Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное Советский патент 1987 года по МПК H02M7/48 

10

16

20

25

11359872

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении источников вторичного электропитания как централизованного, так и децентрализованного типов во всех тех случаях, когда требуются улучшенные массогабаритные показатели и повышенное качество преобразованной электроэнергии.

Целью изобретения яйляется улучшение качества преобразованной электроэнергии путем повьппения содержания основной гйрмоники и уменьшения коэффициента гармоник напряжения и тока.

На фиг.1 изображена принципиальная схема преобразователя; на фиг,2 - предлагаемое устройство для управления преобразователем; на фиг,3 - временные диаграммы, поясняющие прин- цип формирования управляющих сигналов ключами преобразователя; на фиг.4- временные диаграммы, поясняющие принцип формирования выходного фазного напряжения на нагрузке при одном значении угла регулирования , на фиг,5 - временные диаграммы двухфазных напряжений на, нагрузке и линейное напряжение между этими двумя фазами при о( на фиг,6 - зависимости коэффициента гармоник тока нагрузки преобразователя для прототипа - а и для предлагаемого реше- . кия - б ,

Преобразователь (фиг,1) содержит модулятор 1, вьтолненньш в виде четырех стоек ключей 2-9 (на фиг,1, например, в виде транзистора, шунтированного диодом обратного тока) с управляющими входами Ml, Ml - М4, М4. К средним точкам стоек ключей 2-7 подключены одни концы первичных обмоток 10 - 12 трех однофазных транс- форматоров 13-15, вторые концы которых объединены и подключены к средней точке ключей 8-9 четвертой стойки. Вторичные обмотки 16-18 подключены к трем однофазным демодуляторам 19-21, Демодуляторы могут быть выполнены по любой однофазной схеме (например, однофазной мостовой) на полностью управляемых ключах переменно- го тока. На фиг,1 демодуляторы 19-21 выполнены по схеме с нулевой точна ключах 22-27 с управляющими

30

35

40

45

50

кой,

входами ДМ1, ДМГ - ДМЗ, ДМЗ, Вторич- нь. в обмотки 16-18 в этом случае выполнены со средней точкой, которая

яв то то 19 30

ле ча кл де по ме св то ти пу ча вх хо к Пр в.о ус по М4 М4 ду вы но ра ча те че на ге по вт фа ны

ус ны ды ро но по ме ра уз щи 1, си ро gg ки дл но ши ро

6

0

5

0

5

0

является одним из вьшодов демодуляторов 19-21, объединенных в общую точку. Другие вьшоды демодуляторов 19-21 образуют выходные вьтоды 28- 30 (А,ВуС) преобразователя.

Блок 31 управления преобразователем, представленный на фиг.2, включает в себя задатчик 32 частоты, подключенный к первому 33 и третьему 34 делителям частоты, выходы которых подключены к входам логического элемента 2И-НЕ 35, Выход последнего связан через второй делитель 36 частоты с первым управляющим входом гаес- тиканального распределителя 37 импульсов. Выход первого делителя 33 частоты подключен также к счетному входу первого 1К-триггера 38, а выход третьего делителя 34 частоты - к счетному входу второго триггера 39 Прямой и инверсный выходы Q , Q пер- в.ого 1К-триггера 38 связаны через усилительно-развязьшающий узел (не показан) с управляющими входами М4, М4 ключей 8, 9 модулятора 1 так, что М4 Q , . К установочному входу I первого триггера 38 подключен выход элемента 2И-НЕ 35, а к установочному входу I второго 1К-тригге- ра 39 - выход второго делителя 36 частоты. Шестиканальный распределитель 37 импульсов выполнен по пересчетной схеме с перекрестными связями, например на трех основных 1К-триг- герах 40-42, счетные входы KOTQpbix . подключены к первому входу/выходу второго делителя 36 частоты. Пара- фазные выходы Q, Q, - Qj, J5 основных IK-триггеров 40-42 подключены к

