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

05 СО

ю

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение со ступенчатой квазисинусоидальной формой кривой.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов.

На фиг. 1 представлена схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений на первичных обмотках трансформаторов, а также напряжения управления ключей переменного тока и форма выходного напряжения в фазе АВ; на фиг. 3- схема логического блока; на фиг. 4 - временные диаграммы выходных напряжений логического блока; на фиг. 5 - преобразовательная ячейка.

Преобразователь (фиг. 1) содержит основной инвертор 1, состояш,ий из п преобразовательных ячеек (ПЯ) 2, и ш вспомогательных инверторов 3, блок 4 управления содержит задающий генератор (ЗГ), выходы которого соединены с входами логического блока (ЛБ). Выходы последнего связаны с соответствующими управляющими входами преобразовательных ячеек вспомогательных инверторов и ключей переменного тока. Выходы ячеек соединены соответственно с первичными обмотками трансформаторов 5-8, согласно включенные вторичные обмотки 9 и 10 фазы АВ и 11 и 12, фазы ВС трансформаторов ПЯ, соединенные последовательно с вторичными обмотками 13 и 14 фазы АВ и 15 и 16 фазы ВС дополнительных трансформаторов, образующие вторую ветвь фаз и первую ветвь, состоящую соответственно из последовательно включенных вторичных обмоток 17 и 18, 19 и 20, которые с одного конца соединены в открытый треугольник, являющийся выходом преобразователя непосредственно, а с другого конца - через ключи переменного тока (КПТ) 21 и 22, 23 и 24 соответственно.

Логический блок (фиг. 3) содержит универсальный сдвигающий регистр 25, выходы которого соединены с соответствующими входами элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ 26 и счетчика 27 импульсов. Выходы последнего соединены с входами дещифратора 28, одни выходы которого через первый, второй, третий, четвертый элементы ЗИ-НЕ 29-32, первый, второй элементы 6И-НЕ 33 и 34 и первый и второй элементы 4И-НЕ 35 и 36 непосредственно и дополнительно через первый, второй элементы НЕ 37 и 38 подключены к соответствующим управляющим входам преобразовательных ячеек и ключей переменного тока, а другие выходы через третий элемент 6И-НЕ 39 непосредственно и дополнительно через последовательно соединенный с ним элемент НЕ 40 подключены

к соответствующим входа.м логического элемента 26, выходы которого через элементы НЕ 41 и 42 соединены с управляющими входами инверторов.

Инверторы и преобразовательные ячейки выполняются по известным схемам двухтактных регулируемых преобразователей, например, по схеме на фиг. 5.

Преобразователь работает следующим образом.

Работу устройства расс.мотрим на примере преобразователя, в которо.м п 2, . Однофазные инверторы 2 и 3 синхронизированы и создается переменное напряжение вида U-rps, Uipj, UTPT (фиг. 2). КПТ управляются импульсным напряжением Uy (фиг. 2). Выходное квазисинусоидальное напряжение формируется из напряжений вторичных обмоток трансформаторов в виде равносторонней трапеции. Амплитуда ступенек выбирается равной, а длительность ступенек с первой по щестую вк-тючительно равна ./18 (fl3N). Длительность верхнего основания трапеции равна 5Р/3 эл. град. Кривая такого напряжения имеет коэффициент гармоник 6,61%.

Логический блок работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы с выхода задающего генератора (ЗГ) поступают на синхронизирующие входы С1 и С2 универсального сдвигающего регистра. Регистр выполняет функцию счетчика на 3 и создание на выходах второго, третьего и четвертого разрядов 2,4 и 8 напряжения вида , 042, U25/4 (фиг. 4), поступающие соответственно на коммутирующие и щунтирующий транзисторы вспомогательного инвертора. С выходов 2 и 8 сдвигающего регистра сигналы поступают на схему 2-2И-2ИЛИ-НЕ, а с выхода 2 еще и на вход С1 счетчика-делителя. Двоичный код с выходов 1,2,4 и 8 счетчика поступает на соответствующие входы дещифратора.

В соответствии с алгоритмом работы импульсы с выходов дещифратора поступают на входы элементов И-НЕ (29-36 и 39). Сигналы на выходах этих элементов и.меют вид UM (фиг. 4), из которых и Ujo Uji и Usa предназначены для управления коммутирующих транзисторов соответственно первой и второй преобразовательных ячеек, а Uj и Uj - щунтирующих транзисторов этих ячеек, и Uv для первого элемента 4И-НЕ, для второго элемента 4И-НЕ (фиг. 2). Сигналы Уул и Uyji (фиг. 2) формируются из сигналов Uyjj и Uy« элементами НЕ 37 и 38. Третий элемент 6И-НЕ 39 и элемент НЕ 40 предназначены для выработки сигналов, по которым последовательность импульсов на выходах второго и четвертого разрядов универсального регистра изменяется на обратную. До момента 2f/3 выходного напряжения преобразователя присутствует сигнал «1 на выходе 39, а на выходе 40 - сигнал «О. Импульсы с выходов второго и четвертого разрядов проходят через схему 2-2И-2ИЛИ-НЕ соответственно на элементы НЕ 41 и 42, и далее к инвертору 3. Форма этих импульсов Vii и показана на фиг. 4. В момент времени на выходе элемента 39 появляется «О, а на выходе элемента 40 - «1. По этому сигналу импульсы с выхода второго разряда регистра 25 поступают на элемент 42, а импульсы с выхода четвертого разряда регистра поступают на элемент 41 и далее к инвертору 3. Последовательность импульсов и41 и U42 в момент (фиг. 2) меняется на обратную повторно.

