МНОГОЗОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ
MULTI-ZONE DC/AC 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 Н02М 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 (Волков А.Г., Зиновьев Г.С. «Многозонный преобразователь постоянного тока в переменный», патент №2523001 Н02М 7/217 от 19.11.2012), являющийся прототипом, содержащий источник тока и три одинаковых вентильных комплекта, соединенных средней точкой с соответствующей фазой нагрузки. Каждый из вентильных комплектов состоит из двух групп управляемых однонаправленных вентилей - первой анодной и второй катодной группы, подключенных к источнику постоянного тока. Причем, первая группа подключена анодами к «+» источника постоянного тока, а катодами - к фазе А нагрузки. Вторая группа подключена анодами к фазе А нагрузки, а катодами - к «-» источника постоянного тока фазы.
Второй аналогичный вентильный комплект подключен анодами первой группы n управляемых однонаправленных вентилей с анодами первой группы управляемых однонаправленных вентилей первого вентильного комплекта, а также с «+» источника постоянного тока. Вторая же группа n управляемых однонаправленных вентилей второго вентильного комплекта, в свою очередь, соединена катодами с катодами второй группы однонаправленных управляемых вентилей первого вентильного комплекта, а также с «-» источника постоянного тока, а анодами соединена с катодами первой группы n управляемых однонаправленных вентилей второго вентильного комплекта, а также с фазой В нагрузки.
Третий вентильный комплект подключен анодами первой группы n управляемых однонаправленных вентилей с анодами первой группы n однонаправленных управляемых вентилей второго вентильного комплекта, а также с «+» источника постоянного тока. Вторая же группа n управляемых однонаправленных вентилей второго вентильного комплекта, в свою очередь, соединена катодами с катодами второй группы n однонаправленных управляемых вентилей второго вентильного комплекта, а также с «-» источника постоянного тока, а анодами соединена с катодами первой группы n однонаправленных управляемых вентилей третьего вентильного комплекта, а также с фазой С нагрузки.
Недостатком преобразователя является его сложность, большое количество полупроводниковых элементов и высокие массогабаритные параметры.
Задачей предлагаемого изобретения является создание более простого многозонного преобразователя постоянного тока в переменный с уменьшенным количеством неуправляемых вентилей и улучшенными массогабаритными параметрами.
Поставленная задача достигается тем, что в преобразователе 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 вентилей, каждая из которых выполнена в виде последовательного соединения n управляемых вентилей и неуправляемого вентиля, к точкам соединения вентилей в каждой группе в каждом плече моста введены дополнительно две группы неуправляемых вентилей, причем первая группа n управляемых вентилей подключена катодом крайнего неуправляемого вентиля к нагрузке, а анодом другого крайнего управляемого вентиля группы - к «+» источника тока, вторая же группа управляемых вентилей подключена анодом крайнего неуправляемого вентиля к нагрузке, а катодом другого крайнего управляемого вентиля - к «-» источника тока, при этом между катодом и анодом последовательно включенных управляемых вентилей первой группы и нагрузкой включены диоды первой дополнительной группы, катодами к нагрузке, аналогично, между катодом и анодом управляемых вентилей второй группы и нагрузкой также включены диоды второй дополнительной группы, анодами к нагрузке.
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого преобразователя на примере двузонного, 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 источник тока 1. Для каждой фазы выходного тока существует 3 одинаковых вентильных комплекта (2, 3, 4), один из которых будет рассмотрен ниже. Вентильный комплект состоит из первой группы n последовательно включенных управляемых вентилей 5 (в рассматриваемой фиг. 1 с n=2 выполнена в виде последовательного соединения управляемых вентилей 17, 18 и неуправляемого вентиля 19), подключенной катодом к средней точке конденсаторов 38, 39 нагрузки фазы А 35 и анодом к «+» источника входного тока 1, а также второй группы n-последовательно включенных управляемых вентилей 6 (в рассматриваемой фиг. 1 с n=2 выполнена в виде последовательного соединения управляемых вентилей 21, 22 и неуправляемого вентиля 20), подключенных анодом к средней точке конденсаторов 38, 39 нагрузки фазы А 35 и катодом к «-» входного источника тока 1 нагрузки преобразователя, при этом между катодом и анодом последовательно включенных управляемых вентилей 17 и 18 первой группы 5 n-последовательно включенных управляемых вентилей и нагрузкой 35 включены диоды первой дополнительной группы 11, состоящих из n-1 неуправляемых вентилей, катодами к нагрузке, аналогично, между катодом и анодом управляемых вентилей 21 и 22 второй группы 6 n-последовательно включенных управляемых вентилей и нагрузкой также включены диоды второй дополнительной группы 12, состоящих из n-1 неуправляемых вентилей, анодами к нагрузке.
Вентильный комплект 3 фазы В выходного тока состоит из двух групп n-последовательно включенных управляемых вентилей 7 и 8, которые в свою очередь состоят из управляемых вентилей 23, 24, 27, 28 и неуправляемых вентилей 25, 26, а также двух групп неуправляемых вентилей 13 и 14, и подключаются к конденсаторному делителю 40, 41 фазы В нагрузки 36, аналогично вентильному комплекту 2.
Вентильный комплект 4 фазы С выходного тока состоит из двух групп n-последовательно включенных управляемых вентилей 9 и 10, которые в свою очередь состоят из управляемых вентилей 29, 30, 33, 34 и неуправляемых вентилей 31, 32, а также двух групп неуправляемых вентилей 15 и 16, и подключаются к конденсаторному делителю 42, 43 фазы С нагрузки 37, аналогично вентильному комплекту 2.
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 вентили 17, 18, 21, 22, 23, 24, 27, 28, 29, 30, 33, 34 вентильных групп управляемых вентилей 5, 6, 7, 8, 9, 10 соответственно. Мгновенное значение выходного тока на нагрузке во втором поддиапазоне регулирования 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 вентили 17, 22, 23, 28, 29, 34 вентильных групп управляемых вентилей 5, 6, 7, 8, 9, 10 соответственно. На вентили 18, 21, 24, 27, 30, 33 импульсы управления не подаются. Мгновенное значение выходного тока на нагрузке в первом поддиапазоне регулирования возрастает до максимального значения, как показано на фиг. 3, где наряду с выходным током показаны фазные напряжения нагрузки.
Реализация групп n последовательно включенных управляемых вентилей 5, 6, 7, 8, 9, 10 с меньшим количеством неуправляемых вентилей в каждой из групп позволяет уменьшить массогабаритные показатели многозонного преобразователя постоянного напряжения в переменное. Таким образом, создан более простой многозонный преобразователь постоянного тока в переменный, имеющий лучшие массогабаритные показатели за счет меньшего количества неуправляемых вентилей.