Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное Советский патент 1985 года по МПК H02M7/539 

Ш

т

NP Изобретение относится к электроTexHHke и можег быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное. По основному авт.св. № 983945 известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, содержащий оснг-вной однофазный инвертор, выходом подключённый к первичной обмотке основного трансформатора, три вторичные обмотки которого содержат по одному промежуточному отводу и связаны между собой через три первых ключа переменного тока по схеме замкнутого треугольника, вершины которого образуют выходные выводы преобразователя, и вспомогательный однофазный инвертор, выходом подключенньш к пер вичной обмотке вспомогательного трансформатора, каждая из трех вторичных обмоток которого включена между промежуточным отводом одной из вторичных обмоток основного трансфор матора и одним из силовых выводов второго ключа переменного тока, другой силовой вывод второго ключа переменного тока соединен с той же вер шиной упомянутого треугольника, что и первьш ключ данной фазы, а между первым ключом переменного тока и вторичной обмоткой основного трансфо матора каждой фазы включена дополнительная вторичная обмотка вспомогательного трансформатора. Основной и вспомогательный инверторы и трансфор маторы работают на разных частотах и должны рассчитываться на частоты, J3 3 и 6 раз превьшающие выходную час тоту преобразователя. Напряжение вто ричных обмэток трансформаторов алгеб раически суммируются и формируется трехфазное шестИступенчатое напряжение. В выходном напряжении преобраз вателя содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами Ц 23, 25, 47 49, .., а коэффициент гармоник этого напряжения равен 7,57%. Это прив дит к увеличению потерь мощности в потребителе или необходимости установки выходных фильтров l . Недостатками данного преобразова теля являются несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, значительная масса и габариты особенно при низкой выходной частоте преобразователя. .Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов, улучшение фор)-1ы кривой выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное каждая вторичная обмотка основного трансформатора содержит дополнительно по ||, - 2 промежуточных отводов, KOTopbie через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока соединены с той же вершиной треугольника, что и другие ключи данной фазы, а параллельно каждой стороне треугольника подключена вторая ветвь, содер жащая вторичную обмотку основного трансформатора с j - промежуточными отводами, которые вместе с одг ним из концов этой обмотки объединены через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока в общую точку,причем обмотки вторых ветвей треугольника включены встречно по отношению к соответствующим обмоткам первых ветвей, где N - число элементарных ступеней в полупериоде выходного напряжения, равное или кратное 24-м. На фиг.1 показана принципиальная схема силовой части предлагаемого преобразователя, на фиг.2 - принципиальная схема системы управления преобразователем; на фиг.З - диаграммы, поясняющие принцип формирования импульсов управления ключами основного и вспомогательного инверторов; на фиг.4 - формы напряжений на обмотках основного и вспомогательного трансформаторов, диаграммыимпульсов управления ключами переменного тока, форма выходного напряжения преобразователя для случая N 24. Преобразователь (фиг.1) содержит основной и вспомогательный однофазные инве1 торы, выполненные соответ ственно на ключах 1-4 и 5-8. Выходы инверторов нагружены соо.. ветственно на первичные обмотки основного трансформатора 9 и вспомогательного трансформатора 10. Секции 11-14 вторичных обмоток основного трансформатора 9 и вторичные обмотки 15-18 вспомогательного трансформатора 10 связаны между собой через ключи переменного тока 19-30 по схеме замкнутого треугольнлка, вершины которого образуют выходные выводы А, В, С преобразователя.. В качестве ключей 1-8 однофазных инверторов могут быть использованы транзисторы или тиристоры с встречно-параллельно включенными диодами, а в качестве ключей 19-30 переменного тока - симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с последовательно включенными диодами, транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.

Блок управления преобразователем (фиг.2) содержит задающий генератор

31,выход которого подключен к 24-х канальному распределителю импульсов

32,выполненному в виде кольцевой пересчетной схемы, каналы распределителя 32 импульсов с выходом триггера 33, а также с входами логических элементов 34 и 35 12 ИЛИ и входами элементов 36-47 4 ИЛИ. Выходы послед них через блок 48 буферных усилителей связаны с управляющими входами ключей 19-30 переменного тока. Выходы элементов 34 и 35 связаны через логические элементы 49 и 50 НЕ,

51 и 52 2-2И-2ИЛИ, 53 и 54 НЕ и блок 48 буферных усилителей с управляюпу ми входагда ключей 1-4 основно-го инвертора и ключей 5-8 вспомогательног инвертора.

