Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение Советский патент 1987 года по МПК H02M7/5395 

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

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - принципиальная схема его системы управления; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя; на фиг. 4 - таблица истинности программируемого постоянного запоминающего устройства.

Силовая часть преобразователя (фиг. 1) содержит однофазный мостов инвертор, выполненный на управляемы ключах 1-4. Выход инвертора нагруже на первичную обмотку трансформатора 5. Выводы секций 6-8 вторичной обмоки трансформатора 5 соединены через ключи 9-19 переменного тока с выходными выводами А, В и С преобразователя .

Блок управления преобразователем (фиг. 2) содержит задающий генерато 20, выход которого соединен с входо триггера 21, прямой и инверсный выходы которого связаны через блок 22 буферных усилителей с управляющими входами силовых ключей 1, 4 и 2, 3. Кроме того, выход задающего генератора 20 подключен через делитель 23 частоты с изменяемым коэффициентом деления к входу двоичного счетчика 24, выходы которого соединены с адресными входами программируемого по тоянного запоминающего устройства 2 Выходы 26-36 последнего связаны чер комбинационные устройства 37.1-37.4 и блок 22 с управляющими входами си jioBEjix ключей преобразователя, приче номера выходов блока 22 соответствуют номерам ключей, к которым они поключены. Каждое комбинационное устройство 37 содержит логические элементы НЕ 38, 3-ЗИ-2ИЛИ 39, НЕ 40 и 2И 41, из которых первый элемент НЕ 38 подключен между вторым и пятым входами элемента 39, третий и шесто входы которого соединены с одним вхдом элемента 41. Выход элемента 39 связан через второй элемент НЕ 40 с другим входом элемента 41. Второй третий с шестым, первый и четвертый

o

0

5

-40 мер, на четыре

входы элемента 39 образуют соответственно с первого по четвертый входы комбинационного устройства 37, а выходы последнего образованы выходами элементов 39 и 41.

На диаграммах (фиг. 3) показаны формы импульсов на выходах следующих элементов: 42 задающего генератора 20; 43 и 44 - триггера 21 (прямой и инверсный сигналы, которые являются управляющими для ключей 1, 4 и 2, 3), 45 - трансформатора 5, 46 - делителя 23 частоты; 47-54 - комбинацион- устройств 37.1-37.4 (импульсы уп 5 равления ключами 9-16 соответственно) ; 55-57 - устройства 25 (на выходах 34-36; импульсы управления ключами 17-19); 58 преобразователя (выходное фазное напряжение Кд).

Устройство работает следующим образом.

Для улучшения формы кривой вькод- ного напряжения в преобразователе осуществляется амплитудно-импульсная модуляция выходного напряжения, а для уменьшения массы и габаритов трансформатора - преобразование постоянного напряжения в переменное на высокой промежуточной частоте.

Задающий генератор 20 (фиг. 2) формирует последовательность импульсов 42 (фиг. 3), которая поступает на вход триггера 21. Сигналы 43 и 44 прямого и инверсного выходов триггера 21 уси35 ливаются блоком 22 буферных усилителей и поступают на управляющие входы ключей 1, 4 и 2, 3 инвертора. Кроме того, частота задающего генератора 20 делится делителем 23 частоты, наприи поступает на вход

двоичного счетчика 24 с коэффициентом пересчета, равным 18. С выхода счетчика 24 импульсы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 25, логические состояния выходов 26-36 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице на фиг. 4. Выходные сигналы устройства 25 разреша50 ют или запрещают прохождение импульсов 43 и 44 с прямого и инверсного выходов триггера 21 на входы блока 22. Причем уровень логического нуля на входе блока 22 обеспечивает закрытое

55 состояние силового ключа преобразователя, а уровень логической единицы - открытое. В результате формируются необходимые последовательности им30

45 ГС

пульсов для управления силовыми ключами преобразователя. Полупериод выходного напряжения 58 преобразователя можно разделить на девять равных интервалов.

На первом интервале (фиг. 4) логические состояния выходов 26-36 устройства 25 имеют соответственно сле- дуюпще значения: 00011111100. При этом с выходов 26 и 27 сигналы логических нулей поступают на входы комбинационного устройства 37.1, запирают его, а следовательно, и силовые ключи 9 и 10. Сигнал логического нуля с выхода 28 инвертируется злемен- }5 нагрузки звездой фазные напряжения том 38 и отпирает вторую схему И эле- равны

мента 39 комбинационного устройства 37.2, обеспечивая прохождение инверсной последовательности импульсов с выхода триггера 21 через элемент 39 20 и блок 22 на управляющий вход силового ключа 11. Кроме того, выходные импульсы 49 элемента 39 комбинационного устройства 37.2 инвертируются элементом 40 и через открытьй элемент 2И 25 41 и блок 22 поступают на управляющий вход ключа 12. Формирование импульсов управления другими ключами на данном интервале, а также всеми силовыми ключами на следующих интервалах про- 30 исходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 42-57 (фиг.З) и таблицей истинности (фиг. 4) устройства 25. В результате работы инвертора на обмотках трансформатора 5 35 формируется напряжение 45, а на фазе нагрузки при соединении ее звездой - напряжение 58. Амплитуды ступеней с первой по пятую последнего равны

