Способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное Советский патент 1984 года по МПК H02P13/18 H02M7/48 

У«

эо а: ел

4

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропита ния и электропривода для получения переменного напряжения, квазисинусоидальной формы при улучшенном качестве электроэнергии. Известен способ преобразования постоянного напряжения в переменное заключающийся в преобразовании постоянного напряжения в однофазное переменное напряжение повьвиенной частоты, трансформации его и преобразовании в переменное напряжение заданной частоты с помощью непосредственного преобразователя частоты, выполненного на ключах с двухсторонней проводимостью l . Недостатком такого решения является низкое качество кривой выходного напряжения за счет большой . амплитуды пульсаций. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ преобразования, заклкгчахщийс в том, что постоянное напряжение преобразуют в многофазное (например в трехфазное) напряжение повшвенной частоты, трансформируют его и преобразуют в переменное напряжение зг данной частоты с помсвдью ключей с двухсторонней проводи юстью 2 . Увеличение числа фаз несущей приводит к увеличению частоты пульсаций в кривой выходного напряжения однако oc oвнoй недостаток - больша амплитуда пульсаций-сохраняется. Кроме того, область применения прототипа ограничена, так как реализация способа возможна только на полностью управляемых ключах. Г . Цель изобретения - улучшение качества преобразования электроэнер гии и расширение области применения Поставленная цель достигается тем, что согласно способу преобразо вания постоянного напряжения в квазисинусоидальное, заключающемуся в преобразовании постоянного напряжения в многофазное переменное напр жение повышенной частоты, трансформации его и преобразовании в напряжение заданной частоты путем циклического подключения каждой из фаз напряжения повышенной частоты- к вы ходным зажимам преобразователя с помощью ключей с двухсторонней проводимостью на вторичной стороне трансформаторного узла формируют симметричную четырехфазную систему напряжений, имеющих в каждом полупериоде паузу длительностью 90 эл.град. На фиг. 1 изображены диаграммы, поясняющие получение напряжения по известному способу;на фиг. 2 то же,по предлагаемому сопособу; на . 3 - пример схемы реализации , предлагаемого способа; на фиг. 4 - диаграммы работы преобразователя (ё.) и блок-схема канала управления (6). Согласно фиг. 1,участки кривой напряжения низкой частоты UH при различных углах управления получают на выходе непосредственного преобразователя при питании его ttecytteK UH прямоугольной формы. Наличие индуктивности в цепи нагрузки приводит к появлению в кривой выходного напряжения импульсов противоположной полярности на участках, соответствукицих времени сдвига отпирания очередного ключа преобразователя относительно начала полупериода несущей, что и определяет большую амплитуду пульсаций. Увеличение числа фаз несущей не приводит к уменьшению амплитуды пульсаций. СЬгласио фиг. 2 участки кривой напряженияи ц при различных углах управления получают при питании непосредственного преобразователя несущей, сформированной по предлагаемому способу. Как видно, несущая формируется в виде симметричной четырехфазной системы напряжений (напряжения, сдвинутые на 180 эл.град. относительно изображенных, не показаны) , сдвинутых между собой на 90 эл.град. и имекнцих в каждом полупериоде паузу длительностью 90 эл. град. Это обеспечивает во всем диапазоне углов управления появление пауз в кривой на выходе вместо импульсов противоположной полярности, что приводит к уменьшению вдвое амплитуды пульсаций, т.е. улучшению качества кривой на выходе. Схема (фиг.З) включает ключи инвертора 1-8, трансформаторы инвертора 9 и 10 и ключи с двухсторонней проводимое тькг 11-12. Преобразование постоянного напряжения в напряжение повьввенной частоты осуществляется инвертором, выполненным на ключах 1-8 в виде двух мостов. В качестве ключей 1-8 могут быть использованы шунтированные обратными диодами транзисторы или тиристоры с узлами принудительной коммутации. В каждом мосту переключение ключей одной стойки 1 и 2 (5 и 6) осуществляется синфазно (т.е. обе стойки могут быть заменены одной), а переключение ключей другой стойки в одном мосту (3 и 4) осуществляется с опережением на 90 эл.град.,в другом (7 и 8) - с отставанием.В результате на первичных обмотках трансформаторов 9 и 10 образуются одинаковые по форме

и сдвинутые на 90 эл.град. напряжения (фиг.2).

