Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное Советский патент 1987 года по МПК H02M7/48 

,три однофазные инверторные ячейки 1-3, выполненные в виде двух стоек ключей, причем ключи 4-9 подключены к плюсовой шине питания 10, смежные ключи переменного тока и блок управления, содержащий задат- чик 38 частоты с двенадцатиканаль- ным распределителем импульсов с па- рафазными выходами и три логических узла с соответствующими логическими выражениями.Выполнение ключей 4-9 в виде полностью управляемого ключа переменного тока, а ключей переменного тока соответственно в виде

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении централизованных источников вторичного электропитания (ИВЭ) с синусоидальным,стабилизируемым или регулируемым в определенном диапазоне выходным напряжением.

Цель изобретения - упрощение и расширение области использования путем обеспечения возможности регулирования величины выходного напряжения.

На фиг.1 представлена схема силовой части преобразования; на фиг.2 - принципиальная схема блока управления преобразователем; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие принцип работы и формирования выходного напряжения преобразователя.

Трехфазный преобразователь (фиг.1) содержит три однофазные инверторные ячейки 1 - 3, выполненные в виде двух стоек ключей, причем ключи А - 9,подключенные к первой (например, плюсовой) шине 10 питания преобразователя, выполнены в виде полностью управляемых ключей переменного тока. Смежные с ключами 4-9 ключи стоек выполнены соответственно в виде транзисторов 11 - 16, шунтированных диодами 17 22обратного тока. Точки соединения ключей Л - 9 и 11 - 16 стоек подключены к концам первичных обмоток

23- 25 соответствующих трансформаторов 26 28, а средняя точка обмоток 23 - 25 через транзисторы 29-31 (ключи), шунтированные диодами 32 - 34, подключена к первой шине 10 питания преобразователя. Вторичные обмоттранзисторов 11 - 16, шунтированных диодами 17 - 22, и управление ключами в соответствии с определенными выражениями позволяют в упрощенной структуре обеспечить регулирование выходного напряжения от UHO до Оцо . Регулирование напряжения осуществляется при помощи метода частичного широтно-импульсного регули- рования, которое происходит на частоте, в 12 раз выше выходной, что обеспечивает хорошие динамические свойства преобразователя. 3 ил.

O

5

0

ки 35 - 37 трансформаторов 26 - 28 соединены в звезду. Блок управления преобразователем (фиг.2) содержит задатчик 38 частоты, синхронизирующий работу преобразователя и связанный с модулятором 39 ширины импуль- сов с парафазньм выходом S, S и две- надцатиканальньм распределителем 40 импульсов с парафазными выходами Q,, Q,, Qj, 0,,...,Q;, 0.,.., Р,г , П,, на тригг-ерах 41 - 52, а также три аналогичных логических узла 53 - 55, выходами через усилительно-развязывающий узел 56 вязанных с управляющими входами Kj, , Mj, , Mji, Mj j4 J индекс фазы A, R и С) соответствующих ключей 4-9, 11-16и29-31.

Внутренние связи между элементами в логических узлах 53 - 55 определяются следующими логическими выражениями :

Mj, S + Q;Qi,S;

Mji Q;.2Q;.s + Q;Qu, s - q

HI

+0

30

35

40

ДЛЯ j-x ключей 4-9 первых трех стоек,

Mj QU20;i4j S + Q;Q-, S н- Q;Q;,,,Sj

Щг Q.V2Qu3 S iQi4- S Qi..+Q;«

для j-x ключей 11 - 16 вторых трех стоек,

Mj, QiQi.s Q;Q,V3 S

для трех j-x ключей 29-31 инвер- торных ячеек 1 - 3, где (9, 17)

