуемой электроэнергии. В свою очередь понижение мощности, потребляемой на преобразование, как правило, влечет ухудшение качества напряжения на выходе инвертора, что создает дополнительные потери мощности в нагрузке.
Одной из проблем известных автономных инверторов напряжения является значительная часть потерь мощности на преобразование при достаточном качестве напряжения на их выходе.
Известен автономный инвертор напряжения, основанный на изменении подключения фаз двигателя к различным уровням постоянного напряжения [А. Боок, В. Завгородний, О. Арискин, Г. Шестоперов. Разработка трехфазного мостового инвертора для питания тяговых асинхронных электродвигателей электровозов постоянного тока // Силовая электроника. - 2005. - №2. - С.30-31].
Автономный инвертор напряжения содержит входной конденсатор и шестиплечевой электрический мост.
Шестиплечевой электрический мост представляет собой три параллельно соединенных полумоста.
Каждый полумост выполнен из двух последовательно соединенных транзисторов, зашунтированных обратными диодами. Первым входом каждого полумоста является коллектор первого транзистора, а вторым входом каждого полумоста является эмиттер второго транзистора. В каждом полумосте эмиттер первого транзистора является его выходом и соединен с коллектором второго транзистора этого полумоста. Первый вход каждого полумоста подключен к положительному выводу входного конденсатора, а второй вход каждого полумоста соединен с отрицательным выводом входного конденсатора.
Положительный вывод входного конденсатора подключен к положительному контакту входного источника постоянного напряжения, а отрицательный вывод входного конденсатора - к отрицательному контакту входного источника постоянного напряжения.
Выходы первого, второго и третьего полумостов подключены соответственно к первой, второй и третьей фазам двигателя.
Устройство работает следующим образом.
Работа автономного инвертора напряжения является циклической, где каждый цикл состоит из шести чередующихся интервалов времени, в каждом из которых на фазы двигателя подаются положительный или отрицательный потенциалы входного напряжения через соответствующие транзисторы.
На входной конденсатор подается напряжение входного источника постоянного напряжения. При этом на положительном выводе входного конденсатора образуется положительный потенциал входного напряжения, а на отрицательном выводе - отрицательный потенциал входного напряжения.
В первый интервал времени управляющее напряжение от системы управления подается на первый транзистор первого полумоста, на второй транзистор второго полумоста, а также на первый транзистор третьего полумоста автономного инвертора напряжения, что приводит к их открытию. На остальных транзисторах управляющее напряжение отсутствует, что свидетельствует об их закрытии.
В результате этого первая и третья фазы двигателя через первый транзистор первого полумоста и первый транзистор третьего полумоста, соответственно, подключаются к положительному выводу входного конденсатора, а вторая фаза через второй транзистор второго полумоста - к отрицательному выводу входного конденсатора.
Таким образом, на первой и третьей фазах двигателя образуется по 33,3% входного напряжения положительной полярности, а на второй фазе - 66,6% входного напряжения отрицательной полярности.
Во второй интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первого транзистора третьего полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на второй транзистор третьего полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через первый транзистор первого полумоста подключается к положительному выводу входного конденсатора, а вторая и третья фазы через второй транзистор второго полумоста и второй транзистор третьего полумоста, соответственно, - к отрицательному выводу входного конденсатора. Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 66,6% входного напряжения положительной полярности, на второй и третьей фазах - по 33,3% входного напряжения отрицательной полярности.
В третий интервал времени управляющее напряжение от системы управления со второго транзистора второго полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на первый транзистор второго полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая и вторая фазы двигателя через первый транзистор первого полумоста и первый транзистор второго полумоста, соответственно, подключаются к положительному выводу входного конденсатора, а третья фаза через второй транзистор третьего полумоста - к отрицательному выводу входного конденсатора. Таким образом, на первой и второй фазах двигателя образуется 33,3% входного напряжения положительной полярности, на третьей фазе - по 66,6% входного напряжения отрицательной полярности.
В четвертый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первого транзистора первого полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на второй транзистор первого полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая и третья фазы двигателя через второй транзистор первого полумоста и второй транзистор третьего полумоста, соответственно, подключаются к отрицательному выводу входного конденсатора, а вторая фаза через первый транзистор второго полумоста - к положительному выводу входного конденсатора. Таким образом, на первой и третьей фазах двигателя образуется по 33,3% входного напряжения отрицательной полярности, а на второй фазе - 66,6% входного напряжения положительной полярности.