5

0

установочным входам трех дополнительных 1К-триггеров 43-45, счетные входы которых объединены, образуют второй дополнительный вход шестиканаль- ного распределителя 37 импульсов и подключены к выходу логического элемента 2И-НЕ 35, В состав блока 31 управления входят также три логических узла: узел 46 формирования управляющих сигналов- ключами 2-7 модулятора 1, узел 47 формирования управляющих сигналов ключами 22-27 демодуляторов 19-21 и вспомогательньй логичес- g кий узел 48, Кроме указанных узлов, для обеспечения регулирования выход- но го напряжения введен модулятор 49 ширины шспульсОв, которьш синхронизирован от .первого 33 (пунктирная связь

313598724

на фиг.2) или третьего 34 делителя та Д ИЛИ 68 - МЗ + + частоты или может быть автономным. + выходах элементов

Вспомогательньй логический узел НЕ 70 - сигнал М2, -71 - МЗ. Выходы 48 содержит два канала. В состав пер- g узла 46 связаны через усилительно- вого входят последовательно включенные элемент ЗИ-НЕ 50 и элемент 2-ЗИ- 2ИЛИ 51. Связи между выходами первого 38 и второго 39 ИК-триггеров, выходом S модулятора 49 ширины импульсов и входами элементов 50, 51 выполнены реализующими следующие логические функции: ira выходе элемента ЗИ-НЕ 50, . а на выходе элемента 51 F Q,Q S Q , Выход F

развлзьшаюгаии узел с управляющими входами Ml, Ml - МЗ, МЗ ключей 2-7 модулятора 1.

Узел 47 также выполнен трехка10 нальным. В состав каждого канала входят последовательно включенные элемент 2-2И-ИЛИ 72-74 и элемент НЕ 75- 77. Связи с распределителем 37 импульсов, nepBbw 1К-триггером 38 и

15 вспомогательным логическим узлом 4В

обеспечивают реализацию следующих логических функций; на выходе элемента 2-2И-ИЛИ 72 - ДМ Q Q |-lO, Q ,Qf + IQf, 74 - даз ного логического узла 48 содержит по-20 QiQf IQ4 выходах элементов Н следовательно включенные элемент НЕ 75 формируется сигнал ДМ1, 76 - ДМ2,

2 вспомогательного логического узла 48

подключен к соответствующим входам узла 46. Второй канал вспомогатель52, к входу которого подключен выход S модулятора 49 ширины импульсов и элемент 2-2И-ИЛИ 53, оставшиеся входы которого подключены к выходам первого 1К-триггера 38 и модулятора 49 ширины импульсов. На выходе I вспомогательного узла 48, подключенного к соответствующим входам узла 47, обеспечивается реализация логической функции ,S + Q,S. Узел 48 используется в случае необходимости регулирования выходного напряжения. Без использования этого узла

входы узлов 46 и 47 формирования уп- 35 Импульсы U.jC его выхода поступают равляющих сигналов ключами модулято- на входы делителей 33 и 34 частоты, ра, обозначенные соответственно F и коэффициенты деления которых связаны I, подключены непосредственно к вы- соотношением N и N 1 1 . I-lMeHHO в этом ходам первого и второго 1К-триггеров, случае на схеме сравнения 2И-НЕ 35 так, что F Q , а I Q . . 40 вьщеляются импульсы , частота слеУзел 46 выполнен в виде трех иден- дования которых равна 12 f g,,, , где тичных каналов, каждый из которых со- fвых частота напряжения на выходе держит по четыре элемента ЗИ 54-65, преобразователя. После деления на 2 элемент 4ШШ 66-68 и последовательно при помощи второго делителя 36 час- подключенный к нему элемент НЕ 69-71. 45 тоты последовательность шчпульсов Связи между входами логического узла U, поступает на первый вход распре- 46 и соответствующими выходами шести- делителя 37 импульсов. Делители 34- канального распределителя 37 импуль- 36 частоты формируют узкие импульсы

(U34 зс) исключения состоя- 50 НИИ неоднозначности, присущих IKтриггерам, и тем самым повьшения функциональной надежности устройства в целом распределитель 37 1-1мпульсов выполнен по описанной вьше схеме. Для 55 этой же цели на установочный вход I первого 1К-триггера 38 подают последовательность узких импульсов Ujj- , а на установочный вход I второго IK- триггера 39 - последовательность Пэ.

