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 переменное трехфазное,

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов.

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

Силовая часть преобразователя (фиг.1) содержит однофазный инвертор выполненный на ключах 1-6, причем ключи 5 и 6 яйляются ключами переменного тока. Выход инвертора нагружен на первичную обмотку трансформатора 7. Выводы секций 8-10 вторичной обмотки трансформатора 7 соединены через ключи 11-21 переменного тока с выходными выводами А, В и С преобразователя .

Блок управления (фиг.2) преобразователем содержит задающий генератор 22, выход которого соединен с входом триггера 23, прямой и инверсный выходы которого связаны через блок 24 буферных усилителей с управляющими входами силовых ключей 1 и 2 инвертора. Выход задающего генератора 22 подключен также через делитель 25 частоты с изменяемым коэффициентом деления к входу двоичного счетчика 26, выходы которого соединены с адресными входами программируемого постоянного запоминающего устройства 27. Выходы 28-40 последнего связаны через логические элементы 2И 41-44, комбинационные устройства 45. 45.4 и блок 24 с управляющими входа ми силовых ключей 11-21 преобразователя, причем номера выходов блока 24 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены. Каждое комбинационное устройство содержит элементы 2И 46-49.

На диаграммах (фиг.З) представлены формы импульсов на выходах следующих элементов: 50 - задающего генератора 22; 51 и 52 - триггера 23 (прямой и инверсный сигналы, которые являются управляющими для ключей 1 и 2); 53 - делителя 25 частоты; 54

-

,

1

to

15

20

25

30

35

40

45

50

55

57 - элементов 2И 41-44 (импульсы управления ключами 3-6); 58 - трансформатора 7; 59-66 - комбинационных устройств 45.1-45.4 (импульсы управления ключами 11-18); 67-69 - устройства 27 (на выходах 38-40; импульсы управления ключами 19-21), 70 - преобразователя (выходное фазное напряжение).

Устройство работает следующим образом.

Для улучшения формы кривой 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 22 (фиг.2) формирует последовательность импульсов 50 (фиг.З), которая поступает на вход триггера 23. Сигналы 51 и 52 прямого и инверсного выходов триггера 23 усиливаются блоком 24 буферных усилителей и поступают на управляющие входы ключей 1 и 2. Кроме того, частота задающего генератора 22 делится делителем 25 частоты, например, на четыре,и поступает на вход двоичного счетчика 26 с коэффициентом пересчета, равным 18. С выходов счетчика 26 сигналы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 27, логические состояния выходов 28-40 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице на фиг.4. Выходные сигналы устройства 27 разрешают или запрещают прохождение сигналов 51 и 52 с выходов триггера 23 через элементы 41-44 и комбинационные устройства 45.1-45.4 на выходы блока 24. Причем зфовень логического нуля на входе блока 24 обеспечивает закрытое состояние силового ключа, а уровень логической единицы - открытое. В результате формируются необходимые последовательности импульсов управления силовыми ключами 3-6 и 11-21 преобразователя. Полупериод выходного напряжения 70 преобразователя можно разбить на девять равных интервалов.

На первом интервале в соответствии с таблицей (фиг.4) логические состояния выходов 28-40 устройства 27 имеют следующие значения:

3130

1000011111100. При этом с выхода 28 сигнал логической единицы отпирает элементы 41 и 42, обеспечивая прохождение инверсной последовательности 54 импульсов через элемент 41 и прямой последовательности 55 импульсов через элемент 42 и блок 24 буферных усилителей с выходов триггера 23 на управляющие входы силовых ключей 3 и 4 соответственно.Ло- гическим нулем с выхода 29 запираются элементы 43 и 44, а следовательно,и силовые ключи 5 и 6. Сигналы логических нулей с выходов 30 и 31 запирают элементы 47 и 49 комбинацион-

кого устройства 45.1, а следовательно, силовые ключи 11 и 12.

Формирование импульсов управления другими ключами на данном интервале, а также всеми силовыми ключами на следующих интервалах происходит аналогично в соответствии с диаграммами 50-69 (фиг.З) и таблицей истинности ,(фиг.4) устройств 27. В результате работы инвертор на обмотках трансформатора 7 формируется модулированное по амплитуде напряжение 58.

Для получения выходного напряже

ния преобразователя, близкого по фо

ме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из условия исключения гармоник, близких к основной. При этом амплитуда j-й ступени выходного линейного напряжения определяется по выражению

/

и; J,

где и - амплитуда синусоиды, аппроксимирующей ступенчатое напряжение .

Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней числа витков секций первичной обмотки трансформатора должны относиться между собой как WP, :Wc2i sin 60°: (sin 80° - - sin 60).