В пятый интервал времени управляющее напряжение от системы управления со второго транзистора третьего полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на первый транзистор третьего полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого вторая и третья фазы двигателя через первый транзистор второго полумоста и первый транзистор третьего полумоста, соответственно, подключаются к положительному выводу входного конденсатора, а первая фаза через второй транзистор первого полумоста - к отрицательному выводу входного конденсатора. Таким образом, на второй и третьей фазах двигателя образуется по 33,3% входного напряжения положительной полярности, а на первой фазе - 66,6% входного напряжения отрицательной полярности.
В шестой интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первого транзистора второго полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на второй транзистор второго полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая и вторая фазы двигателя через второй транзистор первого полумоста и второй транзистор второго полумоста, соответственно, подключаются к отрицательному выводу входного конденсатора, а третья фаза через первый транзистор третьего полумоста - к положительному выводу входного конденсатора. Таким образом, на первой и второй фазах двигателя образуется по 33,3% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 66,6% входного напряжения положительной полярности.
Шестой интервал времени является заключительным в цикле работы автономного инвертора напряжения, далее начинается новый цикл, в котором процессы переключения транзисторов повторяются.
Таким образом, период переменного напряжения на каждой фазе двигателя равен продолжительности одного цикла.
При этом в каждый момент времени любая фаза двигателя подключена к входному напряжению через один транзистор. Форма полученного на фазах двигателя напряжения состоит из двух уровней в каждой полярности, что вызывает повышенное содержание высших гармоник в ней. Коэффициент гармонических искажений напряжения на фазах двигателя такого автономного инвертора напряжения составляет 30%.
Известный автономный инвертор напряжения имеет достаточно низкие потери мощности на преобразование напряжения, что обусловлено минимальным сопротивлением цепи, по которой протекает ток каждой фазы, благодаря протеканию тока входного источника постоянного напряжения только через один транзистор каждого полумоста.
Недостатком известного устройства являются повышенные потери мощности в двигателе, обусловленные высоким уровнем высших гармоник напряжения на его фазах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является автономный инвертор напряжения, основанный на изменении подключения фаз двигателя к различным уровням постоянного напряжения [Н. Донской, А. Иванов, В. Матисон, И. Ушаков. Многоуровневые автономные инверторы для электропривода и электроэнергетики // Силовая электроника. - 2008. - №1. - С.43-46].
Автономный инвертор напряжения содержит входной делитель напряжения и восемнадцатиплечевой электрический мост.
Делитель напряжения представляет собой три последовательно соединенных конденсатора. Концевой вывод первого конденсатора является положительным входом делителя напряжения и подключен к положительному потенциалу внешнего источника напряжения. Концевой вывод третьего конденсатора является отрицательным входом делителя напряжения и подключен к отрицательному потенциалу внешнего источника напряжения.
Положительный вход делителя напряжения является его первым выходом, а отрицательный вход делителя напряжения является его четвертым выходом. Точка соединения первого и второго конденсаторов является вторым выходом делителя напряжения, а точка соединения второго и третьего конденсаторов является третьим выходом делителя напряжения.
Восемнадцатиплечевой электрический мост представляет собой три параллельно соединенных полумоста.
Каждый полумост выполнен из шести последовательно соединенных транзисторов, зашунтированных обратными диодами, и четырех разделительных диодов.
Первым входом каждого полумоста является коллектор первого транзистора, вторым входом - точка соединения эмиттера первого транзистора с коллектором второго транзистора, третьим входом - точка соединения эмиттера второго транзистора с коллектором третьего транзистора, четвертым входом - точка соединения эмиттера четвертого транзистора с коллектором пятого транзистора, пятым входом - точка соединения эмиттера пятого транзистора с коллектором шестого транзистора, шестым входом - эмиттер шестого транзистора. В каждом полумосте эмиттер третьего транзистора является его выходом и соединен с коллектором четвертого транзистора этого полумоста.
Первый вход каждого полумоста подключен к первому выходу делителя напряжения. Второй вход каждого полумоста подключен к катоду первого разделительного диода этого полумоста. Третий вход каждого полумоста подключен к катоду второго разделительного диода этого полумоста. Четвертый вход каждого полумоста подключен к аноду третьего разделительного диода этого полумоста. Пятый вход каждого полумоста подключен к аноду четвертого разделительного диода этого полумоста. Шестой вход каждого полумоста подключен к четвертому выходу делителя напряжения.
Анод первого разделительного диода и катод третьего разделительного диода каждого полумоста подключены ко второму выходу делителя напряжения. Анод второго разделительного диода и катод четвертого разделительного диода каждого полумоста подключены к третьему выходу делителя напряжения.
