Способ формирования @ -фазной системы квазисинусоидальных напряжений Советский патент 1984 года по МПК H02P13/30 

1 1 Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в автономных системах электроснабжения для преобразования многофазного напряжения одной (стабильной или изменяющейся) частоты в многофазное регулируемое или стабилизированное по величине напряжение другой (регулируемой или стабилизированной) частоты, особенно в тех случаях, когда требуется повышенное качество выходного напряжения при ограничениях на массо-габаритные показатели системы. ; Известны способы формирования квазисинусоидального напряжения пур-ем амплитудно-импульсной модуляции многофазного переменного напряжения l и Z). Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования квазиси нусоидального напряжения, заключающийся в том, что для формирования каждой фазы квазисинусоидального напряжения осуществляют пофазную ампли тудно-импульсную модуляцию каждого из фазных напряжений синусоидальной формы основной гп-фазной системы напряжений частоты f одним из фазных напряжений прямоугольной формы с пау зой регулируемой длительности вспомогательной hn-фазной системы напряжений частоты 2 в прямой последовательности и последующее геометрическое суммирование промодулированных напряжений (суммирование в общем кон туре),т.е. каждую фазу квазисинусоидального напряжения получают путем последовательного соединения промодулированных напряжений в количестве « ЗЗ. Недостатком указанного способа является то, что для формирования только одной фазы квазисинусоидального напряжения необходимо сформировать промодулированные напряжения в количестве t« и соединить их последовательно. При этом занижается КПД реализ5пощего способ устройства; способ отличается своей громоздкостью и кроме того, от такого количества избыточных преобразований существенно ухудшаются массо-габаритные показате ли и падает надежность. Цель изобретения - повьвпение КПД, упрощение и улучшение массо-габаритных показателей за счет уменьшения необходимого количества промодулиро ванных напряжений в m раз. 02 Поставленная цель достигается тем, что согласно способу формирования квазисинусоидального напряжения, включающему операцию амплитудно-импульсной модуляции каждого из фазных напряжений синусоидальной формы основной m-фазной системы напряжений частоты , одним из фазных напряжений прямоугольной формы с паузой регулируемой длительности вспомогательной m-фазной системы напряжений частоты fj, операцию амплитудно-импульсной модуляции производят в обратной последовательности, а выхоД ную tti-фазную систему квазисинусоидальных напряжений частоты 1, формируют путем вычитания соседних промодулированных напряжений в количестве m . Так, если нулевую фазу основной системы модулируют нулевой фазой вспомогательной системы (или, что то же самое, п-ую фазу модулируют т-ой фазой), то первую фазу основной системы модулируют (т-1)-й фазой вспомогательной системы, вторую - (т-2)-й и т.д. до (т-1)-й фазы, которую модулируют первой фазой вспомогательной системы напряжений. На фиг.1 представлены диаграммы напряжений, поясняюпще способ; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие формирование фазных напряжений в нагрузке; на фиг.З - схематичная иллюстрация порядка модуляции; на фиг.4 принципиальная схема силовой части устройства; на фиг.З - диаграммы напряжений для m 5. Для упрощения доказательства возможности получения по предлагаемому способу (п-фазной системы напряжений напряжение прямоугольной формы с паузой частоты f заменяют на напряжения синусоидальной формы. Тогда фазные напряжения обеих гл-фазных систем частот и f , будут синусоидальной формы, а аналитически их можно представить в виде 23F и. U.sin (u),,). i .