Преобразовательное устройство со звеном постоянного тока Советский патент 1986 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например,при построении устройств гарантированного питания или в электроприводе.

Цель изобретения - выравнивание нагрузки между одноименными вентилями инверторов и повышение функциональной надежности устройства.

На фиг. 1 приведена силовая схема преобразователя; на фиг. 2 - кривые напряжения инверторов и преобразователя; на фиг. 3 - возможная модификация преобразователя; на фиг. 4 - пример схемы инвертора напряжения, входящего в преобразователь.

Преобразователь (фиг. 1) содержит трехфазные инверторы 1 и 2 напряжения, выходами oi, в, с и 02, 82, С2 подключенные к соединенным в звезду первичным обмоткам выходных трансформаторов 3 и 4. Элементы 1-4 образуют преобразователь 5, шины питания которого подключены к источнику 6 питания с условно введенной в него нулевой точкой 7. Вторичные обмотки трансформаторов 3 и 4 соединены соответственно по схеме звезда и треугольник и подключены к выходным шинам 8 для подключения к ним нагрузки.

На фиг. 2 показаны временные диаграммы выходных напряжений 9 и 10 инверторов 1 и 2 между точками ai, 02 и точкой 7 соответственно, а также кривые линейного 11 и фазного 12 напряжений на выходе трансформатора 3 (при отключенно.м инверторе 2), кривые линейного напряжения 13 на выходе инвертора 2 (при отключенном инверторе 1) и общего линейного напряжения 14 преобразователя.

Преобразователь (фиг. 3) может содержать трехфазные инверторы 15-18 напряжения, аналогичные инверторам 1 и 2 (причем инверторы 15 и 17 - ведущие, а инверторы 16 и 18 - ведомые), с выходными трансформаторами 19 и 20.

Инвертор содержит основные управляемые вентили 21-26 и обратные диоды 27-32. Коэффициенты трансформации трансформаторов 3 и 4 или 19 и 20, их мощность и величина напряжения короткого замыкания выбираются одинаковыми. Инверторы 1 и 2, или 15-18 также выбираются одинаковыми. Это могут быть как инверторы напряжения с двухпроводным входом (фиг. 4), которым соответствуют кривые фиг. 2, так и инверторы напряжения с трехпроводным входом. Во всех случаях фазовый сдвиг между кривыми напряжений инверторов (так же, как это делается в известных устройствах) устанавливается 30 эл. град. При невыполнении условий по фазовому сдвигу, величине коэффициентов трансформации или напряжений к.з. работоспособность преобразователя не нарушается, но меняется степень подавления высших гармонических (узлы коммутации на фиг. 4 не пока заны). В частности вентили 21-26 могут рассматриваться как полностью управляемые.

Рассмотрим работу преобразователя с инвертором (фиг. 4). Пусть потенциальная диаграмма вывода а инвертора соответствует кривой 9 (фиг. 2). Тогда потенциальные диаграммы выводов вис аналогичны ей, но сдвинуты соответственно на треть и две трети периода. Если моменту запирания вентиля 21 соответствует момент времени ti, то моменты запирания следующих вентилей 22-26 соответствуют моментам iz-te (фиг. 2).

Пусть нагрузка инвертора индуктивноактивная с ,55 и к рассматриваемому моменту времени в интервале времени te-ti ток проводят вентили 21-23. В мо0 мент t), когда должен быть изменен знак потенциала вывода а, запирают вентиль 21, а ток этой фазы нагрузки начинает протекать по цепи диода 27. Сразу же после восстановления вентильной прочности вентиля 22 может быть подан отпирающий

5 импульс на вентиль 24 и он начнет проводить ток, как только будет израсходована энергия, накопленная полем нагрузки фазы а. С этого момента времени ток проводят управляемые вентили 22-24. В момент t2 запирают вентиль 22. Ток фазы с

нагрузки начинает проводить диод 22 и проводит его до момента, когда не будет израсходована энергия фазы с нагрузки. Сразу же после восстановления вентильной прочности вентиля 22 может быть подан отпирающий импульс на вентиль 25. Этот вентиль вступит в работу вслед за тем, как прекратится ток в диоде 32. Дальнейшая работа вентилей инвертора происходит аналогично рассмотренному.

Так как входное напряжение инвертора

0 неизменно, управляемые вентили и диоды инвертора обеспечивают непрерывное протекание тока как согласно с напряжением источника питания, так и встречно ему, то основным свойством инвертора напряжения является независимость формы кри5 вой его напряжения от величины и характера нагрузки (независимость от величины и направления тока нагрузки). Естественно, что это свойство сохраняется и в предлагаемом преобразователе, когда выводы вторичных обмоток трансформаторов инверторов с различными мгновенными значениями кривых напряжений объединены общими выводами (фиг. 1 и 3).