соответственно причем Q ; Q

для j А (В, С),

K4tl

К

-

Внутренняя структура логических узлов 53 - 55 может быть различной. Конкретный вариант их схемотехниче ской реализации зависит от типа и номенклатуры используемых логических элементов. Так, например, на фиг.2 представлен вариант логического узла 53, реализующего приведенные логические выражения в базисе И-НЕ. В этом случае каждый канал логических узлов 53 - 55 содержит шестнадцать логических элементов ЗИ-НЕ 57 - 72, один логический элемент 2И-НЕ 73 и два логических элемента 2И, выполненных, например, в виде последовательно включенных логических элементов 2И-НЕ 74 и 75 и НЕ 76 и 77. Канал логического узла 53, предназначенный для формирования управляющего сигнала Мд,(HAJ) ключом (транзистором 11 (12) инвер- торной ячейки 1, связанный с его управляющим входом, содержит три логических элемента ЗИ-НЕ 57 - 59 (60 - 62) и последовательно включенные логические элементы 2И-НЕ 74(75 и НЕ 76(77). К входам логических элементов ЗИ-НЕ 57 и 58 (60 и 61) и логического элемента 2И-НЕ 74(75) подключены соответствующие выходы распределителя 40 импульсов и модулятора 39 ширины импульсов так, что связи между ними определяются логическими выражениями: на выходе логического элемента ЗИ-НЕ 57 - T) (60 - ), на выходе логического элемента ЗИ-НЕ 58 - Q, (61 - выходе логического элемен

та 2И-НЕ 74 - (75 - Qa,

На выходе логического элемента ЗИ-НЕ 59 (62), образующем один из выходов логического узла 53, к входам которого подключены выходы логических элементов ЗИ-НЕ 57 и 58 (60 и 61) и логического элемента НЕ 76 (77), формируют управляющий сигнал

Кд, Q. Q,s ,(62 - м,

Q,

Q,Q,s

o.Q,).

Канал того же логического узла 53, предназначенный для формирования управляющего сигнала Мд, (Мд ключом 4(5), содержит четьфе логических элемента ЗИ-НЕ 63 - 66 (67 - 70), причем связи между их входами и выходами рас- ,

5

10

2143

пределителя 40 импульсов и модулятора 39 ширины импульсов определяются следующими логическими выражениями: на выходе логического элемента ЗИ-НЕ 63 - 0,0 S (67 - Q,r)S), на выходе логического элемента ЗИ-НЕ 65 Q,Q4S (69 - ) На выходе логического элемента ЗИ-НЕ 66, образующем выход канала логического узла .53 и подключенном к одному из входов усилительно-развязывающего узла 56, формируют сигнал,определяемый вьфй

М

At

Q,o,s

Q. Q,0,S

0

5

30

(70 - Мд, Q,Q,S Q,Q,S Q,Q,S).

Канал логического узла 53, предназначенный для формирования управляющего сигнала ключом 29, содержит два логических элемента ЗИ-НЕ 71 и 72, выходами подключенных к входам логического элемента 2И-НЕ 73, Выход последнего образует выход логического узла 53 и связан с управляющим входом Мд, ключа 29 инверторной ячейки 1. Связи между узлами и элементами блока управления определяются следующими логическими выражениями: на выходе логического элемента ЗИ-НЕ 71 , логического элемента ЗИ-НЕ 72

Q.,

логического элемента 2И-НЕ 72

МАЗ 4S 0,Q,S.

Логические узлы 54 и 55 выполнены аналогично с учетом сдвига на угол 2 и/З управляющих сигналов фаз А,В и С. Данные логические выражения могут быть преобразованы к вышеприведенным в соответствии с изложенными процедурами, обеспечивающими минимизацию числа логических операций. Форма выMj, , Mj, , Mj, изменяется.

К

J2

И

ходных сигналов М-.,, при этом не

Принцип работы преобразователя поясняется временными даграммами, пред- ставленньп ш на фиг.З, где сигнал с выхода задатчика 38 частоты, синхронизирующего работу преобразователя, и„ ) соответственно сигналы S и S с выходов модулятора 39 ширины импульсов. Длительность этих сигналов пропорциональна величине Uj, определяющего величину выходного напряжения преобразователя. Последовательности прямоугольньгх сим матричных импульсов 0,,0,,П,0,... ,Qj,

QI,..., 012 Qi2 получают на выходах распределителя 40 импульсов. Фазовый сдвиг между последовательностями составляет (1 - 14)Т, где Т - период выходного сигнала или 15 эл.град, На выходе триггера 41 получают сигналы 0,0,, на выходе триггера 42 - сигналы , и т.д. (U, - U на фиг.З). После осуществления соответствующих логических операций над полученными последовательностями импульсов на выходах логических элементов 57 - 73 логического узла 53 получают новые последовательности импульсов. Номер каждого логического элемента 57 - 73 соответствует индексу полученной последовательности импульсов (некоторые из них представлены на фиг.З). Ключи 4-9, 11 - 16 и 29 - 31 преобразователя переключаются в соответствии с разработанным алгоритмом, а на обмотках 35 - 37 трансформаторов 26 - 28 формируется напряжение вида . При симметричной трехфазной нагруз- ке преобразователя, соединенной в звезду без нулевого провода, фазное напряжение нагрузки имеет вид Пд (фиг.З).

