Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное Советский патент 1986 года по МПК H02M7/5395 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики и электропривода для нреобразова- ния постоянного напряжения в переменное трехфазное напряжение.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя, первый вариант; па фиг. 2 --пример выполнения системы управления преобразователем; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие принцип формирования импульсов управления силовыми ключами преобразователя, формы напряжений на обмотках трансформатора и выходного линейного напряжения; ни

10

второй элемент 38 НЕ с другим входом элемента 39. Второй, третий с шестым, первый, четвертый входы элемента 37 образуют соответственно с первого по четвертый входы комбинационного устройства, а выходы последнего образованы выходами элементов 38 и 39.

На диаграмме (фиг. 3) показаны формы импульсов на выходах следующих элементов: 40 - задающего генератора; 41 и 42 - триггера 18 (прямой и инверсный сигнал, которые являются управляющими для ключей 1 и 2); 43 - делителя частоты 20; 44-47 - элементов 31-34 (импульсы управления ключами 3-6 соответственно); 48 - вторичных обмоток трансформатора 7; 49-54

фиг. 4 - таблицы истинности программи- (5 комбинационных устройств 35.1-35.3 (им20

25

руемого постоянного запоминающего устройства; на фиг. 5 -- принципиальная схема силовой части, второй вариант; на фиг. 6 - диаграммы напряжений; на фиг. 7 - таблицы истинности для этого варианта.

Преобразователь (фиг. 1) содержит однофазный мостовой инвертор, выполненный на ключах 1-6 и нагружен на первичную обмотку трансформатора 7. Вторичные обмотки 8-10 трансформатора 7 соединены через ключи 11 -16 переменного тока в замкнутый треугольник, вершины которого образуют выходные выводы А, В, С преобразователя. В качестве ключей 1-4 инвертора могут быть использованы tpaH3ncTOpbi или тиристоры с возвратными диодами, а в качестве ключей 5, 6 и П-16 переменного тока - симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы, с последовательно включенными диодами, транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.

Блок управления преобразователем 35 (фиг. 2) содержит задающий геператор 17, выход которого связан через триггер 18 и блок 19 буферных усилителей с управляющими входами силовых ключей 1 и 2 однофазного инвертора. Кроме того, выход задающего генератора 17 подключегг через делитель 20 частоты с изменяемым коэффициентом деления ко входу двоичного счетчика 21, выходы которого соединены с адресными входами программируемого посто30

40

янного запоминающего устройства 22. Вы- 45 геоа 18

пульсы управления ключами 11 -16 соответственно); 55 - преобразователя (выходное линейное напряжение V.B).

Во втором варианте выполнения силовой части (фиг. 5) трансформатор 7 выполнен с двумя вторичными обмотками 8 и 9, имеющими равное число витков, выводы которых через ключи переменного тока 11 -16 и 56- 58 соединены с выходными выводами преобразователя А, В, С.

Для управления ключами 56-58 выходы 59-61 запоминающего устройства 22 соединены с соответствующими входами усилителя 19 (фиг. 2).

На соответствующих этому варианту диаграммах (фиг. 6) показаны формы импульсов на выходах следующих элементов: 62 - задающего генератора 17; 63 и 64 - триггера 18 импульсы управления ключами 1 и 2; 65 -- делителя частоты 20; 66- 69 - элементов 31-34 (импульсы управле- иния ключами 3-6 соответственно); 70 - вторичных обмоток трансформатора 7; 71-79 - комбинационных устройств 35.1 - 36.3 и выходах 59-61 блока 22 (импульсы управления ключами 11 -16 и 56-58 соответственно); 80 - преобразователя (выходное линейное напряжение).

Преобразователь (фиг. 1) работает следующим образом.

Задающий генератор 17 (фиг. 2) формирует последовательность импульсов 40 (фиг. 3), которая поступает на вход тригходы 23-30 последнего связаны через логические элементы 31-34 2И, комбинационные устройства 35.1-35.3 и блок 19 буферных усилителей с управляющими входами силовых ключей и 11-16 преобразователя.,,.. задающего генератора 17 делится

Причем, номера выходов блока 19соответст- 50 „рпителем 90 ИЯПП„,РП «я . no.-rv.

Сигналы 41 и 42 прямого и инверсного выходов триггера 18 усиливаются блоком 19 буферных усилителей и поступают на управляющие входы ключей I и 2. Кроме того.