Выходы первого, второго и третьего полумостов подключены соответственно к первой, второй и третьей фазам двигателя.
Устройство работает следующим образом.
Работа автономного инвертора напряжения является циклической, где каждый цикл состоит из восемнадцати чередующихся интервалов времени, в каждом из которых на фазы двигателя подаются определенные уровни входного напряжения через соответствующие транзисторы.
На делитель напряжения подается напряжение входного источника постоянного напряжения. При этом на первом выходе делителя напряжения образуется положительный потенциал входного напряжения, а на четвертом выходе - отрицательный потенциал входного напряжения. Напряжение же между соседними выходами делителя напряжения равняется одной трети от уровня входного напряжения. Таким образом, между первым и третьим выходами делителя напряжения образуется две трети от уровня входного напряжения, а между вторым и четвертым выходами делителя напряжения образуется также две трети от уровня входного напряжения.
В первый интервал времени управляющее напряжение от системы управления подается на второй, третий и четвертый транзисторы первого полумоста, на четвертый, пятый и шестой транзисторы второго полумоста, на первый, второй и третий транзисторы третьего полумоста автономного инвертора напряжения, что приводит к их открытию. На остальных транзисторах управляющее напряжение отсутствует, что свидетельствует об их закрытии.
В результате этого первая фаза двигателя через второй, третий и четвертый транзисторы первого полумоста, а также через первый и третий разделительные диоды первого полумоста подключается ко второму выходу делителя напряжения. Вторая фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы второго полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Третья фаза через первый, второй и третий транзисторы третьего полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 10% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 50% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 40% входного напряжения положительной полярности.
Во второй интервал времени управляющее напряжение от системы управления с третьего транзистора первого полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на первый транзистор первого полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через первый, второй и третий транзисторы первого полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы второго полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Третья фаза через первый, второй и третий транзисторы третьего полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой и третьей фазах двигателя образуется по 30% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 60% входного напряжения отрицательной полярности.
В третий интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первого транзистора третьего полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на четвертый транзистор третьего полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через первый, второй и третий транзисторы первого полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы второго полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Третья фаза через второй, третий и четвертый транзисторы, а также через первый и третий разделительные диоды третьего полумоста подключается ко второму выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 40% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 50% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 10% входного напряжения положительной полярности.
В четвертый интервал времени управляющее напряжение от системы управления со второго транзистора третьего полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на пятый транзистор третьего полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через первый, второй и третий транзисторы первого полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы второго полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Третья фаза через третий, четвертый и пятый транзисторы, а также через второй и четвертый разделительные диоды третьего полумоста подключается к третьему выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 50% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 40% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 10% входного напряжения отрицательной полярности.
В пятый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с третьего транзистора третьего полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на шестой транзистор третьего полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через первый, второй и третий транзисторы первого полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы второго полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Третья фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы третьего полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 60% входного напряжения положительной полярности, на второй и третьей фазах - по 30% входного напряжения отрицательной полярности.
В шестой интервал времени управляющее напряжение от системы управления с шестого транзистора второго полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на третий транзистор второго полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через первый, второй и третий транзисторы первого полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через третий, четвертый и пятый транзисторы, а также через второй и четвертый разделительные диоды второго полумоста подключается к третьему выходу делителя напряжения. Третья фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы третьего полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 50% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 10% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 40% входного напряжения отрицательной полярности.
В седьмой интервал времени управляющее напряжение от системы управления с пятого транзистора второго полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на второй транзистор второго полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через первый, второй и третий транзисторы первого полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через второй, третий и четвертый транзисторы, а также через первый и третий разделительные диоды второго полумоста подключается ко второму выходу делителя напряжения. Третья фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы третьего полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 40% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 10% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 50% входного напряжения отрицательной полярности.
В восьмой интервал времени управляющее напряжение от системы управления с четвертого транзистора второго полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на первый транзистор второго полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через первый, второй и третий транзисторы первого полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через первый, второй и третий транзисторы второго полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Третья фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы третьего полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой и второй фазах двигателя образуется по 30% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 60% входного напряжения отрицательной полярности.
В девятый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первого транзистора первого полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на четвертый транзистор первого полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через второй, третий и четвертый транзисторы, а также через первый и третий разделительные диоды первого полумоста подключается ко второму выходу делителя напряжения. Вторая фаза через первый, второй и третий транзисторы второго полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Третья фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы третьего полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 10% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 40% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 50% входного напряжения отрицательной полярности.
