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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использоЕ ано в системах электропривода и автоматики для преобразования постоянного напряже} ия в трехфазное переменное.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов.

На фиг. 1 представлена принципиа.чь- ная схема силовой части предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - принципиальная схема системы управления преобразователем; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие принцип формирования импульсов управления ключами и формы напряжений на обмотках трансформаторов и выходного напряжения преобразователя для случая .

Преобразователь (фиг. 1) содержит основной и вспомогательный однофазные инверторы, выполненные соответственно на ключах 1-4 и 5-8. Выходы инверторов соединены соответственно с первичными обмотками основного трансформатора 9 и вспомогательного трансформатора 10. Секции 11 -14 вторичной обмотки основного трансформатора 9 и вторичные обмотки 15-17 вспомогательного трансформатора 10 связаны между собой и через ключи переменного тока 18-29 по схеме замкнутого треугольника, 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 18- 29 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 30, выход которого подключен к N-канальному распределителю 31 импульсов, выполненному в виде кольцевой пересчетной схемы. Выходы распределителя 31 соединены с входом первого триггера 32 и входами логических элементов 33 % ИЛИ, 34-42 ИЛИ, 43-45 2 ИЛИ. Выход задаюпдего генератора 30 связан также со входом второго триггера 46, прямой, и инверсный выходы которого подключены через блок 47 буферных усилителей к управляющим входам ключей 1-4 основного инвертора. Выход элемента 33 соединен со входом первого элемента 48 НЕ и вторым входом элемента 49 2-2И-2ИЛИ. Прямой и инверсный выходы триггера 32 связаны с первым и третьим входами элемента 49, а выход элемента 48 - с его четвертым входом. Выход элемента 49 подключен непосредственно, а также через второй элемент 50 НЕ к двум входам блока 47, соответству

ющие выходы которого соеД-инены с управляющими входами ключей 5-8 вспомогательного инвертора. Выходы элементов 34- 35 также через блок 47 соединены с управляющими входами ключей 18-29 переменного тока, причем номера выходов блока 47 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены.

.На фиг. 3 диаграммы 51-75 представляют формы импульсов на выходах следующих элементов: 51 - задающего генератора 30; 52 и 53 - прямого и инверсного выходов триггера 46 (импульсы управления ключами 1, 2 и 3, 4 основного инвертора); 54 - элемента 33; 55 и 56 - прямого и инверсного выходов триггера 32; 57 и 58 - элемента 49 в течение первого и второго полупериодов соответственно; 59-60 - элементов 49, 50 (импульсы управления ключами 5, 6 и 7, 8 вспомогательного инвертора); 61 и 62 - трансформаторов 9 и 10;

0 63-74 - элементов 34-45 (импульсы управления ключами 18-29 переменного тока соответственно)) 75 - преобразователя (форма выходного линейного напряжения). Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 30 (фиг. 2) форми5 рует последовательность импульсов 51 (фиг. 3), которая поступает на входы триггера 46 и распределителя 31 импульсов. Сигналы 52 и 53 прямого и инверсного выходов триггера 46 усиливаются блоком 47 буферных усилителей и поступают на управляющие входы ключей 1, 2 и 3, 4 основного инвертора. Импульсы с выходов соответствующих каналов распределителя 31 импульсов суммируются элементом 33 и результирующая прямая последовательность импульсов 54 поступает на второй вход

элемента 49. Кроме того, эта последовательность инвертируется элементом 48 и подается на четвертый вход элемента 49. Выходным импульсом первого канала распределителя 31 импульсов триггер 32 уста0 навливается в состояние «1, которое сохраняется в течение 21-го периода работы задающего генератора 30, что соответствует полупериоду выходного напряжения преобразователя. Сигналы 55 и 56 прямого и инверсного выходов триггера 32 поступают соот5 ветственно на первый и третий входы элемента 49, обеспечивая прохождение прямой последовательности импульсов 57 с выхода элемента 33 на один из выходов блока 47 в течение первого полупериода выходного напряжения преобразователя и прохождение инверсной последовательности импульсов 58 с выхода элемента 48 - в течение второго полупериода. Результирующая выходная последовательность импульсов 59 элемента 49 усиливается блоком 47 и по5 ступает на управляющие входы ключей 5 и 6 вспомогательного инвертора. Кроме того, эта последовательность инвертируется элементом 50 и поступает на управляющие

0

входы ключей 7 и 8. В результате работы основного и вспомогательного инверторов на- обмотках трансформаторов 9 и 10 формируются напряжения 61 и 62.