В результате при подключении источника питания инвертора к всей первичной обмотке трансформатора или к ее первой секции напряжение на всей вторичной обмотке трансформатора становится равным U или U4 соответственно . Во втором случае напряжения на секциях 8-10 (U, ) вторичной

с 8 обмотки трансформатора 7 должны быть

О

связаны с амплитудами ступеней с первой по четвертую () выходного линейного напряжения следующим образом:

U(. + .

Uc,o

,,

0

5

ции 8, равное U.

Для выполнения указанных равенств числа витков секций 8-10 должны относиться между собой : sin 20° : (sin 40 - sin 20°) : : sin 20°.

Полупериод выходного напряжения 70 (фиг.З) преобразователя можно разделить на девять интервалов, каждый из которых состоит из четырех подынтервалов .

На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи 1, 4, 14, 15, 17 и 19 (диаграммы 51, 55, 62, 63, 65, 67, фиг.З). При этом напряжение 58 на всей вторичной обмотке трансформатора 7 становится равным и, а на каждой из секций 8 и 10 - и, . Через ключи 19, 17 и 14 к выходным выводам А и В прикладывается напряжение секций 9 и 10, равное U, к выводам С и В через ключи 15 и 14- напряжение всей вторичной обмотки, равное и, к выводам С и А через ключи 15, 19 и 17 - напряжение секНа втором подынтервале первого интервала замыкают ключи 2, 3, 13, 16, 18 и 19, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 7. К выходным выводам А, В и С прикладываются напряжения прежних величин и полярностей, поэтому величины линейных и фазовых напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале работа преобразователя повторяется для нечетных и четных подынтервалов и формируются вторая

ная и первая положительная ступени линейных напряжений , Ug и UCR.

На первом подынтервале второго интервала замыкают ключи 1, 6, 11, 14 и 15, меняется полярность напря- жений на вторичной обмотке трансформатора, а его величина становится равной Uj. К выводам А и В через ключи 11 и 14, а к выводам С и В через ключи 15 и 14 прикладывается напряжение всей вторичной обмотки, равное Uj. Выводы С и А замыкаются накоротко через ключи 11 и 15. При этом формируются третья положительная, третья отрицательная и нулевая ступени линейных напряжений. На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично в соответствии с диаграммами 50-70 (фиг.З) и таблицей истинности (фиг.4) устройства 27. В результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное четырехступенчатое линейное напряжение, которому соответствует пятиступенчатое фазное напряжение 70 при соединении нагрузки звездой. В данном напряжении содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами 17, 19, 35, 37,..., а коэффициент гармоник этого напряжения 10,1%.

Предлагаемый преобразователь имеет по сравнению с известным меньшие массу и габариты за счет уменьшения максимального напряжения на элементах преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержаш;ий однофазный мостовой инвертор, один полумост которого выполнен на ключах постоянного тока, шунтированных возвратными диодами, а другой полумост - на

ключах переменного тока, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена с двумя промежуточными

отводами, а первичная обмотка - с одним отводом, который соединен через ключи постоянного тока, шунтированные возвратными диодами, с входными выводами преобразователя, а также

три группы ключей переменного тока по три ключа в каждой, одни силовые выводы которых соединены с выходными выводами преобразователя, а другие объединены в три общие точки, и блок

управления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, крайние выводы вторичной обмотки трансформатора подключены непосредственно к общим точкам двух

указанных групп ключей переменного тока, а ее промежуточные отводы соединены через два ключа переменного тока с общей точкой третьей группы ключей переменного тока, промежуточные отводы первичной и вторичной обмоток трансформатора делят их по числу витков в отношении sin 60° : (sin 80°- sin 60°) и sin 20°: (sin40°-sin 20°) : : sin 20° соответственно.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное-синусоидальное. Силовая часть устр-ва содержит однофазный инверто-р, выполненный на ключах 1-6. Выход инвертора нагружен на- первичную обмотку трансформатора 7, выводы секций 8-10 вторичной обмотки которого соединены через ключи 11-21 переменного тока с выходными выводами. Первичная обмотка трансформатора 7 содержит промежуточный отвод, который через ключи связан с шинами источника питания, с помощью которых изменяется коэф. трансформации трансформатора и на выходе формируется ступенчатое напряжение, в котором отсутствуют высшие гармоники близкие к основной. 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 обусловливает работоспособность устр-ва при любом коэф. мощности. 4 ил. JL 00 О СП оо tma:A essss Фиг.1

Фиг.. 2

Фиг.З

Составитель В„ Моин Редактор О, Юрковецкая Техред А.Кравчук Корректор А, Зимокосов

1463/53

Тираж 661 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная54

ФигМ