В десятый интервал времени управляющее напряжение от системы управления со второго транзистора первого полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на пятый транзистор первого полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через третий, четвертый и пятый транзисторы, а также через второй и четвертый разделительные диоды первого полумоста подключается к третьему выходу делителя напряжения. Вторая фаза через первый, второй и третий транзисторы второго полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Третья фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы третьего полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 10% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 50% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 40% входного напряжения отрицательной полярности.
В одиннадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с третьего транзистора первого полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на шестой транзистор первого полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через четвертый, пятый и шестой транзисторы первого полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через первый, второй и третий транзисторы второго полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Третья фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы третьего полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой и третьей фазах двигателя образуется по 30% входного напряжения отрицательной полярности, а на второй фазе - 60% входного напряжения положительной полярности.
В двенадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с шестого транзистора третьего полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на третий транзистор третьего полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через четвертый, пятый и шестой транзисторы первого полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через первый, второй и третий транзисторы второго полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Третья фаза через третий, четвертый и пятый транзисторы, а также через второй и четвертый разделительные диоды третьего полумоста подключается к третьему выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 40% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 50% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 10% входного напряжения отрицательной полярности.
В тринадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с пятого транзистора третьего полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на второй транзистор третьего полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через четвертый, пятый и шестой транзисторы первого полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через первый, второй и третий транзисторы второго полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Третья фаза через второй, третий и четвертый транзисторы, а также через первый и третий разделительные диоды третьего полумоста подключается ко второму выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 50% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 40% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 10% входного напряжения положительной полярности.
В четырнадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с четвертого транзистора третьего полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на первый транзистор третьего полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через четвертый, пятый и шестой транзисторы первого полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через первый, второй и третий транзисторы второго полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения. Третья фаза через первый, второй и третий транзисторы третьего полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 60% входного напряжения отрицательной полярности, на второй и третьей фазах - по 30% входного напряжения положительной полярности.
В пятнадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первого транзистора второго полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на четвертый транзистор второго полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через четвертый, пятый и шестой транзисторы первого полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через второй, третий и четвертый транзисторы, а также через первый и третий разделительные диоды второго полумоста подключается ко второму выходу делителя напряжения. Третья фаза через первый, второй и третий транзисторы третьего полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 50% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 10% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 40% входного напряжения положительной полярности.
В шестнадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления со второго транзистора второго полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на пятый транзистор второго полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через четвертый, пятый и шестой транзисторы первого полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через третий, четвертый и пятый транзисторы, а также через второй и четвертый разделительные диоды второго полумоста подключается к третьему выходу делителя напряжения. Третья фаза через первый, второй и третий транзисторы третьего полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 40% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 10% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 50% входного напряжения положительной полярности.
В семнадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с третьего транзистора второго полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на шестой транзистор второго полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через четвертый, пятый и шестой транзисторы первого полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Вторая фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы второго полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Третья фаза через первый, второй и третий транзисторы третьего полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой и второй фазах двигателя образуется по 30% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 60% входного напряжения положительной полярности.
В восемнадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с шестого транзистора первого полумоста снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на третий транзистор первого полумоста, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя через третий, четвертый и пятый транзисторы, а также через второй и четвертый разделительные диоды первого полумоста подключается к третьему выходу делителя напряжения. Вторая фаза через четвертый, пятый и шестой транзисторы второго полумоста подключается к четвертому выходу делителя напряжения. Третья фаза через первый, второй и третий транзисторы третьего полумоста подключается к первому выходу делителя напряжения.
Таким образом, на первой фазе двигателя образуется 10% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 40% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 50% входного напряжения положительной полярности.
Восемнадцатый интервал времени является заключительным в цикле работы автономного инвертора напряжения, далее начинается новый цикл, в котором процессы переключения транзисторов повторяются.
Таким образом, период переменного напряжения на каждой фазе двигателя равен продолжительности одного цикла.
При этом в каждый интервал времени электрический ток любой фазы двигателя протекает по цепи с большим сопротивлением, включающем сопротивление двигателя и сопротивление соответствующих нескольких полупроводниковых элементов каждого полумоста.
Напряжение на фазах двигателя формируется из четырех уровней в каждой полярности, что приводит к пониженному содержанию высших гармоник в этом напряжении.
