ТРЕХФАЗНЫЙ СЛОЖНОМОСТОВОЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области силовой электроники и может быть использована для проектирования трехфазных источников электропитания с улучшенной формой выходного напряжения.
Известен трехфазный инвертор напряжения (Кантер И.И., Статические преобразователи частоты, 1966 г.), включающий два трехфазных инверторных моста, питаемых от одного источника постоянного напряжения, и трехфазный трансформатор, содержащий шесть первичных обмоток, три из которых соединены в треугольник и подключены к выходам одного инверторного моста, а три других соединены в звезду и подключены к выходам второго инверторного моста. Инверторные мосты работают со сдвигом 30°. В результате на вторичных обмотках формируются напряжения, не содержащие пятую и седьмую гармоники.
Недостатком такого устройства является то, что оно представляет собой сложно-мостовую схему инвертора тока и требует наличия специального блока коммутирующих конденсаторов. Кроме того, коэффициент гармоник выходного напряжения равен 15, что для ряда потребителей, критичных к форме питающего напряжения, требует введения специальных фильтров высших гармоник.
Известен трехфазный инвертор (А.с. №773875) с питанием от двух источников постоянного тока, содержащий управляемые ключи, выводы постоянного тока каждого из которых образуют пару входных выводов для подключения одного из указанных источников питания. При этом выводы переменного тока связаны с тремя выходными выводами инвертора. Управляемые ключи выполнены как ключи переменного тока, указанные мосты выполнены трехфазными, а их выводы переменного тока соединены непосредственно с выходными выводами инвертора. На выходе такого инвертора формируется трехступенчатое линейное напряжение без нулевой полки с коэффициентом гармоник 15,2.
Недостатком такого устройства является большие массогабаритные показатели, связанные с наличием двух источников питания и применением ключей переменного тока. Кроме того, коэффициент гармоник достаточно высок и требует для ряда потребителей, критичных у форме выходного напряжения, введения фильтров высших гармоник.
Также известен трехфазный инвертор (А.с. №997207), содержащий три однофазные преобразовательные ячейки, выполненные на управляемых ключах по схеме моста, входные выводы которых подключены к входным выводам инвертора, а выходные выводы - к первичным обмоткам основных трансформаторов, вторичные обмотки которых, включенные в звезду, соединены последовательно с соответствующими вторичными обмотками дополнительных трансформаторов, первичные обмотки которых связаны с выводами обмоток основных трансформаторов. Первичная обмотка каждого из дополнительных трансформаторов включена соответственно между разноименными выходными выводами двух смежных в порядке чередования фаз ячеек, а его вторичная обмотка соединена встречно с вторичной обмоткой основного трансформатора третьей ячейки.
Недостатками такого устройства являются разная форма линейных и фазных напряжений, а также достаточно высокий коэффициент гармоник, равный 15,2.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является инвертор (Моин B.C., Стабилизированные транзисторные преобразователи, 1986 г., рис.9.12а), содержащий два трехфазных инверторных моста и два трехфазных трансформатора, первичные обмотки которых соединены в два треугольника, каждый из которых подключен к выходам соответствующего инверторного моста, а вторичные обмотки соединены последовательно, включая дополнительную обмотку, соединенную в зигзаг и служащую для получения «фиксированного нуля». Фазовые и линейные напряжения имеют одинаковую трехступенчатую форму.
Недостатком такого инвертора является большой коэффициент гармоник (15,2), требующий для критичных к форме питающего напряжения потребителей, установки фильтров высших гармоник.
Задачей настоящей полезной модели является улучшение формы кривой выходного напряжения и существенное уменьшение массогабаритных показателей фильтров высших гармоник, либо их исключение.