делителем 20, например, на четыре и посту- вуют номерам ключей к которым они под- „. . .. двоичного счетчика 21 с коэф- ключены. Каждое комбинационное vcTpoHCT- ф„ц„ентом пересчета, равным 12. С выходов во содержит логические элементы ЗЬ Hh, t-t

373-ЗИ-2ИЛИ, 38 НЕ, 39 2И, из которых

первый элемент 36 НЕ подключен между ,,,,,,о,,,,о,-г, „ , оо

от.,гг минающего устройства 22, логические совторым и пятым входами элемента 37, третий55 , выходов 23--30, которого в зависи- и щестои входы которого соединены с одним „„сти от кода адреса представлены в табли- входом элемента 38. Выход 37 связан через це на фиг. 4. Выходные сигналы элемента 22

счетчика 21 сигналы поступают на адресные входы программируемого постоянного запо

второй элемент 38 НЕ с другим входом элемента 39. Второй, третий с шестым, первый, четвертый входы элемента 37 образуют соответственно с первого по четвертый входы комбинационного устройства, а выходы последнего образованы выходами элементов 38 и 39.

На диаграмме (фиг. 3) показаны формы импульсов на выходах следующих элементов: 40 - задающего генератора; 41 и 42 - триггера 18 (прямой и инверсный сигнал, которые являются управляющими для ключей 1 и 2); 43 - делителя частоты 20; 44-47 - элементов 31-34 (импульсы управления ключами 3-6 соответственно); 48 - вторичных обмоток трансформатора 7; 49-54

геоа 18

пульсы управления ключами 11 -16 соответственно); 55 - преобразователя (выходное линейное напряжение V.B).

Во втором варианте выполнения силовой части (фиг. 5) трансформатор 7 выполнен с двумя вторичными обмотками 8 и 9, имеющими равное число витков, выводы которых через ключи переменного тока 11 -16 и 56- 58 соединены с выходными выводами преобразователя А, В, С.

Для управления ключами 56-58 выходы 59-61 запоминающего устройства 22 соединены с соответствующими входами усилителя 19 (фиг. 2).

На соответствующих этому варианту диаграммах (фиг. 6) показаны формы импульсов на выходах следующих элементов: 62 - задающего генератора 17; 63 и 64 - триггера 18 импульсы управления ключами 1 и 2; 65 -- делителя частоты 20; 66- 69 - элементов 31-34 (импульсы управле- иния ключами 3-6 соответственно); 70 - вторичных обмоток трансформатора 7; 71-79 - комбинационных устройств 35.1 - 36.3 и выходах 59-61 блока 22 (импульсы управления ключами 11 -16 и 56-58 соответственно); 80 - преобразователя (выходное линейное напряжение).

Преобразователь (фиг. 1) работает следующим образом.

Задающий генератор 17 (фиг. 2) формирует последовательность импульсов 40 (фиг. 3), которая поступает на вход триг,,.. задающего генератора 17 делится

Сигналы 41 и 42 прямого и инверсного выходов триггера 18 усиливаются блоком 19 буферных усилителей и поступают на управляющие входы ключей I и 2. Кроме того.

делителем 20, например, на четыре и посту- „. . .. двоичного счетчика 21 с коэф- ф„ц„ентом пересчета, равным 12. С выходов t-t

,,,,,,о,,,,о,-г, „ , оо

счетчика 21 сигналы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоразрешают или запрещают прохождение сигналов 41 и 42 с выходов триггера 18 через элементы 31-34 и комбинационные устройства 35 на входы блока 19. Причем, уровень логического нуля на входе блока 19 обеспечивает закрытое состояние силового ключа, а уровень логической единицы - открытое. В результате формируются необходимые последовательности импульсов управления силовыми ключами 3-6 и 11 -16 преобразователя. Полупериод выходного напряжения 55 преобразователя можно разбить на шесть равных интервалов.

На первом интервале в соответствии с таблицей на фиг. 4 логические состояния выходов 23-30 элемента 22 имеют значения 10110001. При этом с выхода 23 сигнал логической единицы отпирает элементы 31 и 32, обеспечивая прохождение прямой последовательности 44 импульсов через элемент 31 и инверсной последовательности 45 импульсов через элемент 32 и блок 19 буферных усилителей с выходов триггера 18 на управляющие входы силовых ключей 3 и 4 соответственно. Логическим нулем с выхода 24 запираются элементы 33 и 34, а следовательно, и силовые ключи 5 и 6. Сигналом

трансформатора с указанными величинами напряжений к выходным выводам преобразователя формируют первые и вторые ступени линейных напряжений. Кроме того, следует учесть, что при формировании трех фазного напряжения 55 для амплитуд его ступеней выполняется равенство V -}- Vi УЗ, поэтому третьи ступени лилейных напряжений получают суммированием напряжений двух вторичных обмоток транс10 форматора 7.