Коэффициент гармонических искажений напряжения на фазах двигателя такого автономного инвертора напряжения составляет 12%.
Известный автономный инвертор напряжения понижает потери мощности в двигателе по сравнению с аналогом, обусловленные снижением уровня высших гармоник напряжения на его фазах, что является его достоинством.
Однако известный автономный инвертор преобразует напряжение с большими потерями мощности, что является его недостатком. Это обусловлено повышенным сопротивлением цепи протекания электрического тока каждой фазы двигателя за счет протекания этого тока по большому количеству полупроводниковых элементов каждого полумоста.
Задача, на которую направлено изобретение, заключается в разработке автономного инвертора напряжения, позволяющего снизить потери мощности на преобразование напряжения за счет обеспечения минимального сопротивления цепи, по которой протекает ток каждой фазы, при сохранении низкого уровня высших гармоник напряжения на фазах двигателя.
Для решения поставленной задачи в автономный инвертор напряжения, содержащий первый электрический мост из трех параллельно соединенных полумостов, выполненных из нескольких последовательно соединенных транзисторов, зашунтированных обратными диодами, и делитель напряжения из трех последовательно соединенных конденсаторов, причем концевой вывод первого конденсатора делителя напряжения, подключенный к положительному потенциалу внешнего источника напряжения, является его первым выходом, а концевой вывод третьего конденсатора, подключенный к отрицательному потенциалу внешнего источника напряжения, является его четвертым выходом, точка соединения первого и второго конденсаторов является вторым выходом делителя напряжения, а точка соединения второго и третьего конденсаторов - его третьим выходом, первый выход делителя напряжения подключен к коллектору каждого концевого транзистора со стороны положительной полярности входного напряжения каждого полумоста, а четвертый выход делителя напряжения - к эмиттеру концевого транзистора со стороны отрицательной полярности входного напряжения каждого полумоста, средняя точка каждого полумоста соединена с соответствующей фазой двигателя, введен второй шестиплечевой электрический мост, представляющий собой три параллельно соединенных полумоста, выполненных из двух последовательно соединенных пар транзисторов, каждая из которых состоит из двух соединенных разноименными силовыми выводами транзисторов, причем концевой вывод первой пары транзисторов каждого полумоста является его первым входом, концевой вывод второй пары транзисторов - его вторым входом, а точка соединения первой и второй пар транзисторов каждого полумоста является его выходом, первый вход каждого полумоста подключен ко второму выходу делителя напряжения, его второй вход соединен с третьим выходом делителя напряжения, а выходы каждого полумоста подключены к соответствующим фазам двигателя, при этом первый электрический мост выполнен шестиплечевым.
Введение в автономный инвертор напряжения второго шестиплечевого электрического моста, представляющего собой три параллельно соединенных полумоста, выполненных из двух последовательно соединенных пар транзисторов, каждая из которых состоит из двух соединенных разноименными силовыми выводами транзисторов, и выполнение первого электрического моста шестиплечевым отличает заявляемое решение от прототипа. Наличие существенных отличительных признаков в совокупности существенных признаков устройства свидетельствует о соответствии заявляемого устройства критерию патентоспособности изобретения «новизна».
Введение в автономный инвертор напряжения второго шестиплечевого электрического моста, представляющего собой три параллельно соединенных полумоста, выполненных из двух последовательно соединенных пар транзисторов, каждая из которых состоит из двух соединенных разноименными силовыми выводами транзисторов, и выполнение первого электрического моста шестиплечевым позволяет снизить потери мощности на преобразование напряжения за счет обеспечения минимального сопротивления цепи, по которой протекает ток каждой фазы, при сохранении низкого уровня высших гармоник напряжения на фазах двигателя. Это обусловлено тем, что для подключения любой из фаз двигателя к каждому из четырех выходов делителя напряжения достаточно открытия лишь одного соответствующего транзистора в соответствующем электрическом мосте.
Причинно-следственная связь «введение в автономный инвертор напряжения второго шести плечевого электрического моста, представляющего собой три параллельно соединенных полумоста, выполненных из двух последовательно соединенных пар транзисторов, каждая из которых состоит из двух соединенных разноименными силовыми выводами транзисторов, и выполнение первого электрического моста шестиплечевым позволяет снизить потери мощности на преобразование напряжения за счет обеспечения минимального сопротивления цепи, по которой протекает ток каждой фазы, при сохранении низкого уровня высших гармоник напряжения на фазах двигателя» не обнаружена в уровне техники и логически не следует из него, следовательно, она является новой. Наличие новой причинно-следственной связи, проявляющейся в автономном инверторе напряжения, свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
На фигуре представлена схема автономного инвертора напряжения, необходимая для понимания работоспособности и промышленной применимости заявляемого объекта.
