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

жит задающий генератор, триггер и блок буферных усилителей, соединенных по выходу с входами ключей основного инвертора. Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в дву: направлениях

и постоянство разности потенциалов фаз в течение каждого интервала, что обеспечивает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

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

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов и улучшение формы кривой выходного напряжения,

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя; на фиг. 2 - принципиальная схема блока управления преобразователем; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие принцип формирования импульсов управления силовыми ключами преобразователя, формы напряжений на обмотках основного и вспомогательного трансформаторов и выходного фазного напряжения; на фиг. 4 - таблица истинности программируемого постоянного запоминающего устройства.

Преобразователь (фиг. 1) содержит основной и вспомогательный инверторы выполненные соответственно на ключах 1-4 и 5-8, Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки основного 9 и вспомогательного 10 трансформаторов. Секции 11 и 12 вторичной обмотки основного трансформатора 9 и вторичная обмотка 13 вспомогательного трансформатора 10 соединень между собой и через ключи 14-22 переменного тока с выходными выводами А, Б и С преобразователя. В качестве клю чей 1 - 8 инверторов могут быть использованы транзисторы или тиристоры с обратными диодами, а в качестве ключей переменного тока 14-22 - симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с последовательно включенными диодами.

транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.

Блок управлении преобразователем (фиг. 2) содержит задающий генератор 23, выход которого связан через триггер 24 и блок 25 буферных усилителей с управляющими входами силовых ключей 1-4 основного инвертора.Кроме того, выход задающего генератора 23

подключен через делитель 26 частоты с изменяемым коэффициентом деления к входу двоичного счетчика 27, выходы которого соединены с адресными входами программируемого постоянно5 го запоминающего устройства 28. Выходы 29-39 последнего связаны через логические элементы НЕ 40 и 41, комбинационные устройства 42.1-42.3 и блок 25 буферных усилителей с управ0 ляющими входами силовых ключей 5-8 и 14-22 преобразователя (номера выходов блока 25 Соответствуют номерам кйючей, к которым они подключены). Каждое комбинационное устройство

S 42 содержит логические элементы НЕ 43, 3-3-2ИЛИ 44, НЕ 45 и 2И 46, из которых первый элемент НЕ 42 подключен между вторым и пятым входами элемента 3-3-2ИЛИ 44, третий и

0 входы которого соединены с одним входом элемента 2И 46. Выход элемента 3-3-2ИЛИ 44 связан через второй элемент НЕ 45 с другим входом элемента 2й 46. Второй, третий с шестым,первый, четвертый входы элемента 3-3-2Ш1И 44 образуют соответственно с первого по четвертый входы комбинационного устройства, а выходы последнего образованы выходами элементов 3-3-2ИЛИ 44 и 2И 46.

