Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное многоступенчатой формы Советский патент 1983 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электроприБОца цля преобразования посто янного напряжения в трехфазное квазисинусоицальное.

Известен преобразователь постоянно го напряжения в трехфазное переменное, который содержит однофазный инвертор, подключенный к перв}гчной обмотке трансформатора, а концы вторичной обмотки и ее средний вывод подключены Через ключи переменного тока к каждому Из трех выходных выводов преобразова геля, В зависимости от полярности напряжений на секциях вторичной обмотки трансформатора меняется очередность их подключения к выходным выводам преобразователя, и на нагрузке формируется трехфазное трехступенчатое напряжение, коэффициент гармоник которого равен 16% Трансформатор работает на частоте в три раза превышающей выходную, поэтому имеет значительную массу и габариты Особенно при низкой выходной частоте преобразователя 1 .

Однако данный преобразователь имеет недостаточную синусоидальность формы кривой выходного напряжения, значительную массу и габариты.

Известен такнсе преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное ,с амплитудно-импульсной модуляцией выходного напряжения, который содержит однофазный инвертор высоког частоты, выходом нагруженный на первичную обмотку согласующего высокочастотного трансформатора, вторичная которого выполнена с четырьмя от пайками, расположенными симметрично относительно среднего вывода, образующего один выходной вывод преобразователя. Крайние и промежуточные выводы соединены через управляемые ключи переменного тока с другими выходными вывоцами преобразователя. Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора отасосительно среднего вывода PEIBHH соответственно амплитуды первой, второй и третьей ступеней выходного линейного напряжения. Подключая в определенной последовательности промежуточные выводы вторичной обмотки трансформатора к выходным выводам преобразователя, формируют два трехступенчатых линейных напряжения, что достаточно для получения трехфазной системы напряжений С 2 .

Недостатком данного решения также является недостаточная синусоидальность формы кривой выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразо&ат епъ, который содержит однофазный инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена с двумя промежуточными отводами, которые вместе с концами вторичной обмотки трансформатора соединены через ключи переменного тока с тремя выходными выводами преобразователя, и блок управления fs

Принцип построения блока управления такими преобразователями в настоящее время уже известен 2 . Он выполняется в виде последовательно связанных между собой задающего генератора, рас- пределителя импульсов, логических элементов и буферных усилителей, причем выход задающего генератора через триггер связан с управляющими входами ключей одно фазного инвертора.

Напряжения на крайних секциях трансформатора этого преобразователя равны амплитуде первой, а не средней секции - амплиТуде второй ступени выходного линейного напряжения. В зависимости от полярности напряжений на обмотках выходные выводы преобразователя подключаются к средней и одной из крайних секций. В результате на нагрузке формируется трехфазное трехступенчатое напряжение содерясащее значительный процент высших гармоник с порядковыми номерами h 11, 13, 23, 25, ..., а коэффициент гармоник этого напряжения равен 15,2%, Это приводит к увеличению потерь мощности в потребителе или к необходимости установки выходных фильтров. Последние увеличивают массу и габариты преобразователя, ухудшают его динамические показатели, симметрию фазных напряжений и могут привести к нежелательным автоколебаниям в системе преобразователь - нагрузка, Повьпианные величины напряжений, прикладываемые -к ключам переменного тока, увеличивают их установленную мошиость и снижают надежность преобразователя.

Недостатком известного преобразователя является невысокое качество выходного напряжения, значительная установленная мощность ключей переменного тока.

Цель изобретения - улучшение формы кривой выходного напряжения и уменьше- ние установленной мощности ключей переменного тока.

Поставленная цепь достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в трехфазное переменное многоступенчатой формы, сопержашем однофазный инвертор повышенной частоты, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена с двумя промежуточными отводами, которые вместе с ее концами соединены через четыре группы ключей переменного тока по три ключа в каждой соединены с тремя выходными выводами преобразователя, а также блок | управления, включающий в себя последовательно связанные между собой задаю- . щий генератор, распределитель импульсов, логические элементы и буферные усилители, причем выход задающего генератора через триггер связан с управляющими входами ключей однофазного инвертора, распределитель импульсов вьтолнен де- вятиканальным, его каналы с номерами (2 i+3)+6 (m-l) через три трехвходовых логических элемента ИЛИ связ;аны с соответствующими управляющими вхо- дами ключей первой группы, , 2, 3, i 1, 2, 3 - номер выходного вывода преобразователя, с которым связан силовой вывод данного ключа, каналы с номе рами (j -И)+6 (irv-l), (3 j -2) +6 (n.l (2j+4)+6 () связаны через девять цвухвходовых логических элементов ИЛИ связаны с управляющими входами ключей йоответственно второй, третьей, и четвертой групп, где 2; причем отсчет групп ключей производится последовательно, начиная с одной из крайних, а указанные промежуточные отводы вторичной обмотки трансформатора делят ее по числу витков в отнощении 0,653:1:0,227

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части предлагаемого преобразователя} на фиг. 2 - блок-схема системы управления преобразователем; на фиг. 3 - временные диаграммы, пояоняюшие принцип работы преобразователя.