Кроме того, выходные импульсы соответствующих каналов распределителя 31 импульсов суммируются элементами 34-45, усиливаются блоком 47 и поступают на управляющие входы ключей 18-29 переменного тока (диаграммы 63-74 соответственно).

Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из условия исключения гармоник, близких к основной. При этом амплитуда j-ой ступени выходного линейного напряжения определяется следующим образом

.sin(j-),

где Urn - амплитуда синусоиды, аппроксимирующей ступенчатое напряжение. Кроме того, следует учесть, что при формировании трехфазного напряжения, например с N 21, для амплитуд ступеней выполняются следующие равенства

и,+ U7 Us; U2+ U6 U3+ U5 U,o;

U4-f U4-U,,.

Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней величины напряжений на секциях 11 -14 (Ucii-Ucu) вторичной обмотки основного трансформатора 9 и напряжения на вторичных обмотках 15-17 (Uci5-Uci) вспомогательного трансформатора 10 должны быть связаны с амплитудами ступеней (Ui-Uu) выходного линейного напряжения следующими соотнощениями

,5(U,+ U3)

,5(U2+U4)

Ucn+Ua3 0,5{U5+U7)

Uci2+ Uci4 Ue ,5(U3-Ui) Uc,,5(U4-U2)

,5(U7-U5)

Полупериод выходного напряжения преобразователя можно разделить на 21 равный интервал (элементарные ступени).

На первом интервале открытых ключи 18 и 28 (диаграммы 63 и 73). При этом, через замкнутый ключ 18 к выходным выводам А, В преобразователя прикладывается разность напряжений секции 11 и обмотки 15 фазы Л,равная

UAB и.п -Uci5 0,5(U,+ Us) - -0,5(U3-Ui)Ub

к выводам G, А через ключ 28 - сумма напряжений секций И, 13 и обмотки 17 фазы С

UCA Ucll+ Uc,3+ Ucl7 0,5(U5+ U7) + + 0,5(U7-U5 )U7,

к выводам В, С.

5

0

5

0

0

5

0

(UAB+ УСА) -(U,+ U7) -Us.

В результате формируются первая положительная, восьмая отрицательная и седьмая положительная ступени линейных напряжений UAB, UBC, UCA соответственно.

На втором интервале изменяется полярность напряжений 61 и 62 на обмотках трансформаторов 9 и 10 открыты ключи 19 и 29. К выводам А, В через ключ 19 прикладывается разность напряжения секции 12 и обмотки 16 фазы А UAB Uc,2- Uc,6 0,5(U2-f Uj -

-0,5(U4-U2)-f U2,

к выводам С, A, через ключ 29 - сумма напряжений секций 12 и 14

UCA U.I2+ UcM Ug ,

к выводам В, С

UBC -(UAB+ UCA) - (U2+ U6) -Us, т.е. формируются вторая положительная, девятая отрицательная и щестая положительная ступени линейных напряжений.

На третьем интервале вновь меняется полярность напряжения 61 на обмотках трансформатора 9, и вновь замыкают ключи 18 и 28, поэтому выходные линейные напряжения становятся равными UAB U,n-f Uci5 0,5(U,+ из) + + 0,5(U3-Ui),

UCA U,u+ U,|3- Uc,7 0,5(U5-f U7)-0,5(U7-U5) Us, UBC - (UAB+ UCA) -(Uj-b U5)-Uo..

При этом формируются третья положительная, десятая отрицательная и пятая положительная ступени линейных напряжений.

На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично в соответствии с формами напряжений на обмотках трансформаторов 9 и 10 и диаграммами 51-74 импульсов управления силовыми ключами преобразователя. В результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное ступенчатое напряжение 75.

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 напряжений. При формировании напряжения с другим числом ступеней из ряда N 24i-3 первая вторичная обмотка основного трансформатора каждой фазы должна дополнительно содержать

ы21N9

а вторая обмотка -j промежуточных отводов, подключенных через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока к выходному выводу данной фазы.

