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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания или электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное. I..

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя; на фиг. 2 - принципиальная схема системы управления преобразователем; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие принцип формирования импульсов управления ключами преобразователя; на фиг. 4 - таблица истинности программируемого постоянного запоминающего узла.

Преобразователь (фиг, 1) содержит однофазный инвертор, выполненный на ключах 1-4, выход которого нагружен на первичную обмотку трансформатора 5. Секции 6 и 7 основной вторичной обмотки трансформатора 5 подключены через дополнительные вторичные обмотки 8 и 9 и ключи 10-21 переменного тока к выходным выводам А, В, С преобразователя, В качестве ключей 1-4 инвертора могут быть использованы транзисторы или тиристоры с встречно-параллельно включенными диодами, а в качестве ключей переменного тока - симисторы, встречно- параллельно включенные тиристоры или транзисторы с последовательно включенными диодами, транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока

диодных MOCtOB,

Блок управления преобразователем (фиг. 2) содержит задающий генератор 22, выход которого связан через триггер 23 и блок 24 буферных усилителей с управляющими входами силовых ключе

40 входы силовых ключей 1-4. Кроме того, частота задающего генератора 22 делится делителем 25 частоты, например, на 2 и поступает на вход двоичного счетчика 26 с коэффициентом пересче- выходов счетчика

1-4 однофазного инвертора. Кроме того,45 та, равным 24, С

выход задающего генератора 22 под- 26 сигналы поступают на адресные вхоключен через делитель 25 частоты ды программируемого постоянного запос изменяемым коэффициентом деления к

входу двоичного счетчика 26, выходы

которого соединены с адресными входа- 50 зависимости от кода адреса представми программируемого постоянного запо- лены в таблице на фиг. 4. Выходные

минакнцего устройства 27. Выходы 28- сигналы элемента 27 разрешают или

минающего устройства 27, логические состояния выходов 28-39 которого в

29 последнего связаны через комбинационные узлы 40.1-40.4 и блок 24 буферных усилителей с управляющими вхо-gg бинационные узлы 40.1-40.4 на входы дами силовых ключей 10-21 преобразо- блока 24. Причем уровень логического вателя. Причем номера выходов блока нуля на входе блока 24 обеспечивает 24 соответствуют номерам ключей, к закрытое состояние силового ключа, которым они подключены. Каждый ком- а уровень логической единицы - отбинационный узел 40 содержит логические элементы НЕ 41, 3-ЗИ-2ИЛИ 42, НЕ 43, 2И 44, из которых первый элемент НЕ 41 подключен между вторым и пятым входами злемента 42, третий и шестой входы которого соединены с одним входом элемента 44, выход элемента 42 связан через второй элемент НЕ 43 с другим входом элемента 44, второй и третий - с шестым, первый и четвертый входы элемента 42 образуют соответственно с первого по четвертый входы комбинационного устройства, 5 а выходы последнего образованы выходами элементов 42 и 44,

На фиг. 3 диаграммы представляют формы импульсов на выходах следующих элементов: 45 - задающего генерато- Q ра 22; 46 и 47 - триггера 23 (прямой , и инверсный сигналы, которые являются управляющими для ключей 1-4); 48 - трансформатора 5; 49 - делителя 25 частоты; 50-57 - комбинацион- 5 ные узлы 40,1-40,4 (импульсы управления ключами 10-17 соответственно); 58-61 - на выходах 36-39 элемента 27 (импульсы управления ключами 18-21), 55 - преобразователя (выходное на- 0 пряжение).

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 22 (фиг. 2) . формирует последовательность -импульд сов 45 (фиг. 3), которая поступает на вход триггера 23, Сигналы 46 и 47 прямого и инверсного выходов триггера 23 усиливаются блоком 24 буферных усилителей и поступают на управляющие

0 входы силовых ключей 1-4. Кроме того, частота задающего генератора 22 делится делителем 25 частоты, например, на 2 и поступает на вход двоичного счетчика 26 с коэффициентом пересче- выходов счетчика

5 та, равным 24, С

минающего устройства 27, логические состояния выходов 28-39 которого в

запрещают прохождение сигналов 46 и 47 с выходов триггера 23 через комкрытое. В результате формируются необходимые последовательности импульсов управления силовыми ключами 1-4 и 10-21 преобразователя. Полупериод выходного напряжения 62 преобразователя можно разбить на 12 равных интервалов .