О, m-1, 23t ( - -- k), k 0, Ш-1, 3 где и - амплитуда фазных напряжений частоты u; 2л € ; UJi fJ(f , - напряжение i фазы частоты f V 2)е напряжение k фазы частоты f Для определенности предположим, что нулевую фазу частоты f модулируют нулевой фазой частоты f, Тогд k ra-i. В результате модуляции по лучают г -фазную систему напряжений фаза t которой имеет вид )-€- -feos(u,.u.Ji-f (1..i)fcosx K-u,,)t-(m-2ij -y-cos(u;.wJt.fcos(u;2-u,).cos(u).u где t m - 2i. Дпя определения,существуют ли дл всех 2 - 0,1п - 1 значения i и k, до статочно получить формулы подсчета значений i и k для каждого . Пусть W- четное, тогда t - четное при любом i, т.е.га-фазная система частоты f преобразуется в фазную частоты fj , при этом , t m-t ra+t 1-2 2 Пусть ш - нечетное, тогда m-2i нечетное, т.е. из формулы m-2i можно найти i только для нечетных в ,- - t i - 2 2 С целью определения значений in при чётных используют простейший тригонометрический прием и вьфажение .0{ имеет вид ug4 4h-i)-f( I (w2-u,,)t-(2m-24).|-cos( , где 2m-2i t - четный номер фазы й1-фазной системы частоты f Для чет i 2ш.;.| д- 2 Таким образом, доказана возможность получения frt -фазной системы на704пряжений для нечетных т. Для четных п выходная система напряжений вырождается в m/2-фазную. Например, при гп 3 получаем i О (3) о, k 3 (0); г 1 i 1, k 2; I 2, k 1; a при га 5 О (5) i О, k 5(0); E 1 2, k 3; 1 2 i 4, k 1; I 3 i 1, k 4; I 3, k 2. Как следует из выражения для U, линейные напряжения не будут содержать гармонику ujj -t-i, так как представляют собой разность фазных напряжений, отсюда и фазные напряжения в нагрузке не будут содержать зту гармонику. Пример 1. Для m 3 на фиг. Id,6, показаны фазные напряжения прямоугольной формы с паузой регулируемой длительности 2eL и частотой fy вспомогательной системы, которыми осуществляют модулирующее воздействие на фазные напряжения синусоидальной формы частоты f основной системы (фиг.Н,д,е напряжения 0,, Ц) в обратной последовательности согласно порядку, показанному на фиг.З: нулевую фазу основной (напряжение и) модулируют нулевой фазой вспомогательной систем; (фиг. Id), первую фазу (напряжение U2) - второй (фиг. 1 в) и вторую (напряжение U,) - первой (фиг. 1Б). В результате получают промодулированные напряжения U,Uj, U (фиг. 1l, д, е), образующие трехфазную систему и представляющие собой фактически результат перемножения соответствующих фазных напряжений основной системы с соответствующими фазными напряжениями единичной амплитуды вспомогательной систе ш. Из напряжений J,U, U посредстом соединения типа звезда полуают линейные квазисинусоидапьные апряжения (фиг. 1,5,м) частоты f улучшенным гармоническим составом по сравнению с напряжениями U ,05, Ц за счет отсутствия в них ряда синфазных гармоник. Таким образом, линейые напряжения получают в результае вычитания напряжений U,Ug, U оседних фазных При этом фазные наряжения в нагрузке (фиг. 21.,Э,е) формируются также квазисинусойдально формы и полностью совпадают с лине ными напряженимми вида фиг. 2., е (X,3,fn) по гармоническому составу. Способ может быть реализован в виде непосредственного преобразовате ля частоты, пример силовой части трехфазного варианта которого и показан на фиг.А. Выходные обмотки 1-3 источника основной трехфазной системы синусоидальных напряжений частоты f (фиг. подключены к диагоналям модуляторов с напряжениями U , Ug, U, выполненных по схеме однофазного мостового инвертора на ключах с двухсторонней проводимостью 7 - 18, содержащих диодные мосты с транзисторами в диагоналях постоянного тока. При этом на базы транзисторов ключей каждого модулятора подают управляющие сигнал прямоугольной формы без пауз с попар ным относительным сдвигом 2е(. частоты « и с фазами, соответствующими схеме на фиг.З. Тем самым реализуют модулирующее воздействие сформированной таким образом вспомогательной трехфазной системы напряжений , (фиг. 1л, 5, в). Вьгоопы с других диаг лей модуляторов с напряжениями (J, «5 ё (фиг.1) соединяют по схеме звезда. Линейные напряжения CJg, .Uj-g, и Ij- полученного соединения имеют вид фиг. 1,,й (2a,S,в), а фазные напряжения в нагрузке (нулевую фазу звезды на выход преобразователя не подают) -вид.