Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное Советский патент 1984 года по МПК H02M7/48 

1 Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное. По основному авт.св. № 970607 известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий основной однофазный инвер тор с выходным трансформатором, сред няя точка вторичной обмотки которого образует один выходной вьгоод преобразователя, а крайние выводы трансформатора через первый и второй упра ляемые ключи переменного тока подклю чены к двум другим его выходным выво дам, третий четвертый управляемые ключи переменного тока, дополнительный однофазный инвертор с двумя выходными обмотками выходного трансфор матора, которые одним из выводов подключены к отводам от средних точе полуобмоток вторичной обмотки трансформатора основного инвертора, а другие выводы через третий и четвертый управляемые ключи переменного тока - к соответствующему выходному выводу противоположного плеча, при этом число витков одной секции вторичной обмотки основного трансформатора и вторичной обмотки дополнитель ного трансформатора выбирают из соот ношения 2:1. Основной и вспомогатель ный инверторы и трансформаторы работают на разных частотах и должны рас считываться на частоты, в 3 и 5 раз превышающие выходную частоту преобразователя. Напряжения вторичных оБмоток трансформаторов алгебраически суммируются и формируется трехфазное четьфехступенчатое напряжение l Недостатком известного преобразователя является большая масса и габариты особенно при низкой выходной частоте преобразователя. Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов преобразователя. Поставленная цель достигается тем что в преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное введены четыре ключа переменного тока и две вторичные обмотки дополнительного трансформатора, причем каждый крайний вывод вторичной обмотки основного трансформатора дополнитель но связан через ключ переменного ток 102 с выходными выводами преобразователя противоположного плеча, а промежуточный вывод каждой полуобмотки подключен через вторичную обмотку дополнительного трансформатора и ключ переменного тока к выходному выводу преобразователя данного плеча. На фиг. 1 показана электрическая принципиальная схема предлагаемого преобразователя на фиг. 2 - блоксхема блока управления преобразователя; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства, на фиг. 4 таблица истинности состояния запоминающего устройства. Преобразователь (фиг. 1) содержит основной 1 и вспомогательный 2 однофазные инверторы, выполненные соответст венно на ключах 3-6 и 7-10. Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки основного 11 и вспомогательного 12 трансформаторов. Вторичная обмотка основного трансформатора IIсодержит средний вывод 13, который непосредственно связан с вторым выходным выводом преобразователя (фазой В). Первая полуобмотка содержит первый крайний 14 и промежуточный 15 выводы, а вторая полуобмоткапромежуточный вывод 16 и второй крайний 17, которые вместе со средним выводом 13 делят вторичную обмотку основного трансформатора на четыре равные секции 18-21. К промежуточным выводам 15 и 16 подключены одними концами вторичные обмотки 22-25 вспомогательного трансформатора 12, вторые концы которых вместе с концами 14 и 17 вторичной обмотки основного трансформатора 11 соединены через ключи 26-29 переменного тока с первым выходным вьшодом преобразователя (фазой А) и через ключи 30-33 с/третьим выходным выводом (фазой С). Блок управления преобразователем (фиг. 2) содержит задающий генератор 34, выход которого связан через триггер 35 и блок 36 буферных усилителей с управляющими входами ключей 3-6 основного инвертора 1. Кроме того, выход задающего генератора 34 подключен через дeлитJeль 37 частоты к входу двоичного счетчика 38, выходы которого соединены с адресными вхоами программируемого постоянного запоминающего устройства 39, имеющего шесть выходов 40-45. Последние ерез логические элементы НЕ 46-51,

2-2И-2ИЛИ 52 и 53, 3-ЗИ-2ИЛИ 54-57, НЕ 58-63 и 2И 6А-67 связаны с входами блока 36 буферных усилителей, выходы которых подключены к управляющим входам ключей 7-10.вспомогательного инвертора и ключей 26-33 переменного тока. Причем номера выходов блока 36 буферных усилителей соответствуют номерам ключей, к управляющим входам которых подключены данные выходы.

В качестве ключей 3-10 .однофазных инверторов могут быть использованы транзисторы или тиристоры с обратными диодами, а в качестве ключей 26-33 переменного тока - симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с последовательно включенными диодами, транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.