Благодаря этому основные гармоники ступенчатых кривых напряжений на вторичных

c обмотках трансформаторов инверторов оказываются в фазе, тогда как напряжения на выходе вентильных схем инверторов, как и у известного устройства, сдвинуты на 30 эл. град. Вследствие синфазности и равенства основных гармоник кривых напряжений инверторов их одноименные вентили одинаково загружены. Поэтому кривые 9- 13 (фиг. 2) не меняют своего вида от того, есть ли у инверторов 1 и 2 общие шины 8, связывающие их трансформаторы 3 и 4, или нет. Разница мгновенных значений упомянутых кривых напряжений вызывает нротекание между трансформаторами 3 и 4 уравнительных токов. При равенстве их реактан-10 сов (равенстве напряжений короткого замыкания - 1к) обнлее линейное напряжение 14 на шинах 8 оказывается равным полусумме мгновенных значений напряжений 11 и 13. Уравнительный ток, содержащий только высшие гармонические, оказывается незначительным и не превосходит тех значений, которые имеют уравнительные токи высших гармонических инверторов, ири улучГармоникаше ни ил где тел для цах ии их формы криво(1 путем luxuv.noMo фильтров. 1, . .AI. n -г-х г.к-п в относительных единицах I in1 111 -;;- -р3 lltK-tl |,1п - соответственно токи nepnoii и п-й гармоник; {к - напряжение к.з. трансформатора, X - суммарное реактивное сопротивление одной фазы трансформатора;Uii-напряжение п-й га)моники. таблице приведены значения урнннпных токов 5, 7, 17, 19, 29 и 31 гармоник кривых фиг. 2 в относительных единипри ,1.

Изобретение относится к преобразовательной технике н м.б. использовано при построении устройств гарантированного питания или в электроприводе. Целью изобретения является выравнивание нагрузки между одноименными вентилями инверторов и повышение функциональной надежности. Устройство содержит трехфазные инверторы напряжения 1, 2, выходы которых подключены к соединенным в звезду первичным обмоткам трансформаторов 3, 4. Вторичные обмотки тр-ров 3, 4 соединены в звезду и треугольник. Основные гармоники ступенчатых кривых напряжений на вторичных обмотках тр-ров 3, 4 оказываются в фазе, тогда как напряжения на выходе вентильных схем инверторо1з сдвинуты на 30 эл. град. Вследствие синфазности и равенства « основных гармоник кривых напряжений ин(Л верторов их одноименные вентили однаково загружены. 4 ил. 1 табл. 2. 5 ьо | to 4 00

17

0,2

0,035

0,4 Действующее значение тока трансформатора в относительных единицах с учетом токов высших гармонических -. в данном оказывается равным P r+Tnf i,i. с учетом активной составляющей импеданса трансформатора и эффекта вытеснения тока с ростом его частоты снижение токов Ir, с ростом п идет еще быстрее, чем это следует из приведенной формулы. Преобразователь (фиг. 3) содержит два преобразователя, аналогичных рассмотренно му. Разница состоит в том, что инверторы, входящие в состав каждого преобразвателя, здесь могут управляться с произвольным фазовым сдвигом, а первичные обмотки трансформаторов включены между выходными выводами инверторов 15, 16 и 17, 18. При сдвиге моментов подачи отпирающих импульсов и сдвиге моментов запирания между парами инверторов в 30 эл. град, получаем на общих щинах подавление гармоник с порядковым номером п 6К±1, где К 1, 3, 5... Поскольку при этом угол фазового сдвига между ведущим и ведомым инвертором в каждой паре может устанавливаться произвольно, получаем устройство с регулируемым напряжением, в котором при любом уровне выходного напряжения подавлены все названные гармоники.

29

31

0.028

0,001

0,0012 При од} наковом сдвиге отпирающих пмпульсов между инверторами каждо пары (между инверторами 15 и 16, а так/ке между инверторами 17 и 18) в Ifi5 э:. град. дополнительно оказываются подав.1е1П1ь:мн и 7,5 раз 11 и 13-я гармоники. MHOIOCIлиспчатая кривая выходного напряжения это:о преобразователя оказывается практичегки синусоидальной. Формула изобретения Преобразовательное устройство со 31К-ном постоянного тока, содержащее два трехфазных инвертора напряжения и два трехфазных трансформатора, причем их первичные или вторичные обмотки соединены по одинаковой схеме, например звезда или треугольник, а также систему упраЕпепия, обеспечивающую фазовый сдвиг трехфазных систем напряжения этих инверторов на угол л/б, отличающееся тем, что, с це.мью Bi.ipaBнивания нагрузки между одноименшчмп иентилями инверторов и повьпненпя функциональной надежности устройства, inopnMniiie или первичные обмотки упомянугых трансформаторов соединены но схемам у одного трансформатора по схеме ;як(да. а у другого - треугольник, концы BiopnMных обмоток трансформаторов пофазно нодключены к трем выводам неременного тока преобразовательного устройства.

,i isI is I г tz t

0U2.2

1Гг