На фиг.З показаны диаграммы импульсов на выходе следующих элементов системы управления преобразователем: 55 -задающего генератора 31, 56-79-24-х канального кольцевого распределителя 32 импульсов; 80 логического элемента 34; 81 - элемен та 49; 82 и 83 - прямого и инверсного выходов триггера 33; 84 и 85 элементов 2И элемента 51 86 - элемента 51 (импульсы управления ключами 1 и 2 основного инвертора); 87 элемента 53 (импульсы управления ключами 3 и 4)j 88 - элемента 35 89 элемента 50, 90 и 91 - прямого и инверсного выходов триггера 33; 92 и 93 - элементов 2И элемента 52; 94 - элемента 52 (импульсы управле.ния ключами 5 и 6 вспомогательного инвертора); 95 - элемента 54 (импульсы управления ключами 7 и 8).

На фиг.4 показаны следукяцие диаграммы; 96 и 97 - формы напряжений на обмотках основного 9 и вспомогательного 10 трансформаторов; 98-109 импульсы управления ключами 19-30 переменного тока соответственно, 110форма выходного линейного напряжения Uflg преобразователя.

Рассмотрим работу преобразователя для случая N 24.

Устройство работает следуницим образом.

Задающий генератор 31 (фиг.2) формирует последовательность импульсов 55 (фиг.З), которая поступает на вход 24-х канального кольцевого распределителя 32 импульсов. .На его выходе формируются 24 последовательности импульсов 56-79. Выходные импульсы соответствзпощих каналов распределителя 32 суммируются ,с помощью элемента 34 и их результирукнцая последовательность 80 поступает на вход элемента 51 и элемента 49. С выхода последнего инверсная последовательность импульсов 81 поступает на другой вхо элемента 51. Кроме того, на два другие входа элемента 51 поступает прямой 82 и инверсный 83 сигналы с выходов триггера 33. В зависимости от состояния триггера (1 или О) на выход элемента 51 проходит прямая 84 или инверсная 85 последовательности выходных импульсов элемента 34 Результирующая выходная последовательность импульсов 86 усиливается блоком 48- буферных усилителей и поступает на управляющие входы силовых ключей 1 и 2 основного инвертора. КромеТОГО, с выхода элемента 53 инверсные сигналы 87 также усиливаются блоком 48 и поступают на управляющие входы силовых ключей 3 и 4 основного инвертора.

С помощью элементов 35, 50, 52 и 54 аналогично формируются импульсы управления 94 и 95 ключами 5, 6 и 7, 8 соответственно. Принцип их формирования поясняется с помощью диагfiaMM 88-93. В результате работы основного и вспомогательного инверторов на обмотках трансформаторов 9 и 10 создаются переменные напряжения 96 и 97 (фиг.4) соответственно.