В соответствии с принятым коэффициентом деления делителя 20 частоты, равным, например, четыре, интервал каждой ступени выходного напряжения 55 можно разделить на четыре подынтервала, соответст 5 вующих полупериоду работы трансформатора 7.

На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи 1, 3, 11, 16 (диаграммы 41, 44, 49, 51, фиг. 3 соответственно). При этом напряжения на вторичных обмотках 8-10 трансформатора 7 становятся равными Vz- Через замкнутые ключи 11, 16 к выходным выводам А, В преобразователя прикладывается суммарное напряжение двух последовательно и встречно включенных

20

логической единицы с выхода 25 отпирается 25 обмоток 8 и 9, равное нулю. К выходам С, В

первая схема И элемента 37, обеспечивая прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 18 через элемент 37 и блок 19 на управляющий вход силового ключа 11. Кроме того, выходные импульсы 49 элемента 37 инвертируются зо элементом 38 и через открытый элемент 39 2И и блок 19 поступают на управляющий вход ключа 12. Формирование импульсов управления другими ключами на данном интервале, а также всеми силовыми ключами

через ключ 16 прикладывается напряжение обмотки 9, равное 1/2. К выходам С, А через ключ 11 - напряжение обмотки 8, также равное 1/2. В результате выходные линейные напряжения становятся равными I/AB О,

1/ВС -1/2, КСА 1/2.

На втором подынтервале первого интервала замыкают ключи 2, 4, 12, 15, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 7. Выводы А, В закорачиваются через замкнутые ключи 12 и 15. К выводам

на следующих интервалах,происходит анало- 35 С, В через ключ 15 и к выводам С, А через гично описанному в соответствии с диаграм- ключ 12 прикладывается напряжение обмот- мами 40-54 (фиг. 3) и таблицей истинности ки 10, равное I/a, поэтому величины линейных (фиг. 4) элемента 22. В результате работы инвертора на обмотках трансформатора 7

формируется модулированное по амплитуде напряжение 48.

Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из условия исключения гармоник, близких к основной.

Для этого числа витков секций первичной обмотки трансформатора 7 должны относить.- ся между собой как sin 30° : (sin 60° - -sin 30°) 0;5:0,366, а числа витков вто40

напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале работа ключей повторяется для нечетных и четных подынтервалов соответственно и формируются нулевая, вторая отрицательная и вторая положительная ступени линейных напряжений VAB, V/BC, Vu соответственно.

На первом подынтервале второго интер- 45 вала замыкают ключи 1,5, 11, 13 (диаграмма 41, 46, 49, 51 фиг. 3). Напряжения на обмотках 8-10 трансформатора 7 становятся равными Vi. Через ключ 13 к выводам А, В прикладывается напряжение обмотки 9, равное 1/|. К выводам С, А через ключ 11

ричных o6ivioTOK 8-10 равны между собой.

При этом при подключении источника пита- 50 прикладывается напряжение обмотки 8,

ния ко всей первичной обмотке трансформа- также равное V. К выводам С, В через

тора или к ее секции с большим числом

витков напряжения на вторичных обмотках

трансформатора становятся равными 1/ или

Уг соответственно, где V., Vz - амплитуды

первой и второй ступеней выходного линей- 55

ного напряжения преобразователя (фиг. 3 и 5). При подключений вторичных обмоток

ключи 11 и 13 прикладывается сумма напряжений обмоток 8 и 9, равная Уз- При этом формируются первая положительная, третья отрицательная и первая положительная ступени линейных напряжений FAB, 1/вс, I/CA. В дальнейшем работа преобразователя происходит аналогично описанному в сооттрансформатора с указанными величинами напряжений к выходным выводам преобразователя формируют первые и вторые ступени линейных напряжений. Кроме того, следует учесть, что при формировании трехфазного напряжения 55 для амплитуд его ступеней выполняется равенство V -}- Vi УЗ, поэтому третьи ступени лилейных напряжений получают суммированием напряжений двух вторичных обмоток трансформатора 7.

В соответствии с принятым коэффициентом деления делителя 20 частоты, равным, например, четыре, интервал каждой ступени выходного напряжения 55 можно разделить на четыре подынтервала, соответствующих полупериоду работы трансформатора 7.