Предлагаемый преобразователь имеет меньшую массу и габариты по сравнению с известным, а трансформаторы предлагаемого устройства на частотах в 21i и 10,51 раз превышают выходную частоту преобразователя. Причем, основная часть моашости передается в нагрузку через основной трансформатор, работающий на более высокой частоте.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, выходами соединенные с первичными обмотками трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены по схеме замкнутого треугольника, вершины которого образуют выходные выводы преобразователя, каждая сторона треугольника состоит из двух ветвей, каждая из которых содержит вторичную обмотку основного трансформатора с промежуточными отводами, первые крайние выводы обмоток указанных ветвей соединены между собой непосредственно, а второй крайний вывод обмотки первой ветви и все промежуточные отводы обеих обмоток - через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока, и блок управления, содержащий последовательно связанные между собой задающий генератор, N-канальный распределитель импульсов, соответствующие выходные каналы которого связаны через логические элементы 4 ИЛИ и блок буферных усилителей с управляющими входами ключей переменного тока, первый канал распределителя импульсов подключен ко входу триггера, прямой и инверсный выходы которого связаны с первым и третьим входами элемента 2-2И-2ИЛИ, между вторым и четвертым входами которого включен первый элемент НЕ, выход элемента 2-2И-2ИЛИ соединен непосредственно с одним из входов блока буферных усилителей и через второй элемент НЕ с другим его входом, соответствующие выходы блока буферных усилителей связаны с управляющими входами ключей вспомогательного инвертора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, второй крайний вывод обмотки основного трансформатора второй ветви подключен через ключ переменного тока к общей точке ключей переменного тока данной фазы, блок управлеN-3ния содержит -g- указанных элементов

4 ИЛИ, в него .введен второй триггер, три

N-1

логических элемента 2 ИЛИ и л входо- вой элемент ИЛИ, причем выход задающего генератора подключен также ко входу второго триггера, прямой и инверсный выходы которого связаны через блок буферных уси- лителей с управляющими входами ключей основного инвертора, соответствующие каналы распределителя импульсов соединены со входами логических элементов 2 ИЛИ,

|J

-J- ИЛИ, а выход последнего подключен ко второму входу элементов 2-2И-2ИЛИ, выходы элементов 2ИЛИ также через блок буферных усилителей соединены с управляющими входами ключей переменного тока преобразователя, где N (24i -3) - число ступеней в полупериоде выходного напряжения преобразователя, i 1,2,.., .

iSnL

-S.i

-7в

«

-IS

-го

-21 -22

и -й

-й -17

-гг

- 3

5/1 I I I I I I I I I I I I I I 11 I I I I I I I I I I 1 I I I I I 1 I I И П I I I 4.

пппппппппппппппппппппг

52 53 inn I-I I-I П

nnnnnnnnnnnnnnnnnnn

П П I-I I1 П n

П n

П П I-

n n I-I -in n n I-I I-I n

62

rniruijuuinrijuijinjij

П

n n

n

ПП

ПП

XL

П1

n

n

n n n n

n n

n

П n

П П I-I I-I r

Y -/

I I-I n

n

n

n г

n n n n

n n

n n

n n

XL

XL

n

n

n n n n

n n

n n

n

n

71

n

n

n

n

дуиг.З

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода и автоматики. Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов. Устройство содержит основной и вспомогательные однофазные инверторы, выполненные соответственно на ключах 1-4 и 5-8. Выходы инверторов соединены соответственно с обмотками основного трансформатора (Тр) 9 и вспомогательного Тр 10. Секции 11 -14 вторичной обмотки основного Тр 9 и вторичные обмотки 15-17 вспомогательного Тр 10 связаны между собой через ключи переменного тока 18-29 по схеме замкнутого треугольника, вершины которого образуют выходные выводы А, В, С устройства. Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из условия исключения гармоник, близких к основной. При формировании напряжения с другим числом ступеней из ряда N 24i- 3 первая вторичная обмотка основного Тр каждой фазы должна дополнительно содержать (N-21)/12, а вторая обмотка (N-9)/12 промежуточных отводов. Указанный преобразователь позволяет использовать Тр 9 и Тр 10 на высоких частотах. 3 ил. « сл to ел ;о to