Преобразователь содержит однофазный мостовой инвертор 1 повыщенной частоты, выполненный на ключах 2-5. Инвертор 1 нагружен на первичную обмотку трансформатора 6, выводы 7-10 вторичной обмотки которого соединены через четыре группы ключей переменного тока, содержащие в каждой группе по три ключа 11-13, 14-16, 17-19, 20-22 с тремя выходными вьшодами преобразователя А, В, С.

Блок 23 управления (фиг. 2) содержит задающий генератор 24, выход которого подключен к триггеру 25 и девятиканаль

ному распределителю 26 импульсов, выпоненному в вице кольцевой пересчетной схемы. Каналы распределителя импульсов соед1шены через логические элементы ИЛ 27-38 и через буферные усилители 39 с управляющими входами ключей 11-22 переменного тока. Причем (2i+3)+6 () каналы распределителя импульсов соединены через трехвходовые элементы ИЛИ 27-29 с управляющими входами ключей 11-14 первой группы, где ,

2,3, tn 1, 2, 3 - номер выходного вывода преобразователя, с которым связан данный ключ. Так, ключ 11 связан своим силовым выводом с первым выходным выводом преобразователя (фазой А), поэтому, полагая для него , т 1, 2

3,получаем соответственно 5, 7, 9, где Nj - номер канала распределителя импульсов, с которым связан управляющий вход данного ключа.

Ключ 12 связан со вторым выходным выводом преобразователя (фазой В), поэтому для него имеем гп 2, i 1, 2, 3, т.е. N 11, 13, 15. Так как распределитель импульсов девятиканальной кольцевой, то N 11, 13, 15 соответствует тому, что управляющий вход ключа 12 связан со 2, 4, 6-м каналами распределителя импульсов.

Ключ 13 связан с третьим выходным выводом преобразователя (фазой С), поэтому для него имеем , , 2, 3, т.е. N1 17, 19, 21, что соответствует , 1, 3.