сов обеспечивают реализацию следующих логических функций: на выходе элемента ЗИ 54 - 55 - ,Q g, 56 - , 57 - . Ha выходе элемента 4ИЛИ 66 формируется сигнал Ml Q. Q,Q,Qg+FQ Q, -H , a на выходе логического элемента НЕ 69 - сигнал Ml. Остальные каналы вы- яолнены аналогично и формируют на эыходах элемента ИЛИ 67 сигнал М2 Q iQ tQ 8 +Q iQ frQ г Q 8 +FQ bQ « ; элеменНЕ 70 - сигнал М2, -71 - МЗ. Выходы узла 46 связаны через усилительно-

развлзьшаюгаии узел с управляющими входами Ml, Ml - МЗ, МЗ ключей 2-7 модулятора 1.

Узел 47 также выполнен трехканальным. В состав каждого канала входят последовательно включенные элемент 2-2И-ИЛИ 72-74 и элемент НЕ 75- 77. Связи с распределителем 37 импульсов, nepBbw 1К-триггером 38 и

вспомогательным логическим узлом 4В

77 - ДМЗ. Выходы узла 47 связаны также через усилительно-развязьшающий узел с управляющими входами ДМ1,

ДМ1-ДМЗ, ДМЗ ключей 22-27 демодуляторов 19-21.

Принцип работы предлагаемого устройства для управления преобразователем поясняется временными диаграммами, представленными на фиг.3,4с Рассмотрим принцип формирования управляющих сигналов ключами преобразователя (фиг.З), Задатчик 32 ггасто- ты синхронизирует работу устройства.

На выходах указанных триггеров в этом случае обеспечивается такж.е устойчивое формирование последовательностей импульсов Ujg , Ugg , причем в

случае необходимости (случайный сбой и пр.) каждую /6 периода выходной частоты триггер 39 и каждую 1/12 периода fgj,, триггер 38 автоматически принудительно устанавливаются в исходное состояние. Модулятор 49 ширины импульсов обеспечивает в соответствии с сигналом и формирование последовательности импульсов , скважность которых может изменяться от О до . Узлы 46-48 выполнены на стандартных микросхемах,совершаю Ц1гх: известные логические операции. Сигналы на некоторых их выходах представлены на-фиг.3. Номера последовательностей сигналов соответствуют номерам микросхем.

Особенностью построения модулято- .ра 1 является использование общей стойки ключей 8,9 для формирования модулированных напряжений U, - U, . всех трех фаз А,В С, На управляющие входы М 4, М4 ключей 8,9 подают сигналы управления Ujg, U ( ) (фиг.З) с неизменной частотой На управляющие входы Ml, Ml - МЗ, МЗ ключей 2-7 остальных стоек модулятора 1 сигналы управления подают с большей или равной частотой (в отли- чие от прототипа, где сигнал управления подают с большей, равной и меньшей частотой, что неоправданно услож- йяет структуру блока управления) при углах регулирования о 0 либо сигнал типа F и сигнал равной частоты (U,.- и 3 на фиг.З) при 0 на соответствующих интервалах проводимости, обусловленных требуемым фазовым сдвигом. Наличие одинаковой частоты коммутации силовых ключей 2-9 модулятора 1 позволяет сформировать на трех силовых трансформаторах 13-15 переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы (например, на интервале /6 - 5 /6 (сигнал U,j на фиг.4). Отличие, частоты коммутации ключей 2-7 от частоты коммутации ключей 8-9 позволяет сформировать переменное модулированное напряжение при (например,сигнал U,j на интервале - /Г/6 - 5 «76 и 5 fT/6-7/Г/6 на фиг.5 либо напряжение, форма которого представлена на фиг.4 (на тех же интервалах проводимости). Такая форма напря9872б