На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи 1, 3, 11, 16 (диаграммы 41, 44, 49, 51, фиг. 3 соответственно). При этом напряжения на вторичных обмотках 8-10 трансформатора 7 становятся равными Vz- Через замкнутые ключи 11, 16 к выходным выводам А, В преобразователя прикладывается суммарное напряжение двух последовательно и встречно включенных

обмоток 8 и 9, равное нулю. К выходам С, В

обмоток 8 и 9, равное нулю. К выходам С, В

через ключ 16 прикладывается напряжение обмотки 9, равное 1/2. К выходам С, А через ключ 11 - напряжение обмотки 8, также равное 1/2. В результате выходные линейные напряжения становятся равными I/AB О,

1/ВС -1/2, КСА 1/2.

На втором подынтервале первого интервала замыкают ключи 2, 4, 12, 15, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 7. Выводы А, В закорачиваются через замкнутые ключи 12 и 15. К выводам

С, В через ключ 15 и к выводам С, А через ключ 12 прикладывается напряжение обмот- ки 10, равное I/a, поэтому величины линейных

напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале работа ключей повторяется для нечетных и четных подынтервалов соответственно и формируются нулевая, вторая отрицательная и вторая положительная ступени линейных напряжений VAB, V/BC, Vu соответственно.

На первом подынтервале второго интер- вала замыкают ключи 1,5, 11, 13 (диаграмма 41, 46, 49, 51 фиг. 3). Напряжения на обмотках 8-10 трансформатора 7 становятся равными Vi. Через ключ 13 к выводам А, В прикладывается напряжение обмотки 9, равное 1/|. К выводам С, А через ключ 11

прикладывается напряжение обмотки 8,

также равное V. К выводам С, В через

ключи 11 и 13 прикладывается сумма напряжений обмоток 8 и 9, равная Уз- При этом формируются первая положительная, третья отрицательная и первая положительная ступени линейных напряжений FAB, 1/вс, I/CA. В дальнейшем работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами импульсов управления ключами преобразователя и формой напряжения на обмотках трансформатора 7. В результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное трехступенчатое с нулевым уровнем линейное напряжение 55.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.

10

ментов 2И, одни входы каждой пары которых объединены в две общие точки и связаны с двумя выходами программируемого постоянного запоминающего устройства, другие три пары выходов последнего подключены к первым и вторым входам трех комбинационных устройств, третий и четвертый входы которых и другие входы каждой пары элементов 2И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, выходы элементов 2И, комбинационых устройств и триггеры связаны со входами блока буферных усилителей.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что каждое комбинационное устройство содержит два логических элемента НЕ,

Регулирование выходной преоб- 15 элемент 3-ЗИ-2ИЛИ и элемент 2И, первый разователя может осуществляться измене- элемент НЕ подключен между вторым и пя- нием коэффициента деления делителя 20 входами элемента 3-ЗИ-2ИЛИ, третий

и щестой входы которого объединены и соединены с одним входом элемента 2И, выход

частоты при постоянной частоте работы однофазного инвертора и трансформатора, что благоприятно сказывается на массо- габаритные показатели преобразователя. Работа преобразователя по второму варианту выполнения силовой части (фиг. 5) аналогична рассмотренной для первого варианта с учетом другого алгоритма комму20

элемента 3-ЗИ-2ИЛИ связан через второй элемент НЕ с другим входом элемента 2И, причем второй, третий с щестым, первый, четвертый входы элемента 3-ЗИ-2ИЛИ образуют с первого по четвертый входы комбинационного устройства, а выходы последтации ключей (фиг. 6, 7) и другого соотно- 25 ™ образованы выходами входящих в него шения числа витков секций первичной обмотки, равного (2-л/З).

элементов 3-ЗИ-2ИЛИ и 2И.