Остальные ключи 14-22 переменного тока преобразователя связаны с каналами распределителя импульсов через цвухвходовые элементы ИЛИ ЗО-38. Причем, через элементы 30-32 каналы (j+l)+ +6 (m-l) распределителя импульсов связаны с управляющими входами ключей 1416 второй группы, через элементы 3335 каналы (3j-2) +6 (rrv-l) - с управляющими входами ключей 17-19 третьей группы, через элементы 36-38 каналы (j+4) -ИЗ (nvl -7 с управляющими входами ключей 20-22 четвертой группы, где J 1, 2. Кроме того, выходные выводы триггера 25 соединены с управляющими входами ключей 2-5 однофазного инвертора также через буферные усипители 39. В качестве ключей 2-5 однофазного инвертора могут быть использованы транзисторы или тиристоры, а в качестве ключей переменного тоjca - симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы, с псюледоватепьно включенными диодами. 10 транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов. , ций формирования трехфазного ступенчатого напряжения поясняется на фиг. 3, Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 24 формирует пооледовательность импульсов U т (фиГи 3 кот:)орью поступают на вход девятиканапь ноНо распределителя 26импульсов. На выходах распределителя формируется девять последовательностей импульсов (Цэи --риа-) Одновременно импульсы с выхода задающего генератора через триггер 25 и буферные усилители 39 поступают на управляющие входы ключей; 2-5 ( однофазного инвер- TOjja 1. Выходные импульсы соответству ющих каналов распределителя импульсов суммируются с помощью логиюских элементов ИДИ 27-38, усиливаются буферны1Йи усилителями 39 и поступают на уп{завляющие входы ключей 11-22 пере менного тока (и. Причем импул:ьсы, соответствующие графику 11, по даются на ключ 11, графику 12 - на КЛ10Ч 12 и т.д. Для получения выходного напряженш преобразователя близкого по форме к сш усоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из условия исключения гар моник, близких к основной. При этом ве личина напряжений между выводами 7 и 8, 8 и 10, 7 и 9 вторичной обмотки трансформатора, равные соответственно амплитудам первой ( U ), второй {U2) третьей ( Uj ) ступеней выходных линейньцс напряжений, должны быть равны , V-,n Uo U,«Sin4o; т-U-,.,.U 5infeO - амплитуда аппроксимирующей С1шусоиды, проходящей через серед шы горизонтальных участков ступеней. Четвертые ступени линейных напряжений формируют путем суммирования напряжений и и U2:U| U + U2 , т.е. подключением выходных выводов преобразователя и крайним выводам 7 и 10 вторичной обмотки трансформатора. Напряжения на см1ежных секциях вторичной обмотки должны быть равны: U-J ,342Uf, Лб-9 0.524(V J,,-bU2UT Ю,119и, т.е. промежуточные отво ды делят ее по числу витков в отношении 0,342:0,524:0,119 .или 0,653:1: ,-..227. 76 В результате работы однофазного инвертора 1 на обмотках трансформатора создается переменное прямоугольное напряжение. и (фиг. 3). Полупериод выходного напряжения можно разбить на 9 равных интервалов. На первом интервале замыкают ключи 13, 17, 18 переменного тока. При этом вых.одные выводы преобразователя А в В через ключи 17 и 18 подключают к выводу 9, т.е. замыкают накоротко, а вывод С через ключ 13 - к выводу 7 вторичной обмотки трансформатора. В результате формируют нулевуЮ; третью отрицательную и третью положительную ступени линейных напряжений ( Un,- ,и«я соответственно, owf L.A На втором интервале меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 6, замыкают ключи 14, 12 и 22 через которые выходные выводы А, В и С соединяют соответственно с выводами 8, 7, 10 и на выходе преобразователя формируют первую положительную, четвертую отрицательную и вторую положительные ступени линейных напряже™Й АВ%С-САПНа третьем рштервале вновь меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора и вых.одные выводы А, В и С преобразователя через замкнутые ключи 14 21, 13 соединяют соответственно с выводами 8, 10, 7 и формируют вторую положительную, четвертую отрицательную и первую положительную ступени линейных напряжений .Ug.U. На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами, и формой напряжения на обмотках трансформатора, В результате работы преобразователя на его выходе формируют четырехступенчатое с нулевым уровнем линейное напряжение, которому соответствует пятиступенчатое фазное при соединении нагрузки звездой. Подключение любой ветви схемы с по-, мощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разности потенциалов фаз в течение каждого интерн вала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с с неизменной формой кривой выходного напряжения. Использование п длагаемого преобразователя обеспечивает по сравнению с прототипом следукшие преимущества: во-первых, улучшение формы кривой вы-ходного напряжения, в которой соцержат -ся г армоники с порядковыми доме рами h 17, 19, 35, 37, ..., а коэффицие гармоник этого напряжения равен .10,1% вместо 15,2% в прототипе. Это позволя от ИСКЛЮЧИТЬ;выходные фильтры, т.е. уменьшить массу и габариты преобразователя, повысить КПД и быстродействие системы преобразователь - нагрузка, улучшить симметрию выходных напряжений преобразователя. Во-Фторых, уменьшение на :14-16% установлвннсй мощности ключей пере-, Менного тока, а следовательно, повышение надежности преобразователя, что обусловлено меньшими величинами напряжений, прикладываемых к ключам. Так, максимальные напряжения на ключах, подключенных к крайним выводам вторичных обмоток трансформатора в предпагае мом преобразователе на 26,8% ниже, чем в прототипе. В-третьих, улучшение компенсации реактивной мощности нагрузки. Критический коэффициент мошности нагрузки, до которого происходит полная компенсация реактивной мощности нагрузки между фазами, минуя источник входного постоянного напряжения, снижается цо cos 0,175 вместо cos (рЮ,265 в прото-. типе. Это позволяет уменьшить емкость конденсаторов на входе преобразователя, т.е. уменьшить его массу и габариты.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ФОРМЫ, содержащий однофазный инвег тор повышенной частоты, выходом подключенный к первичной обмотке трансфорнматора, вторичная обмотка которого выполнена с двумя промежуточными отводами, которые вместе с ее концами через четыре группы ключей переменного тока по три ключа в каждой соединены с тремя выходными вьшодами преобразователя, а также блок управления, включающий в себя последовательно связанные между собой задающий генератор, распределитель импульсов, логические элементы и буферные усилители, выход задающего генератора через триггер связан с управляющими входами ключей однофазного инвертора, отличающий - с я тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения и уменвщения установленной мощности ключей переменного тока, распределитель импульсов вьшолнен девятиканальным, его каналы с номерами

.. 5