На фиг, 3 диаграммы представляют формы импульсов на выходах следующих элементов: 68 - задающего генератора 69 и 70 - триггера 35 (прямой и инвареные сигналы, которые являются управляющими для ключей 3-6 соответственно) ; 71 - основного трансформатора 11, 72 - делителя частоты 37; 73-76 - элементов 52, 58, 53 и 59 (импульсы управления ключами 7, 10, 8, 9 соответственно); 77 - вспомогательного трансформатора 12; 78-85 элементов 54,64, 55, 65, 56, 66, 57, 67 (импульсы управления ключами 2633 соответственно), 86 - преобразователя (выходное линейное напряжение

)Устройство работает следующим образом.

Дпя улучшения формы кривой выходного напряжения в преобразователе осуществляется амплитудно-импульсная модуляция выходного напряжения, а дл для уменьшения массы и габаритов .трансформаторов - преобразование постоянного напряжения в переменное на высокой промежуточной частоте.

Задающий генератор 34 (фиг. 2) формирует посоедовательность импульсов 68 (фиг. 3), которая поступает на вход триггера 35. Сигналы 69 и 70 прямого и Инверсного выходов триггера 35 усиливаются блоком 35 буферных усилителей и поступают соответственно на управляющие входы ключей 3-6 инвертора 1. Кроме того, частота задающего генератора 34 делится делителем 37 и поступает на вход двоичного счетчика 38 с коэффициентом пересчета равньм, например, 18.

С выходов счетчика 38 сигналы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 39, логические состояния выходов 40-45 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице (фиг. 4). Они разрешают или запрещают прохождение сигналов 69 и 70 с прямого и инверсного выходов триггера 35 на входы блока 36. Причем уровень логического нуля на входе блока 36 обеспечивает закрытое состояние силового ключа, а уровень логической единицы - открытое. В результате формируются необходимые последовательности импульсов для управ ления силовыми ключами 7-10 вспомогательного инвертора 2 и ключами 2633 переменного тока преобразователя. Прлупериод выходного напряжения 86 преобразователя можно .разбить на 9 равных интервалов.

На первом интервале в соответствии с таблицей логические состояния выходов 40-45 элемента 39 соответственно имеют следующие значения 111110. При этом с выходов 40-43 сигналы логической единицы поступают на входы элементов 52-54, разрешая прохождение импульсов 69 с прямого выхода триггера 35 на входы блока 36. Выходные сигналы 73, 75, 78 элементов 52-54 усиливаются блоком 36 и поступают на управляющие входы силовых ключей 7, 8 и 26. Кроме того, эти импульсы инвертируются элементами 58-60, выходные сигналы 74, 76 и 79 которых поступают через блок 36 на управляющие входы ключей 10, 9 и 27 соответственно. С выхода 43 элемента 39 сигнал логической единиц инвертируется элементом 49 и запирает элементы 55 и 65, запрещая прохождение импульсов 80 и 81 на управляющие входы ключей 28 и 29. С выхода 45 сигнал логического нуля поступает на входы элементов 51, 56 и 66. При этом элементы 56 и 66 запираются, и прекращается прохождение импульсов . 82 и 83 на .управляющие входы ключей 30 и 31. Выходной сигнал элемента 51 соответствующий уровню логической единицы, отпирает элементы 57 и 67, r обеспечивая прохождение импульсов с 51 прямого выхода триггера 35 через эле ,мент 57 на один из входов блока 36. Выходной сигнал 84 элемента 57 посту пает через блок 36 на управляющий вход ключа 32 и через инвертор 63 на вход элемента 67. Выходной сигнал 85 этого элемента усиливается блоком 36 и поступает на управляющий вход ключа 33. На следующих интервалах форми рование импульсов управления силовыми ключами преобразователи происходит аналогично в соответствий с диа раммами 68-86 (фиг; 3) и таблицей истинности (фиг. 4) состояния элемен та 39. В результате работы инверторов 1 и 2 на обмотках трансформаторов 11 и 12 формируются напряжения 71 и 77. Форма выходного линейного напряже ния 86 преобразователя представлена на фиг. 3. Она характеризуется постоянной разностью амплитуд двух смеж ных ступеней и длительностью средней ступени равной . Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней напряжения на секциях 1821 ( Ojjig - Upn ) вторичной обмотки основного трансформатора и на вторич ных обмотках 22-25 (UAJ 025 вспо могательного трансформатора 12 должны быть связаны с амплитудами ступеней выходного линейного напряжения преобразователя (11 -U ,фиг. 3) следующим образом ,., Ог2-- 053 4 0С 5 1 Кроме того, следует учесть,что для амплитуд ступеней выполняются следующие равенства U,tUi U2,U,4U,j-tl3,U2 + U2--(J4В соответствии с принятым коэффициентом деления делителя 37, равным 4, интервал каждой ступени выходного напряжения преобразователя можно разделить на 4 подинтервала, соотвёт ствующих полупериоду работы трансфор маторов 11 и 12. На первом подинтервале первого ин тервала замыкают ключи 26 и 32 переменного тока (диаграммы 78 и 84, фиг. 3). При этом через замкнутый ключ 26 к выходным выводам А и В преобразователя прикладывается разность напряжений секции 20 и обмотки 23, равная UAb-Uc2o Uo23 U2-U, U,, 06 к выводам В и С через ключ 32 сумма напряжений секций 20 и 21 ((,, к выводам С и А UcA - LI e UBcb-(UrU4)U3. На втором подинтервале первого интервала меняется полярность напряжений на обмотках основного и вспомога.тельного трансформаторов (диаграммы 71 и 77), замыкают ключи 27 и 33. К выводам А и В прикладываете разность напряжений секции 19 и обмотки 22 A6 U,,-Uoa2 Ua-U,.U, к выводам В и .С сумма напряжений сек ций 18 и 19 UBc 4bc,(.,(U.i U2b-U4, к выводам С и А исА-- лв иесЬ-(, т.е. величины линейных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале работа ключей повторяется для нечетных и четных подинтервалов соответственно и формируются первая положительная, четвертая отрицательная и третья положительная ступени линейных напряжений Уда , UQ и соответственно. Ка первом подинтервале второго интервала вновь замыкаются ключи 26 и 32, но напряжение 77 на вторичных обмотках вспомогательного трансформа тора 12 отсутствует в течение всего интервала. Через ключ 26 к вьшодам А и Б прикладывается напряжение секции 20, равное к выводам В и С через ключ 32 - сумма напряжений секций 20 и 21, к вы- . водам С и А l cA - Ufte Ugcl-lUrUO-Uj. На втором подинтервале второго интер- вала замыкают ключи 27 и 33. К выводам А и В прикладывается напряжение секции 19, равное AB Uciq--U,, К выводам В и С - сумма напряжения секций 18 и 19 ,,)-(a2 + ,