Автономный инвертор напряжения содержит делитель напряжения 1, первый 2 и второй 3 электрические мосты.
Делитель напряжения 1 представляет собой три последовательно соединенных конденсатора 4.
Концевой вывод первого конденсатора 4 делителя напряжения 1 является положительным входом делителя напряжения 1 и подключен к положительному потенциалу Р внешнего источника напряжения. Концевой вывод третьего конденсатора 4 делителя напряжения 1 является отрицательным входом делителя напряжения 1 и подключен к отрицательному потенциалу N внешнего источника напряжения.
Положительный вход делителя напряжения 1 является его первым выходом, а отрицательный вход делителя напряжения 1 является его четвертым выходом. Точка соединения первого и второго конденсаторов 4 является вторым выходом делителя напряжения 1, а точка соединения второго и третьего конденсаторов 4 является третьим выходом делителя напряжения 1.
Первый электрический мост 2 представляет собой три параллельно соединенных полумоста 5.
Каждый полумост 5 первого электрического моста 2 выполнен из двух последовательно соединенных транзисторов 6 и 7, зашунтированных обратными диодами 8. Первым входом полумоста 5 является коллектор первого транзистора 6, а вторым входом полумоста 5 является эмиттер второго транзистора 7. Эмиттер первого транзистора 6 является выходом полумоста 5 и соединен с коллектором второго транзистора 7.
Первый, вход каждого полумоста 5 соединен с первым выходом делителя напряжения 1, а второй вход каждого полумоста 5 соединен с четвертым выходом делителя напряжения 1.
Выходы первого, второго и третьего полумостов 5 подключены соответственно к первой, второй и третьей фазам двигателя 9.
Второй электрический мост 3 представляет собой три параллельно соединенных полумоста 10.
Каждый полумост 10 второго электрического моста 3 выполнен из двух последовательно соединенных пар транзисторов 11 и 12. Каждая пара транзисторов 11 и 12 состоит из двух транзисторов, соединенных разноименными силовыми выводами. Концевой вывод первой пары транзисторов 11 является первым входом полумоста 10, а концевой вывод второй пары транзисторов 12 является вторым входом полумоста 10.
Выходом каждого полумоста 10 второго электрического моста 3 является точка соединения первой 11 и второй 12 пар транзисторов.
Первый вход каждого полумоста 10 соединен со вторым выходом делителя напряжения 1, а второй вход каждого полумоста 10 соединен с третьим выходом делителя напряжения 1. Выходы первого, второго и третьего полумостов 10 подключены соответственно к первой, второй и третьей фазам двигателя 9.
Устройство работает следующим образом.
Работа автономного инвертора напряжения является циклической, где каждый цикл состоит из восемнадцати чередующихся интервалов времени, в каждом из которых на фазы двигателя подаются определенные уровни входного напряжения через соответствующие транзисторы.
На делитель напряжения 1 подается напряжение входного источника постоянного напряжения. При этом на первом выходе делителя напряжения 1 образуется положительный потенциал входного напряжения, а на четвертом выходе - отрицательный потенциал входного напряжения. Напряжение же между соседними выходами делителя напряжения 1 равняется одной трети от уровня входного напряжения. Таким образом, между первым и третьим выходами делителя напряжения 1 образуется две трети от уровня входного напряжения, а между вторым и четвертым выходами делителя напряжения 1 образуется также две трети от уровня входного напряжения.
В первый интервал времени управляющее напряжение от системы управления подается на второй транзистор 7 второго полумоста 5 и первый транзистор 6 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2, а также на первую пару транзисторов 11 первого полумоста 10 второго электрического моста 3, что приводит к их открытию. На остальных транзисторах управляющее напряжение отсутствует, что свидетельствует об их закрытии.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через первую пару транзисторов 11 первого полумоста 10 второго электрического моста 3 подключается ко второму выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через второй транзистор 7 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через первый транзистор 6 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 10% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 50% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 40% входного напряжения положительной полярности.
Во второй интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первой пары транзисторов 11 первого полумоста 10 второго электрического моста 3 снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на первый транзистор 6 первого полумоста 5 первого электрического моста 2, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через первый транзистор 6 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к первому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через второй транзистор 7 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через первый транзистор 6 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 30% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 60% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 30% входного напряжения положительной полярности.