Предлагаемый трехфазный преобразователь позволяет в упрощенной пятиключевой структуре на фазу обеспечить регулирование выходного на- пряхчения в диапазоне от До 0,49 UHQH, . Это позволяет расширить область его применения. Известный способ амплитудного регулирования напряжения по цепи постоянного тока сводится к дополнительному преобразованию энергии, к снижению на 5-10% КПД, увеличению в среднем на 30%. массы и усложнению преобразователя. Помимо упрощения структуры силовой части (уменьшения на 16% числа силовых ключей) в предлагаемом преобразователе упрощается и усилительно-развязывающий узел 56. В некоторых преобразовательных устройствах его массогабаритные показатели составляют 20 - 30% от массы всего устройст1ва, поэтому уменьшение числа ключей на 10% снижает дополнително в среднем на 6% данный показател устройства в целом. Регулирование напряжения осуществляется при помощи метода частичного широтно-импульсного регулирования. Оно происходит Ha 4jicTOTe, в 12 раз вьш1е выходной,

что обеспечир ает хорошие динамические свойства преобразователя, Величина коэффициента гармоник выходного напряжения при одинаковой величине Uj уменьшается по сравнению с методом полного широтно-импульсного регулирования от Кр(и) 1,78 до

К (и) «-0,209,

JO ф

ормула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное, содержащий три однофазные инверторные ячейки с

5 трансформаторным выходом, выполненные в виде двух стоек ключей с управляющими входами К;, Mj, и М; , М; , точки соединения ключей стоек подклю- чены к первичной обмотке выходного

0 трансформатора, средняя точка которой связана через ключ, имеющий управляющий вход Mjg, где j А, В, С - индекс фазы, с первой шиной питания преобразователя, к которой подключен

5 ключ переменного тока второй CT. ключей, и блок управлен 1я, .вкл(очаю- щий в себя последовате 1ьно связанные между собой задатчик частоты, двенад- цатиканальньй распределитель импуль0 сов с парафазными выходами Oj, Q,, 0.. Q.О;. О. .... .0,„ . 0, и

5

4, vj,...,Q., Q;,..,,Q,2, Q, и три аналогично выполненных логических узла, выходами связанных с управляющими входами соответствующих ключей инверторных ячеек, отличающийся тем, что,-с целью упрощения и расширения области использования путем обеспечения возможности регулирования величины выходного

на. упQ пряжения, ключ первой СТОРУКИ с равляющим входом Mj , подключенный к первой шине питания, выполнен в виде полностью управляемого ключа переменного тока, ключ в торой стойки

5 с управляющим входом Mjj , подключенный к второй шине питания,- в виде управляемого ключа, шунтированного диодом обратного тока, блок управления снабжен модулятором ширины импульсов с парафазным выходом S, S, включенным между задатчиком частоты и соответствзпощими входами трех логических узлов,, причем связи между модулятором ширины импульсов, входами и выходами логических узлов и управляющими входами соответствующих ключей трех инверторных ячеек выполнены ре шизующими следующие логические выр 1жения:

0

5

712921438

Mi, Q,4, QU,S - Q;Q;,, S . Q;Q-,3S; для j-x ключей вторьтх трех стоек,

М

QifiQu s + Q;Q;,, s + n,v,+Qu2 для j-x ключей первых трех стоек,

Я

Mj, Q;Q,43S -

5 дле трех j-x ключей инверторных

Mj, Q,4jQu.s + Q;Qi., s iV - Окиг QK к Ч+00- s-ячеек, где i 1(9,17) соответственMj, Qi.zQioS Q;Q;,, S 0;Q,,3S, , j - A, B, C, причем Q

Mj, Q;Q,43S -

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве вторичных источников электропитания. Цель изобретения - упрощение и расширение области использования путем обеспе.чения возможности регулирования величины выходного напряжения. Трех- Лазный преобразователь содержит i (П ю QD Ю 1 00

5

jg %/$) .//,1

)

lij

и,,1Щ

t s

eslW)

66 U7n

72/,4 73 /A7/I3

%