Полученные напряжения трансформируются и образуют на вторичных обмотках трансформаторов 9 и 10 си ««етричную четырехфазную систему напряжений, которая преобразуется в трехфазную систему заданной частоты с помощью ключей с двухсторонней проводимостью 11-12, образующих непосредственный преобразователь частоты по четырехпульсной нулевой схеме с трехфазным выходом.

При реализации предлагаемого спосова ключи 11-22 могут быть либо полностью управляемые (транзисторы с диодами), либо неполностью управляемые (тиристоры), так как при выбранной форме кривых фазных напряже11ий повьаненной частоты линейные напряжения, являк иеся коммутирунщими дпя каждого ключа, имеют прямоугольную форму без паузы, что позволяет KONwyTHpoBaTb ключи без дополнительных устройств коммутации во всем диапазоне отстежвцих углов управления.

Изменение (модуляция) углов управления ключей 11-22 может осуществляться по любому требуемому закону С одновременным регулированием глубины модуляции при необходимости регулирования выходного напряжения.

Управление преобразователем, выполненным по предлагаемому способу, осуществляется известными системами управления.

Блок-схема одного канала такой (фиг.4) включает устройство синхронизации (УС) 23, связывающее капая управления с питающей сетью; формирователь (Ф) 24 опорного сигна яа пилообразной задающий геиратор (ЗГ) 25 низкой частоты, компаратор (К) 26, формирующий сигнагал в .«эмеиты равенства опорного сигнала и сигнала ЗГ, формирователь импульсов (ФИ) 27, вырабатывающий сигнал заданной длительности, логическое устройство (ЛУ) 28, обеспечй при раздельном управлении снятие и подачу импульсов, датчик состояния вентилей (ДСВ) 29, выходное устройство (ВУ) 30, формирующее сигналы с заданными параметрами для подачи в цепь управляющего электрод вентиля.

Согласно фиг. 4,фазные напряжени . Ч, - и ч на вторичных обмотках трансформаторного узла отпирают импульсы (заштрихованы) ключей 11-14 и формируют одну фазу выходного напряжения и фазное напряжение на выходе Иф (Ьф) при трапецеидальном сигнал ЭГ. Если ключи являются полностью управляемыми, импульсы управления для них могут фоЕ 1ироваться двояко (один вариант показан .над осью, другсЛ - под осью). Соответственно этим вариантам фазные напряжения обозначены Цф и Uq,. Бели ключи являются неполностью управляемыми (встречно-параллельно включенные тиристоры,,формируются обе системы импульсов, но подача их на тиристоры осуществляется в зависимости от направления тока (при раздельном управлении). При согласованном управлении пря11ше и обратные группы тиристоров объединяются через реакторы, а импульсы подаются на все тиристоры. За счет выравнивания с помо1цью реакторов мгновенных значе.ний напряжений и Оф обеих групп кривая выходного напряжения, как известно, еще более улучшается.

1

Построение моментов возникновени

импульсов показано для одного ключа Моменты окончания импульсов формируются в момент возникновения импульса в очередном канале. Ключи других фаз непосредственного преобразователя работают при том же сигнале ЗГ, сдвинутом на 120 эл.град. в ту или иную сторону.

Приведенный пример преобразователя с трехфазным выходом позволяет исключить пульсации активной мсядности и потребление реактивной мощности с удвоенной выходной частотой, что свойственно преобразователям такого же типа с однофазным выходом

Использование предлагаемого способа позволяет улучшить качество преобразования электроэнергии за счет уменьшения амплитуды пульсацир в кривой выходного напряжения, что приводит к уменьшению затрат на его фильтрацию, а также позволяет pacmHpHtb область применения за сче использования ключей с неполной управляемостью, (тиристоров) , что дает возможность выполнения преобразователей, реализирующих способ, на более широкий диапазон мощносте

rv

Т

11

п

15

19 20

r±

лес

иг,3 Lr U U 10 П П nmrrm

a П П nnnnnrrmnn n 11

4

a

linjUULJIJLR. leUUUUULJLlL U LJ nnn n n

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ, заключающийся в преобразовании постоянного напряжения, в многофазное переменное напряжение повьвивнной частоты, трансформации его и преобразовании в напряжение заданной частоты путем циклического подключения каждой из фаз напряжения повышенной частоты в порядке их чередования к вЕа1хсщным тюбдам преобразователя с помоЕЦью ключей с двухсторонней проводимостью, отличающийся тем, что, с целыо улучшения качества преобразованной электроэнергии и расширения области применения, на вторичной стороне трансформатор- Иого узла форъщруют симметричную (Л четырехфазную систему напряжений, имеющих в каждом полупериоде паузу длительностью 90 эл. град.