На первом интервале в соответстви с таблицей на фиг, 4 логические состояния выходов 28-39 элемента 27 имеют следующие значения 00011100110 С выходов 28-29 сигналы логических нулей поступают на входы комбинационного узла 40.1, запирают его, а следовательно, и силовые ключи 10 и 11 Сигнал логического нуля с выхода 30 инвертируется элементом 41 и отпирает вторую схему И элемента 42 комбинационного узла 40.2, обеспечивая прохождение инверсной последовательности импульсов с выхода триггера 23 через элемент 42 и блок 24 на управляющий вход силового ключа 12. Кроме того, выходные импульсы 52 элемента 42 комбинационного узла 40.2 инвертируются элементом 43 и через открытый элемент 2И 44 и блок 24 поступают на управлякяций вход ключа 13. Формирование- импульсов управления другими ключами на данном интервале, а также всеми силовыми ключами на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 45-61 (фиг. 3) и таблицей инстинности (фиг. 4) элемента 27. В результате работы инвертора на обмотках трансформатора 5 формируется напряжение 48, а на фазе нагрузки при соединении ее звездой - напряжение 62. Амплитуды ступеней с первой по шестую

2 ,, 4 „ 5 „ 6 „ последнего равны U, - U, - U, - U

7 Я

т и, т и, где и - амплитуда напряжения на обмотках 8 и 9. Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней напряжение на каждой из секций 6 и 7 вторичной обмотки трансформатора 5 должно быть равно 2И, т.е. числа витков основной и вспомогательных вторичных обмоток трансформатора 5 должны относиться между собой как 1:0,25:0,25. Инвертор и трансформатор могут работать на высокой частоте, кратной выходной.При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя 25

частоты и числом ступеней в полуперио - де выходного напряжения. Пусть коэффициент деления делителя 25 частоты равен, например, двум (фиг. 3).Тогда интервал каждой ступени напряжения 62 можно разделить на два подынтервала, соответствующих полупериоду работы трансформатора 5.

На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи 13, 14, 18 и 19 (фиг. 3, диаграммы 53, 54, 58, 59). При этом к выходным выводам А, В и С, А преобразователя прикладываются напряжения соответственно секций 6 и 7, равные 2U, а к выводам С, В - сумма напряжений этих секций, равная 4U, В этом случае при соединении нагрузки звездой фазные напряжения равны

2U-2U

и.

0;

25 и.

UBC -и,в

-4U-2U

На втором подынтервале первого интервала замыкают ключи 12, 15, 18 и 19, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 5. К выходным выводам А, В и С, В прикладываются напряжения секций 6 и 7, а к выводам В, С - их сумма, поэтому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале при любом коэффициенте деления делителя 25 частоты работа ключей переменного тока повторяется для нечетных и четных подынтервалов соответственно и формируются нулевая, четвертая отрицательная и четвертая положительная ступени фазных напряжений Пд, Ug, Uc соответственно .

На первом подынтервале второго интервала замыкают ключи 13, 14, 17 и 19, меняется полярность напряжений на секциях 6 и 7. К выводам А, В прикладывается сумма напряжений секции 7 и обмотки 9, равная 3U, к выводам С, А - разность напряжений секции 6 и обмотки 9, равная U, к выводам В, С - сумма напряжений секции 6 и 7, равная 4U. При этом фазные напряже

ния становятся равными

UA 5

и.

-.U; Uj - и, т.е. формируются

первая положительная, пятая отрицательная и третья положительная ступени фазных напряжений Цд , Uj,, U соответственно. В дальнейшем работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 45-61 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, числа витков основной и вспомогательных обмоток трансформатора должны относиться между собой как 1:0,232:0,232. При этом в напряжении присутствуют только высшие гармоники с порядковыми номерами п 11, 13, 23, 25,..., а коэффициент гармоник равен 15,2%.