Таким образом, на выходах инверторов и преобразовательных ячеек создается напряжение, соответствующее UTPS , U-ips и Vtfr (фиг. 2).

В задачу генератора прямоугольных импульсов входит формирование импульсов с частотой, превышающей частоту выходного напряжения преобразователя в 36 раз. Для выполнения логики работы сдвигающего регистра на информационные входы Д1, Д2 и Д4 подан уровень логического «О, а на вход первого разряда Y1 и информационный вход ДЗ подан уровень логической «1. На установочные входы счетчика-делителя и разрешающие входы дешифратора подан уровень логического «О.

Для уменьшения коэффициента гармоник выходного напряжения рекомендуются следуюп1,ие соотношения. Коэффициенты трансформации по вторичным обмоткам основных трансформаторов первой ветви фаз

(KiABh КЛАВГ , KnAgi, К/вс1, Кгвс/. Knsci. а также коэффициенты трансформации j-ro трансформатора второй ветви фазы АВ (KjASa и обмотка (n+l-j)-ro трансформатора второй ветви фазы ВС (K(n+i-j)g )соответственно равны между собой и совместно с коэффициентом трансформации i-ro вспомогательного трансформатора (KtBcn) выбираются из соотношений

Kmecti N(n-3 ; K(rn-i)Bcn 2Ktnetn - 1; K(tn-)Bcn ЗК(т-йв«л-1; ) - 1; K|BM 3K|Btn - 1; Кгбсг

3Ki&« - 1;

K(eca 3K(j-i)(ita - 1; KflBcj ЗК(н-1)всг

KjA6, K«,(N-M),

где Я п-3 -число ступенек на шестой части периода выходного напряжения;

П1,н -число соответственно вспомогательных инверторов и преобразовательных ячеек основного инвертора;

i 1,2,5j-..,rri-порядковый номер вспомогательного инвертора;

,2,5,...,п-порядковый номер преобразовательных ячеек основного инвертора.

Коэффициенты трансформации по вто5 ричным обмоткам трансформаторов преобразователя при п 2, равны

Krecj 2;

KfAte 5; KiABi ;

При этом напряжение на вторичны.х обQ мотках Loi с амплитудами ступенек Uj, величина которых отсчитывается от оси абсцисс (фиг. 2) связано следующим образом; UE; Uoio Uoii U5, )oi Ur;

Uoli Uol5 Uf .

5 Остальные ступеньки образуются за счет сложения или вычитания напряжений вторичных обмоток. Так, УЗ UQJV Ur Uojo- UQU, Us Lfxe + LJoi3.

В преобразователе полупериод выходQ ного напряжения разбит на три равных интервала. На первом интервале замыкаются ключи 21 и 23. При этом UAB Uog+Uoio Uoij; Uet - (Uou+Lj ni+ + UOI5);

UAC - (иле +UBC).

5 Ha втором интервале замыкаются ключи 22 и 23 и UAB - (Uoj +Uoa), Ubc - (Uoa +Uoi2 + Uoi5), UAB - (м+ + UPC).

Ha третьем интервале замыкаются ключи 21 и 24 и UXB Uo3 +Uoio - Uoj3 , Use - (Uo9+Uo2o), UAC - (UAB -fUee)B следующий полупериод выходного напряжения работа преобразователя осуществляется аналогично описанному в соответствии с временными диаграммами 5 (фиг. 2).

В предлагаемом преобразователе трансформаторы ПЯ работают с тройной частотой выходного напряжения (3 f), а их коэффициент расчетной мощности КОСН.Р

VVn Первый вспомогательный трансформатор работает на частоте 3nf, а частота каждого последующего вспомогательного трансформатора, как и в известном устройстве, в три раза больше частоты предыдущего трансформатора, при этом их KJTP 1.

Благодаря прерывистому характеру работы ячеек основного инвертора суммарная масса трансформаторов уменьщеиа на 35-40/о. Кроме этого, при формировании

ступенек квазисинусоидального напряжения напряжение выходных обмоток в основном складывается, тем самым улучшена передача энергии от инверторов в нагрузку, т.е. снижена расчетная мощность ключей инверторов.

5 С точки зрения минимизации массы, габа ритов и коэффициента гармоник выходного напряжения выбирать п больше 3, а m больше 2 не рационально, поскольку с ростом ука

занных величин увеличивается масса и габариты ключей инвертора, которые снижают эффект уменьшения массы и габаритов трансформаторов, а формирование квазисинусоЯ:з-Т

1 Т I г I.

идального (трапецеидального) напряжения с числом ступенек больше 18 не дает эффекта в уменьшении Кг (при стремлении пит к бесконечности Кг стремится к 4,63%).

(iJt

м

tZT

Фиг.6

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий основной и m вспомогательных однофазных инверторов, нагруженных соответственно на первичные обмотки основного и m вспомогательных трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены в две фазы, включенные по схеме открытого треугольника, вершины которого связаны с выходными выводами преобразователя, причем каждая из фаз содержит две параллельные ветви, в первую из которых включена вторичная обмотка основного трансформатора, а во вторую последовательно включены вторичные обмотки основного и m вспомогательных трансформаторов, одни концы этих ветвей соединены между собой непосредственно, а другие - через ключи переменного тока, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, основной инвертор выполнен в виде п-ячейкового преобразователя, выходы которого соединены с первичными обмотками соответствующих трансформаторов, содержащих по четыре втоi ричные обмотки, каждая из которых последовательно с обмотками других ячеек вклю(Л чена в первую и вторую ветви фаз.