На фиг. 3 диаграммы представляют .формы импульсов на выходах следующих э элементов: 47 - задающего генератора 23; 48 и 49 - триггера 24 (прямой и инверсный сигналы которого являются управляющими для ключей 1-4 основного инвертора); 50 -делителя 26 частоты; 51-54 - устройства 28 (выходы 29 и 30) и элементов 40 и 41 (импуль сы управления ключами 5-8 вспомогательного инвертора); 55 и 56 - транс форматоров 9 и 10; 57-62 - комбинационных устройств 42.1-42,3 (импульсы управления ключами 14-19 соответственно); 63-65 - на выходах 37-39 .устройства 28 (импульсы управления ключами 20-22); 66 - преобразователя (выходное фазное напряжение). Преобразователь работает следующи образом. Задающий генератор 23 (фиг, 2) формирует последовательность импульсов 47 (фиг, 3), которая поступает на вход триггера 24, Сигналы 48 и 49 прямого и инверсного выходов триггера 24 усиливаются блоком 25 буферных усилителей и поступают на управляющи входы силовых ключей 1-4 основного инвертора. Выходные импульсы задающего генератора 23 делятся делителем 26 частоты, например, на два и поступают на вход двоичного счетчика 27 с коэффициентом пересчета, равным 24, С выходов счетчика 27 сигналы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 28,логические состояния выходов 29-39 которого в зависимости от кода адреса представ,лены в таблице (фиг, 4), Выходные сигналы устройства 28 ра решают или запрещают прохождение сигналов 48 и 49 с выходов триггера 24 через элементы НЕ 40 и 41 и комбинационные устройства 42 на входы блока 25, Причем уровень логического нуля на входе блока 25 обеспечивает закрытое состояние силового ключа, а уровень логической единицы - открытое, В результате формируются необходимые последовательности импульсов управления силовыми ключами 1-8 и преобразователя. Полупериод выходного напряжения 66 преобразо вателя можно разбить на 12 равных ин тервалов. На первом интервале в соответстви с таблицей (фиг, 4) логические состояния выходов 29-39 устройства 28 :имеют следующие значения: 11000111100 174 С выходов 29 и 30 сигналы логических единиц поступают на два входа блока 25, обеспечивая открытое состояние ключей 5 и 7 вспомогательного инвертора в течение первого интервала. Кроме того, эти сигналы инвертируются элементами НЕ 40 и 41 и запирают ключи 6 и 8, С выходов 31 и 32 сигналы логических нулей поступают на входы комбинационного устройства 42,1, запирают его, а следовательно, и силовые ключи 14 и 15. Сигнал логического нуля с выхода 33 инвертируется элементом НЕ 43 и отпирает вторую схему И элемента 3-3-2ИЛИ 44 комбинационного устройства 42.2, , обеспечивая прохождение инверсной последовательности импульсов с выхода триггера 25 через элемент 3-3-2ИЛИ 44 и блок 25 на управляющий вход силового ключа 16, Кроме этого,выходные импульсы 59 элемента 3-3-2ИЛИ 44 инвертируются элементом НЕ 45 и через о-Псрытый элемент 2И 46 и блок 25 поступают на управляквций вход ключа 17, Формирование импульсов управления другими ключами на данном интервале, а также всеми силовыми ключами на следукнцих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 47-65 (фиг, 3) и таблицей истинности (фиг, 4) устройства 28. В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 9. и 10 формируются напряжения 55 и 56, а на фазе нагрузки при соединении ее звездой - напряжение 66. Амплитуды ступеней с первой по шестую последнего напряжения равны |и, jU, |и, |и, 1и, |и, где и - амплитуда первой ступени выходного линейного напряжения,о Для получения напряжения с указанными амплк- тудами ступеней напряжение на каждой из секций 11 и 12 вторичной обмотки трансформатора 9 должно быть равно 2U, а на вторичной обмотке 13 трансформатора 10 и, т,е. коэффициенты трансформации основного и вспомогательного трансформаторов должны относиться между собой как 1:0,25. Основной инвертор и трансформатор могут работать на высокой частоте, кратной выходной. При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя 26 частоты и 5 числом ступеней в полупериоде вьгход ного напряжения. Пусть коэффи1щент деления делителя 26 частоты равен, например, двум. Тогда интервал каж дой ступени напряжения 66 можно раз делить на два подынтервала соответ ствующих, полупериоду работы трансфо матора 9. На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи 17, 18 и 20 переменного тока (диаграммы 60, ,61 и 63, фиг. 3). При этом напряжение на каждой из секций 11 и 12 вторичной обмотки трансформатора 9 становится равным 2U, а на вторичной обмотке 13 трансформатора 10 иулю, К выходным выводам А,В и С,А преобразователя прикладываются напряжения секций 12 и 11, равные 2U, а к выводам С,В - сумма напряжений этих секций, равная 4U. В этом Случае при соединении нагрузки звездой фазные напряжения равны и r;:-,,-:. о; На втором подынтервале первого интервала замыкают ключи 16, 19 и 20, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 9, К выходным выводам А,В и С,В прикладываются напряжения секций (11 и 12,а к выводам В,С - их суммаj поэтому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале при любом коэфф циенте деления делителя 26 частоты работа ключей переменного тока повторяется для нечетных и четньк поды тервалов соответственно и формируют ся нулевая, четвертая отрицательная и четвертая положительная ступени фазных напряжений Uft,Ug и U соответственно. На первом подынтервале второго интервала замыкают ключи 17, 18 и 20. Напряжение на секциях 11 и 12 равно 2U, а на обмотке 13 становится равным и. К выводам приклады вается сумма напряжений секции 12 и обмотки 13, равная 3U, к выводам В,С - сумма напряжений секций 11 ri 12, равная 4U. При этом фазные напряжения становятся равными: 17 I и; и„ -|о. т.е. формируются первая положительная пятая отрицательная и третья положительная ступени фазных напряжений Цд , Ug и Up соответственно. В дальнейшем работа преобразователя происходит аналогично в соответствии с диаграммами 47-65 импульсов управления ключами преобразователя. 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. Для формирования выходного напряжения, в котором отсутствуют низшие гармоники, коэффициенты трансформации основного и вспомогательного трансформатоов должны относиться между собой как 1:0,232. При этом в напряжении присутствуют высшие гармоники только с порядковыми номерами п 11, 13, 23, 25 ,..., а коэффициент гармоник равен 15,2%. Использование предлагаемого преобразователя обеспечивает по сравнению с известным уменьшение массы и габаритов, так как трансформатор в известном преобразователе работает на частоте, в три раза превышающей выходнзпо, а основной трансформатор предлагаемого преобразователя - на любой высокой частоте, причем через основной трансформатор передается в нагрузку 80% всей мощности. Кроме того, предлагаемый преобразователь имеет лучшую форму кривой выходного напряжения - шестиступенчатую, коэффициент гармоник которой равен 9,43%, вместо трехступенчатой кривой с ,2% в известном преобразователе. Формула изобретения 1. Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусо идальное напряжение, содержащий основной однофазный инвертор, выходом ;нагруженный на первичную обмотку .основного трансформатора, три группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, одни силовые выводы которых подключены к выходным выводам, а другие объединены в три общие точки, две из которых соединены с концами вторичной обмотки основного трансформатора, и блок управления, выходы которого связаны с управляющими входами силовых ключей, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов и улучшения формы кривой выходного напряжения, в него введен вспомогательный однофазны инвертор, выходом нагруженный на первичную обмотку вспомогательного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена между средней точкой вторичной обмотки основного трансформатора и общей точкой ключей переменного, тока третьей группы.

-i

-2,J

.5 .6 .7

б

,/4 ./5

.16 .17

.18 .19

.20 .21 22

Фиг.