Использование предлагаемого преобразователя обеспечивает меньшую массу и габариты по сравнению с известным за счет исключения вспомогательного инвертора и трансформатора, работающих на низкой частоте.

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, содержаш 1й однофазный инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора, основная вторичная обмотка которого содержит отвод от средней точки, три группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, одни силовые выводы которых соединены с выходными выво- дами преобразователя, а другие их выводы объединены в три общие точки, две из которых соединены с концами вторичной обмотки трансформатора, и блок управления, содержащий задакнций генератор, выход которого соединен с входом триггера и входом последовательно связанной цепи, содержащей делитель частоты, счетчик импульсов.

программируемое постоянное запоминающее устройство, три пары выходов которого соединены с первыми и вторы- ми входами трех комбинационных узлов, третий и четвертый входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, выходы комбинационных узлов, три другие выхода программируемого постоянного запоминающего устройства и выходы триггера подключены соответственно через блок буферных усилителей к управляющим входам силовых ключей преобразователя, а каждый комбинационный узел содержит два логических элемента НЕ и по одному элементу 3-ЗИ- -2ИЛИ и 2И, второй вход элемента 3-ЗИ-2ИЛИ соединен с пятым входом через первый элемент НЕ, третий и шестой входы объединены и соединены с одним входом элемента 2И, выход элемента 3-ЗИ-2ШШ соединен через второй элемент НЕ с другим входом элемента

2И, причем второй, третий - с шестым, первый и четвертьш входы элемента 3-ЗИ-2ИЛИ образуют соответственно с первого по четвертый входы комбинационного узла, выходы которого образованы выходами входящих в него, элементов 3-ЗИ-2ИЛИ и 2И, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, средняя точка вторичной обмотки трансформатора соединена с общей точкой третьей группы ключей переменного тока через три параллельные ветви, из которых первая и вторая содержат по ключу переменного тока и дополнительной вторичной обмотке трансформатора, а

третья ветвь ключ переменного тока, причем указанные обмотки включены встречно, а в блок управления введены четвертый комбинационный узел,

первый и второй входы которого подключены к двум дополнительным выходам программируемого постоянного запоминающего устройства, а третий и четвертый входы - к выходам триггера,

выходы указанного комбинационного узла и третий дополнительный выход программируемого постоянного запоминающего устройства соединены через блок буферных усилителей с управляющими входами указанных дополнительно введенных ключ ей переменного тока,причем в программируемое постоянное запоминающее устройство введена программа в соответствии с таблицей истинности.

2, Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что числа витков основной и дополнительных вторичных обмоток трансформатора относятся между собой как 1:0,232:0,232,

3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что числа витков основной и дополнительных вторичных обмоток трансформатора относятся между собой как 1:0,25:0,25.

К 2i К 2i

.:

/

if 3

Фиг.1

Редактор С.Пекарь

Составитель ВоМоин Техред М.Дядык

Заказ 4241/52 Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор С.Шекмяр

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное. Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов. Преобразователь содержит однофазный инвертор, нагруженный на трансформатор, а также .три группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой. Одни силовые выводы ключей связаны с выходными выводами преобразователя, а другие обьединены в три общие точки, две из которых соединены с крайними выводами основной вторичной обмотки трансформатора. Третья общая точка ключей подключена через три ключа и две дополнительные обмотки трансформатора к средней точке основной обмотки. Числа витков основной и дополнительных обмоток относятся как 1:0,25: :0,25 или 1:0,232:0,232. Блок управления преобразователем содержит задающий генератор, нагруженный на две параллельные ветви, первая из которых содержит триггер и блок буферных усилителей, а вторая ветвь - последовательно связанные делитель частоты, счетчик импульсов, программируемое постоянное запоминающее устройство, логические элементы и блок буферных усилителей. Инвертор работает на высокой частоте, кратной выходной, и на вторичных обмотках трансформатора формируется прямоугольное напряжение. С помощью ключей переменного тока это напряжение преобразуется в низкочастотное многоступенчатое, близкое по форме к синусоидальному. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. с (Л оо со СО ОС со