У и iJ У 2U 3 3 3

где и - амплитуда

напряжения на секциях 6-8 трансформатора 5, т.е. промежуточные отводы вторичной обмотки трансформатора делят ее по числу витков на три равные части.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обес печивает возможность прохождения тоИнвертор и трансформатор могут работать на любой высокой частоте,кратной выходной. При этом кратность j g двух направлениях и постоянство тот определяется коэффициентом деле- разности потенциалов фаз в течение ния делителя 23 частоты и числом ступеней в полупериоде выходного напряжения. Пусть коэффициент деления делителя 23 частоты равен, например, четырем (фиг. 3, диаграмма 46). Тогда интервал каждой ступени напряжекаждого интервала. Это обусловливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки

сс

с неизменной формой кривой выходного напряжения.

Регулирование выходной частоты преобразователя может осуществляться

ния -58 можно разделить на четыре по

дынтервала, соответствующих полупериоду работы трансформатора 5.

На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи 12, 13, 15 и 17 (диаграммы 50, 51, 53 и 55, фиг.З). При этом через замкнутые ключи 17, 15 и 12 к выходным выводам В преобразователя прикладывается напряжение секдий 7 и В, равное 2U, к выводам С и В через ключи 13 и 12 - напряжение всей вторичной обмотки, равное Зи, к выводам С и А через ключи 13, 15 и 17 - напряжение секции 6, равное и. При этом в случае соединения

и.

у

и

и,

На втором подынтервале первого ин тервала замыкают ключи 11, 14, 16 и 17, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 5. К выходным выводам А, В и С преобразователя прикладываются напряжения прежних величин и полярностей, поэтому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале работа преобразователя повторяется для нечетных и четных интервалов соответственно, и формируются первая положительная, четвертая отрицательная и третья положительная ступени фазных напряжений. Работа преобразователя на следующих интервалах происходит аналогично в соответствии с диаграммами 42-57 и таблицей истинности (фиг. 4) устройства 25. В результате работы преобразователя на его формируется трехфазное пятиступенчатое напряжение 58.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тоj g двух направлениях и постоянство азности потенциалов фаз в течение

j g двух направлениях и постоянство разности потенциалов фаз в течение

каждого интервала. Это обусловливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки

с неизменной формой кривой выходного напряжения.

Регулирование выходной частоты преобразователя может осуществляться

изменением коэффициента деления делителя 23 при постоянной частоте работы трансформатора 5, что благоприятно сказывается на массогабаритных показателях преобразователя. Обычно частота работы трансформатора более чем в 10 раз выше выходной, поэтому регулирование последней осуществляется практически плавно.

Использование предлагаемого преобразователя обеспечивает по сравнению с известным меньшую установленную мощность элементов преобразователя, меньшее напряжение на ключах перемен- кого тока, а следовательно, меньшие массу и габариты преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидаль21

5

ное напряжение, содержащий однофазный инвертор, выходом подключенньй к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена с

, двумя промежуточными отводами, а также три группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, одни силовые выводы которых соединены с выходными выводами преобразователя, а

0 другие объединены в три общие точки, и блок управления, отличаю- ,щ и и с я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, крайние выводы вторичной обмотки трансформатора подключены к общим точкам двух указанных групп ключей переменного тока непосредственно, а ее промежуточные отводы соединены через два ключа переменного тока с общей точкой третьей

0 группы ключей переменного тока делят вторичную обмотку трансформатора на три равные части.

22

Фи,2

Фиг.

Редактор О.Юрковецкая

Составитель В.Моин

Техред А.Кравчук Корректор А.Зимокосов

Заказ 1463/53Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

ПО делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпр 1ятие, г.Ужгород, ул„Проектная, 4

Фиг.Ц

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное. Цель - уменьшение массы и габаритов. Устр-во содержит однофазный мостовой инвертор, выполненный на управляемых ключах 1-4. Выход инвертора нагружен на первичную обмотку трансформатора 5, выводы секций 6-8 вторичной обмотки которого соединены через ключи 9-19 переменного тока с выходными выводами преобразователя. Б преобразователе осуществляется формирование многоступенчатого выходного напряжения н а высокой промежуточной частоте при малой установленной мощности элементов. Для улучшения формы кривой выходного напряжения осуществляется амплитудно-импульсная модуляция выходного напряжения, а для уменьшения массы и габаритов трансформатора - преобразование напряжения в переменное на высокой промежуточной частоте. 4 ил. +