Кроме того, выходные импульсы соответствующих каналов распределители 32 импульсов суммируются с помощью элементов , усиливаются блоком 48 буферных усилителей и-поступают на управляющие входы ключей 19-30 переменного тока (диаграммы 98-109 соответственно). Причем номера выходов блока 48 буферных усилителей сов падают с номерами ключей, к которым они подключены. Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбираются из условия исключения гармоник, близких основной. При этом а яглитуда j -и ступе ни выходного линейного напряже.ни определяется следующим образом: ) где Ч - амплит.уда аппроксимирующей ступенчатое напряжение синусоиды, проходящей через середины горизонтальных участков ступеней. Кроме того, при формировании тре фазного напряжения с N 24 для ампли туд ступеней выполняются равенства 0,Ue-U,-,, U,(J,,-,, Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней величины напряжений на секциях 11-14 вторичной обмотки основного трансформатора (UCH U(-|, и на вторичных обмотках 15-18 (11о,5 II о|в ) вспомогательного трансформатора должны быть связаны с амплитудами ступеней выходного линейного напряжения следующим образом: UcH-O.)-, Uo,5.-O.S(U4-U,) Uc,.5lUi4U3)-, Uo,,-Uj) llc,+ Uc,-0,5(, «on O-SlUe-Uj) .5( ,,-Ub) Полупериод выходного напряжения преобразователя можно разбить на 24 равных интервала (элементарные ступени). На первом интервале замыкают ключи 19 и 29 (диаграммы 98, 108, фиг.4)о При зтом через ключ 19 межд выходными вьшодами А и В преобразователя прикладывается -разность напряжений секции 11 и обмотки 15 фазы А, равная D|ieUc,,-Uo,5-0.5(u,+U4)-a5lU4-U,)lli , между выводами С и А через ключ 29 сумма напряжений секций 11 и 13 и о - - могкй 17 фазы С ,-,-0,5()tQ5(U8-tl5 U 1 межцу вьшодами В и С Uec -(,)-(U,4ll8b-U, .В результате формируются первая, положительная,девятая отрицательная и восьмая положительная ступени линейных напряжений U лв БС i гя соответственно. На втором интервале меняется полярность напряжений 96 и 97 на обмотках основного и вспомогательного трансформаторов 9 и 10, замыкаются ключи 20 и 30j между выводами А и В прикладывается разность напряжения г секции 12 и обмотки 16 фазы А JAe ,b-0,5(U,+U,l-a5(U3-Uj)cU 2, между вьшодами С и А сумма напряжений секций 12 и 14 и обмотки 18 фазы С Ucri ca UcH+Uo,.5(,l40i6tU,-U,bU., I , , , а между вьшодами В и С Uec -(,,b-U,, Toe. формируются вторая положительная, десятая отрицательная и седьмая положительная ступени напряжений Ifte, вс. сл . На третьем интервале вновь меняется полярность напряжений на обмотках вспомогательного трансформатора 10, а замкнутьми остаются те же ключи, поэтому выходные линейные напряжения становятся равными I A8-Ua7 Uo(.5(U,U,V0.5(Ui-U, l cA«c« UcH-Uo..5(Ub+U,)-0,5(U, UBc 4Ufte Uc,)--{U,4Uj-U,, При этом формируются третья положительная, одиннадцатая отрицательная и шестая положительная ступени линейных напряжений. На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с формами напряжений на обмотках трянсформаторов 9 и 10 и диаграммами импульсов управления силовыми ключами преобразователя. В результате работы преобразователя на его выходе формируется j,о/ ступенчатое напряжение II и. При формировании выходного напряжения преобразователя с другим числом ступеней в полупериоде из ряда К 241, первые три обмотки основного трансфор матора содержат по /| - 2 дополнительных отводов по сравнению с прото типом, а три вновь введенные его обмотки содержат ,- промежуточ ных отводов, которые через дополнительно введенные вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока соединены с выходным выводо1м данной фазы, где i 1,2,3,..., Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обес печивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянст во разности потенциалов фаз ч течени каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения. Описанный преобразователь по сравнению с прототипом имеет меньшую массу и габариты, так как, например, при К 24 основной трансформатор работает на частоте в 4 раза, а вспомогательный трансформатор в 2 раза вьппе, чем в прототипе (лри увеличении N рабочие частоты трансформаторо еще более увеличиваются), а также лучшую форму кривой выходного нап1 яжения, в которой при N 24 содержатся высшие гармолики с порядковыми номерами П 47,49,95,97, а коэффициент гармоник этого напряжения ,78% Увеличивая число отводов вторичных обмоток основного трансформатора, можно сформировать практически синусоидальное напряжение. В выходном напряжении прототипа содержатся гармоники более низкого порядка, а К|. 7,57%. Кроме того, он обладает более высоким К1Щ и быстродействием, более жесткой внешней характеристикой, лучшей симметрией выходных напряжений и независимостью их от величины и характера нагрузки, отсутствием возможных автоколебаний в системе преобразователь - нагрузка за счет исключения выходных фильтров позволяет практически полностью компенсировать реактивную мощность нагрузки при любом коэффициенте мощности, передавая ее из фазы в фазу, т.е. уменьшить емкость конденсаторов, устанавливаемь1х на входе преобразователя. Критический коэффициент мощности нагрузки, минуя источник постоянного входного напряжения, при М 24 равен 0,065 вместо 0,131 в прототипе.

) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ по авт.св. № 983945, о т личающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, улучшения формы кривой выходного напряжения, каждая вторичная обмотка основного трансформатора содержит дополнительно по N 2 промежуточных отводов, которые через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока соединены с той же вершиной треугольника, что и другие ключи данной фазы, а параллельно каждой стороне треугольника подключена вторая ветвь, содержащая вторичную обмотку основного трансформатора промежуточными отводами, которые вместе с из концов этой обмотки объединены через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока в общую точку, причем обмотки вторых ветвей треугольника в включены встречно по отношению к соответствующим обмоткам первых ветвей, где N - число элементар}в 1х ступеней в полупериоде выходного напряжения равное или кратное 24-м.

ftierit

fffl 7и }0 W

Г г л ч

25 р 26Ш