В третий интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первого транзистора 6 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на первую пару транзисторов 11 третьего полумоста 10 второго электрического моста 3, что приводит к ее открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через первый транзистор 6 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к первому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через второй транзистор 7 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через первую пару транзисторов 11 третьего полумоста 10 второго электрического моста 3 подключается ко второму выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 40% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 50% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 10% входного напряжения положительной полярности.
В четвертый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первой пары транзисторов 11 третьего полумоста 10 второго электрического моста 3 снимается, что приводит к ее закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на вторую пару транзисторов 12 третьего полумоста 10 второго электрического моста 3, что приводит к ее открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через первый транзистор 6 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к первому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через второй транзистор 7 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через вторую пару транзисторов 12 третьего полумоста 10 второго электрического моста 3 подключается к третьему выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 50% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе двигателя 40% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе двигателя 10% входного напряжения отрицательной полярности.
В пятый интервал времени управляющее напряжение от системы управления со второй пары транзисторов 12 третьего полумоста 10 второго электрического моста 3 снимается, что приводит к ее закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на второй транзистор 7 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через первый транзистор 6 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к первому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза двигателя через второй транзистор 7 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза двигателя через второй транзистор 7 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 60% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе двигателя -30% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 30% входного напряжения отрицательной полярности.
В шестой интервал времени управляющее напряжение от системы управления со второго транзистора 7 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на вторую пару транзисторов 12 второго полумоста 10 второго электрического моста 3, что приводит к ее открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через первый транзистор 6 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к первому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через вторую пару транзисторов 12 второго полумоста 10 второго электрического моста 3 подключается к третьему выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через второй транзистор 7 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 50% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 10% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 40% входного напряжения отрицательной полярности.
В седьмой интервал времени управляющее напряжение от системы управления со второй пары транзисторов 12 второго полумоста 10 второго электрического моста 3 снимается, что приводит к ее закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на первую пару транзисторов 11 второго полумоста 10 второго электрического моста 3, что приводит к ее открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через первый транзистор 6 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к первому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через первую пару транзисторов 11 второго полумоста 10 второго электрического моста 3 подключается ко второму выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через второй транзистор 7 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 40% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 10% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 50% входного напряжения отрицательной полярности.
В восьмой интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первой пары транзисторов 11 второго полумоста 10 второго электрического моста 3 снимается, что приводит к ее закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на первый транзистор 6 второго полумоста 5 первого электрического моста 2, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через первый транзистор 6 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к первому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через первый транзистор 6 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через второй транзистор 7 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 30% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 30% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 60% входного напряжения отрицательной полярности.
В девятый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первого транзистора 6 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 снимается, что приводит к ее закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на первую пару транзисторов 11 первого полумоста 10 второго электрического моста 3, что приводит к ее открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через первую пару транзисторов 11 первого полумоста 10 второго электрического моста 3 подключаются ко второму выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза двигателя через первый транзистор 6 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза двигателя через второй транзистор 7 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 10% входного напряжения положительной полярности, на второй фазе - 40% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 50% входного напряжения отрицательной полярности.
В десятый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первой пары транзисторов 11 первого полумоста 10 второго электрического моста 3 снимается, что приводит к ее закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на вторую пару транзисторов 12 первого полумоста 10 второго электрического моста 3, что приводит к ее открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через вторую пару транзисторов 12 первого полумоста 10 второго электрического моста 3 подключаются к третьему выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через первый транзистор 6 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через второй транзистор 7 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 10% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 50% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 40% входного напряжения отрицательной полярности.
В одиннадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления со второй пары транзисторов 12 первого полумоста 10 второго электрического моста 3 снимается, что приводит к ее закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на второй транзистор 7 первого полумоста 5 первого электрического моста 2, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через второй транзистор 7 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к четвертому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через первый транзистор 6 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через второй транзистор 7 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 30% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 60% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 30% входного напряжения отрицательной полярности.
В двенадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления со второго транзистора 7 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на вторую пару транзисторов 12 третьего полумоста 10 второго электрического моста 3, что приводит к ее открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через второй транзистор 7 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к четвертому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза двигателя через первый транзистор 6 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза двигателя через вторую пару транзисторов 12 третьего полумоста 10 второго электрического моста 3 подключается к третьему выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 40% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 50% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 10% входного напряжения отрицательной полярности.
В тринадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления со второй пары транзисторов 12 третьего полумоста 10 второго электрического моста 3 снимается, что приводит к ее закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на первую пару транзисторов 11 третьего полумоста 10 второго электрического моста 3, что приводит к ее открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через второй транзистор 7 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к четвертому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через первый транзистор 6 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через первую пару транзисторов 11 третьего полумоста 10 второго электрического моста 3 подключается ко второму выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 50% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 40% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 10% входного напряжения положительной полярности.
В четырнадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первой пары транзисторов 11 третьего полумоста 10 второго электрического моста 3 снимается, что приводит к ее закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на первый транзистор 6 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через второй транзистор 7 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к четвертому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через первый транзистор 6 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через первый транзистор 6 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 60% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 30% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 30% входного напряжения положительной полярности.
В пятнадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первого транзистора 6 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на первую пару транзисторов 11 второго полумоста 10 второго электрического моста 3, что приводит к ее открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через второй транзистор 7 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к четвертому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через первую пару транзисторов 11 второго полумоста 10 второго электрического моста 3 подключается ко второму выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через первый транзистор 6 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 50% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 10% входного напряжения положительной полярности, а на третьей фазе - 40% входного напряжения положительной полярности.
В шестнадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления с первой пары транзисторов 11 второго полумоста 10 второго электрического моста 3 снимается, что приводит к ее закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на вторую пару транзисторов 12 второго полумоста 10 второго электрического моста 3, что приводит к ее открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через второй транзистор 7 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к четвертому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через вторую пару транзисторов 12 второго полумоста 10 второго электрического моста 3 подключается к третьему выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через первый транзистор 6 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 40% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 10% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 50% входного напряжения положительной полярности.
В семнадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления со второй пары транзисторов 12 второго полумоста 10 второго электрического моста 3 снимается, что приводит к ее закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на второй транзистор 7 второго полумоста 5 первого электрического моста 2, что приводит к его открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через второй транзистор 7 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 подключаются к четвертому выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через второй транзистор 7 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через первый транзистор 6 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 30% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 30% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 60% входного напряжения положительной полярности.
В восемнадцатый интервал времени управляющее напряжение от системы управления со второго транзистора 7 первого полумоста 5 первого электрического моста 2 снимается, что приводит к его закрытию. На других транзисторах управляющее напряжение остается прежним и дополнительно подается управляющее напряжение на вторую пару транзисторов 12 первого полумоста 10 второго электрического Моста 3, что приводит к ее открытию.
В результате этого первая фаза двигателя 9 через вторую пару транзисторов 12 первого полумоста 10 второго электрического моста 3 подключаются к третьему выходу делителя напряжения 1. Вторая фаза - через второй транзистор 7 второго полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к четвертому выходу делителя напряжения 1. Третья фаза - через первый транзистор 6 третьего полумоста 5 первого электрического моста 2 подключается к первому выходу делителя напряжения 1.
Таким образом, на первой фазе двигателя 9 образуется 10% входного напряжения отрицательной полярности, на второй фазе - 40% входного напряжения отрицательной полярности, а на третьей фазе - 50% входного напряжения положительной полярности.
Восемнадцатый интервал времени является заключительным в цикле работы автономного инвертора напряжения, далее начинается новый цикл, в котором процессы переключения транзисторов повторяются.
Таким образом, период переменного напряжения на каждой фазе двигателя равен продолжительности одного цикла.
Напряжение на фазах двигателя формируется из четырех уровней в каждой полярности, обеспечивая низкое содержание высших гармоник в этом напряжении и пониженные потери мощности в двигателе.
Протекание тока каждой фазы в любой момент времени только по одному транзистору обеспечивает минимальное сопротивление цепи протекания этого тока, что приводит к уменьшению потерь мощности в автономном инверторе напряжения.
Работоспособность заявляемого автономного инвертора напряжения с достижением указанного технического результата подтверждается математическим моделированием. При этом сравнивались заявляемый автономный инвертор напряжения и прототип. При математическом моделировании использовался транзистор типа СМ1000НА-24Н, напряжение источника входного напряжения было выбрано 900 В, ток каждой фазы двигателя составил 320 А. Результаты математического моделирования показали, что потери мощности на преобразование напряжения в известном автономном инверторе напряжения (прототипа) составляют 2,8-3,5% от преобразованной мощности, в заявляемом автономном инверторе напряжения - 1,3-1,7%.
Таким образом, использование заявляемого инвертора напряжения позволяет снизить потери мощности на преобразование напряжения на 46,0-48,5%, что позволяет увеличить КПД инвертора на 1,5-1,8%.