Поставленная задача решается тем, что трехфазный сложномостовой инвертор напряжения, содержащий два трехфазных мостовых инвертора, входы питания которых подключены к общему источнику постоянного напряжения, а выходы переменного тока подключены соответственно к первичным обмоткам двух трехфазных трансформаторов, соединенным в треугольники, согласно заявляемому техническому решению, содержит третий трехфазный трансформатор и третий трехфазный мостовой инвертор напряжения, при этом входы постоянного тока трехфазного мостового инвертора подключены к общему для всех инверторных остов источнику постоянного напряжения, а выходы переменного тока подключены к первичным обмоткам третьего трехфазного трансформатора, соединенным в звезду, при этом у трансформаторов, первичные обмотки которых соединены в треугольник, вторичные обмотки соединяются пофазно согласно-последовательно между собой и пофазно встречно-последовательно с вторичными обмотками трансформатора, первичная обмотка которого соединена в звезду.
Полезная модель поясняется чертежами: фиг.1 - электрическая схема заявляемого трехфазного инвертора, фиг.2 - временные диаграммы управления транзисторами, фиг.3 - диаграмма фазных напряжений для каждой из вторичных обмоток трансформаторов Vf41, Vf42, Vf43, а также фазовое Vf44 и линейное V144 напряжения на нагрузке.
Трехфазный сложномостовой инвертор напряжения содержит три инверторных трехфазных моста 1, 2, 3, выполненных соответственно на транзисторах [4-9], [10-15], [16-21], силовые цепи которых шунтированы обратными диодами [22-27], [28-33] и [34-39] соответственно. Инверторные трехфазные мосты 1, 2, 3 подключены к общему источнику питания 40. Выходы инверторных трехфазных мостов 1, 2 и 3 подключены соответственно к первичным обмоткам трехфазных трансформаторов 41, 42 и 43, при этом первичные обмотки трансформаторов 41 и 42 соединены в треугольник, а трансформатора 43 - в звезду.
Вторичные обмотки трансформаторов 41 и 42 соединены согласно-последовательно между собой, а трансформатора 43 - встречно-последовательно с вторичными обмотками трансформаторов 41 и 42 и подключены к трехфазной нагрузке 44.
Все три инверторных моста 1, 2, 3 одинаковы по мощности. То же относится к трансформаторам 41, 42, 43. Количество витков первичных обмоток, соединенных в треугольники, в  раз больше числа витков первичных обмоток, соединенных в звезду.
Устройство работает следующим образом.
Импульсы управления одноименными транзисторами мостов 2 и 3 сдвинуты относительно импульсов управления транзисторами инвертора 1 на 20° и 160° соответственно (фиг.2). Длительность импульсов управления каждым транзистором равна 180 электрическим градусам. Приведенный на фиг.2 закон управления транзисторами инверторных мостов 1, 2 и 3 обеспечивает формирование на вторичных обмотках трансформаторов 41, 42, 43 фазовых напряжений Vf41, Vi42, Vf43, показанных на фиг.3. Суммирование этих напряжений путем последовательного включения вторичных обмоток трансформаторов формирует четырехступенчатые кривые фазовых Vf44 и линейных V144 напряжений, также изображенных на фиг.3.
Гармонический состав фазового и линейного напряжений показаны в табл.1 и 2 соответственно.
Таблица 1
№ гармоник
1
5
7
11
13
17
19
% от основной гармоники
100
1,8
1,6
1
0,7
5,9
5,3
Таблица 2
№ гармоник
1
5
7
11
13
17
19
% от основной гармоники
100
1,8
1,2
0,8
0,7
5,9
5,3
Все четные гармоники и гармоники, кратные 3 равны 0. Наибольшую амплитуду имеет 17 гармоника, но и она не превышает 6% амплитуды основной гармоники. В результате коэффициент гармоник фазовых напряжений равен 10,9, а линейных 9,7, что существенно ниже, чем в схеме, описанной в (Моин B.C., Стабилизированные транзисторные преобразователи, 1986 г., рис.9.12а) и обеспечивающей на выходе 3 ступенчатую кривую.