к выводам С и А cr-4U g+Ugcl 4U,-U4)-Ui.

в дальнейшем на втором интервале работа преобразователя повторяется для нечетных и четных подинтервалов соответственно, и формируются вторая положительная, четвертая отрицательная и вторая положительная ступени линейных напряжений U , U о и Uj;, На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично в соответствии с диаграммами импульсов управления ключами и формами напряжений на обмотках трансформаторов 11 и 12. В результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное четырехступенчатое напряжение 86.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянст:Во разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения. Регулирование выходной частоты преобразователя может осуществляться изменением коэффициента деления делителя 37 при постоянной частоте работы инверторов 1 и 2 и трансформаторов 11 и 12, что благоприятно сказывается на массогабаритные показатели преобразователя.

Предлагаемый преобразователь имеет меньщую массу и габариты по сравнению с известным, так как трансформатор, последнего работают на частотах, в 3 и 6 раз превьппающнх выходную частоту преобразователя, а трансформаторы предлагаемого устройства на любой высокой частоте. Расчеты показывают, что при выходной частоте преобразователя ниже 25 Гц трансформаторы предлагаемого преобразователя имеют в 3 и более раз меньше массу и габариты.

Фиг.2

ЙППППППППППППППППППППППППППППППППППП

пппппппппппппппппппппппппппппппппппп

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ по авт.св. № 970607, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, в него введены четьфе ключа переменноготока и две вторичные обмотки дополнительного трансформатора, причем каждый крайний вывод вторичной обмотки основного трансформатора дополнительноi связан через ключ переменного тока с выходными вьтодами преобразователя противоположного плеча, а промежуточный вывод каждой полуобмотки подключен через вторичную обмотку дополни тельного трансформатора и ключ переменного тока к выходному выводу . преобразователя данного плеча. W

I I I I I I I 1 I I I i 1 I 1 1 i 1

7jhnnn ППППП ППППППППППП ППППП ППППППП

ППППП ППППППП ППППППППП ППППППП ПППП

7ЛП ППППП ППППППППППП ППППП ППППППППП

ППППП ППППППППП ППППППП ППППППППП ПП

77

пппппп пппппп

у ТППППП ППППППППППП пппппп пппппп пппппп пппппп ППППППППППП

лппппп

пппппп

85

t/4

ГГ,. V,

jL

ш

66

1 2 J 45 интербалы

пппппп

пппппп

пппппп

1(Г

П 12 13 Г4 15 Г6 17

Фt/t. пппппп пппппп пшшпа ППППППППППП пппппп пппппп