фиг.2 г. Пример 2. Для m 5 на фиг. 5.0 показаны фазные напряжения прямоугольной формы с паузой, кото рыми осуществляют модулирующее воздействие на фазные напряжения синусоидальной формы (фиг. 5 Б напряжения 19-23) в обратной последователь ности согласно порядку, показанному на фиг.З. В результате получают промодулированные напряжения 24-28 (фиг,5 5 образунщие пятифазную систему. Из напряжений 24, 26, 28, 25 и 27 (перечислены фазы по порядку) образуют соединение типа звезда с линейными напряжениями вида фиг.З 6 (тонкой линией показаны первые гармоники) . Использование предлагаемого способа формирования W -фазной системы квазисинусоидальных напряжений обеспечивает по сравнению с известными существенное упрощение структуры формирования №-фазной системы квазисинусоидальных напряжений при незначительном снижении их качества за счет уменьшения общего количества преобразований в т раз (количество модуляторов в реализованном по предлагаемому способу устройстве сокращено в п раз, т.е. при rh 3 вместо 9 требуется 3 модулятора) и исключения операции геометрического суммирования промодулированных напряжений (реализуемой, например, с помощью трансформаторов); повышение КПД в результате исключения операции суммирования напряжений, так как при реализаций суммирования с помощью трансформаторов появляются дополнительные, рассеиваемые на них потери мощности, а когда суммирование реализуют последовательным соединением выходов модуляторов, потери мощности возрастают из-за того, что ток нагрузки последовательно проходит через ключевые элементы m модуляторов; улучшение массо-габаритных показателей за счет сокращения количества промодулированных напряжений, для получения каждого из которых требуется дополнительное устройство, например модулятор, и особенно за счет исключения операции суммирования напряжений, если ее реализуют с помощью трансформаторов, имеющих значительные массу и габариты, особенно при работе на низких и инфранизких частотах; повышение надежности в результате существенного упрощения структуры формирования hi-фазной системы квазисинусоидальных напряжений. Однако при этом по качеству выходного напря;жения предлагаемый способ несколько уступает известным, особенно, когда пауза 2otиспользуется для регулирования величины выходного напряжения. Кроме того, так как оптимальное значение паузы в предлагаемом способе больше, чем в известных (например, при т 3 эти значения для предлагаемого способа -. 2сС J/3 и для прототипа - 2оС J/6), установленная мощность выходных трансформаторов источника синусоидальных напряжений частоты f несколько вьщ1е, а значит и вентильная прочность полупроводниковых элементов после исключения их последоваTenbHoro соединения согласно предлагаемому способу должна быть большей и возрасти в m раз.

Н

Ч

гCJf

tr

;Г

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ tn-ФАЗНОЙ СИСТЕМЫ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, включающий амплитудно-импульсную модуляцию калсдого из фазных напряжений синусоидальной формы основной т-фазной системы напряжений частоты f одним из фазных напряжений прямоугольной формы с паузой регулируемой длительности вспомогательной т-фазной системы напряжений частоты f отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, упрощения и улучшения массо-габаритных показателей за счет уменьшения необходимого количества промодулированньгх напряжений в m раз, операцию амплитудно-импульсной модуляции производят в обратной последовательности, a выходную т-фазную систему квазисинусоидальных напряжений частоты i I Формируют путем вычитания соседних промрдулированных напряжений в количестве tv .

m-S

Bfm)

иг,3

А 0

В ЧЭ

1

ФигЛ

I

II

I

iI

I

1I

II

T

II

«

I

I

II

1I

i.S