3.Преобразователь по п. , отличающийся тем, что демодулятор содержит две группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, из которых ключи первой группы

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, содержащий однофазный инвертор, выходом соединенный с первичной обмоткой трансформатора, выводы вторичных обмоток которого подключены через демодулятор, выполненный на ключах переменного тока, к выходным выводам преобразователя, и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами силовых ключей преобразователя, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, однофазный инвертор выполнен мостовым, один полумост которого выполнен на управляемых ключах постоянного тока, шунтированных возвратными диодами, а другой полумост - на ключах переме1шого тока, первичная обмотка трансформатора содержит промежуточный отвод, который связан через два дополнительно введенных ключа постоянного тока, шунтированных возвратными диодами, с входными выводами преобразователя, блок управления содержит за- 50 дающий генератор, выход которого связан со входом триггера и входом последовательно соединенной цепи, состоящей из делителя частоты, счетчика импульсов, программируемого постоянного запоминающего уст30 соединены через три вторичные трансформатора, имеющих равное ч ков, в замкнутый треугольник, которого образуют выходные вывод разователя, а каждый из ключе группы подключен между точкой со

35 вторичной обмотки трансформатор вого ключа переменного тока одной ветствующих сторон треугольник противоположной вершиной.

4.Преобразователь по п. 1, отли ся тем, что демодулятор содержит тр ключей переменного тока, по тр в каждой, одни силовые выводы каждой группы объединены и обра общие точки, которые подключены к двух последовательно соединенн

45 вторичных обмоток трансформатор ным числом витков, а другие силовы всех ключей соединены с выходн водами преобразователя.

5.Преобразователь по п. 3, отли ся тем, что промежуточный отвод п обмотки трансформатора делит ее витков в отношении 1 : ().

6.Преобразователь по п. 4, отли ся тем, что промежуточный отвод п обмотки трансформатсюа делит ее

ройства, а также двух пар логических эле- 55 витков в отношении т/3 : (2-д/зУ.

ментов 2И, одни входы каждой пары которых объединены в две общие точки и связаны с двумя выходами программируемого постоянного запоминающего устройства, другие три пары выходов последнего подключены к первым и вторым входам трех комбинационных устройств, третий и четвертый входы которых и другие входы каждой пары элементов 2И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, выходы элементов 2И, комбинационых устройств и триггеры связаны со входами блока буферных усилителей.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что каждое комбинационное устройство содержит два логических элемента НЕ,

элемент 3-ЗИ-2ИЛИ и элемент 2И, первый элемент НЕ подключен между вторым и пя- входами элемента 3-ЗИ-2ИЛИ, третий

элемента 3-ЗИ-2ИЛИ связан через второй элемент НЕ с другим входом элемента 2И, причем второй, третий с щестым, первый, четвертый входы элемента 3-ЗИ-2ИЛИ образуют с первого по четвертый входы комбинационного устройства, а выходы послед ™ образованы выходами входящих в него

™ образованы выходами входящих в него

элементов 3-ЗИ-2ИЛИ и 2И.

3.Преобразователь по п. , отличающийся тем, что демодулятор содержит две группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, из которых ключи первой группы

соединены через три вторичные обмотки трансформатора, имеющих равное число витков, в замкнутый треугольник, вершины которого образуют выходные выводы преобразователя, а каждый из ключей второй группы подключен между точкой соединения

вторичной обмотки трансформатора и силового ключа переменного тока одной из соответствующих сторон треугольника и его противоположной вершиной.

4.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что демодулятор содержит три группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, одни силовые выводы ключей каждой группы объединены и образуют три общие точки, которые подключены к выводам двух последовательно соединенных двух

вторичных обмоток трансформатора с равным числом витков, а другие силовые выводы всех ключей соединены с выходными выводами преобразователя.

5.Преобразователь по п. 3, отличающийся тем, что промежуточный отвод первичной обмотки трансформатора делит ее по числу витков в отношении 1 : ().

6.Преобразователь по п. 4, отличающийся тем, что промежуточный отвод первичной обмотки трансформатсюа делит ее по числу

витков в отношении т/3 : (2-д/зУ.

-Н

Фиг.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики и электропривода. Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов. Преобразователь содержит однофазный мостовой инвертор, выполненный на ключах 1 - 6, и нагружен на первичную обмотку трансформатора (Тр) 7. Вторичные обмотки 8, 9, 10 Тр 7 соединены через ключи И -16 переменного тока в замкнутый треугольник, вершины которого образуют выходные выводы устройства А, В, С. Для получения выходного напряжения устройства, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из условия исключения гармоник, близких к основной. Для этого числа витков секций первичной обмотки Тр 7 должны относиться между собой как sin 30°/(sin 60° - sin 30°) 0,5:0,366, а числа витков вторичных обмоток 8-Ю равны между собой. Регулирование выходной частоты устройства может осуществляться изменением коэффициента деления делителя частоты при постоянной частоте работы инвертора и Тр 7, что позволяет улучшить массогабаритные показатели. 5 з. п. ф-лы, 7 ил. (Л |С сд vi ф