жений позволяет получить на вьЬсоде трех демодуляторов. 19-21 на трехфазной нагрузке, соединенной в звезду, три трехфазных напряжения с однопо- лярной ПММ с фазовым сд вигом 120°

(и29 30 на фиг.4, 5).

Сравнивая спектральный состав фазового напряжения в предлагаемом устройстве и в прототипе, можно отметить что относительная величина основной гармоники увеличивается на 14,8% (Uj 1,218 П;,,,кg по сравнению с Uj, 1,061 прототипе), причем это достигается при одинаковом числе коммутаций силовый ключей преобразователя (). Качество же преобразованной электроэнергии при этом улучшается вдвое (K(i) снижается с 0,41 до 0,21(фиг.6).

Формула изобретения

Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, включающим модулятор в виде четырех стоек ключей с управляющими входами Ml, Ml - М4, М4, подключенных между шинами питания, три однофазных трансформатора, одни концы первичных обмоток которых подключены соответственно к точкам соединения ключей первых трех стоек, другие концы этих обмоток объединены и подключены к точке соединения ключей четвертой стойки, три однофазных демодулятора на ключах переменного тока с управ- ляющими входами ДМ1, ДМ1 - ДМЗ, ДМЗ,

подключенных к вторичным обмоткам соответствующих трансформаторов, причем одни одноименные вьюоды демодуляторов объединены, другие являются выходными выводами преобразова-

теля, содержащее задатчик частоты, подключенный к первому делителю частоты, выход которого связан также с вторым делителем честоты, выход которого соединен с первым входом распределителя,импульсов, третий делитель частоты и формирователь управляющих сигналов ключами модулятора, входами подключенный к выходам распределителя импульсов, а выходы предназначены для подключения к з равля- ющим входам Ml, Ml - МЗ, МЗ ключей первых трех стоек модулятора, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества цреобсазо

ванной электроэнергии путем повышения содержания основной гармоники и уменьшения коэфф1-щиента гармоник напряжения и тока, оно снабжено двумя 1К-триггерами с парафазньми выходами Q,Q и Qj,Q,j, элементом 2И-НЕ и формирователем управляющих сигналов ключами демодулятора, входами подсоединенного к выходам распределителя импульсов и первого 1К-триггера, выход первого делителя частоты связан с вторым .делителем через первый вход элемента 2И-НЕ и со счетным входом первого 1К-триггера, второй вход элемента 2И-НЕ соединен с выходом третьего делителя частоты и подключен к счетному входу второго 1К-триггера, а выход подключен к установочному 1-входу первого 1К-триггера, пред-- назначенного для подключения вькода- ,ми к управляющим входам ключей четвертой стойки модулятора так, что , М4 Q1, вход третьего делителя частоты подключен к выходу за- датчика частоты, а распределитель импульсов выполнен шеетиканальным с парафазными выходами Q з, Q Qj QS

0

5

0

по пересчетной схеме с перекрестными связями на трех основных 1К-тригге- , pax, счетные входы-которых подключены к первому входу распределителя,- выходы QgjQj Qj,Qj- к установочным входам трех дополнительных IK- триггеров, счетные входы которых объединены и являются вторым дополнительным входом -распределителя импульсов , подключенным к выходу элемента 2И-НЕ, причем связи мезкду выходами 1К-триггеров, распределителя импульсов и выходами формирователей управляющих сигналов вьтолнены реализующими следующие логические функции:

Ml Q,Q,Q, + Q,Q,Q, + Q2Q.Qe+ ,, M2 Q,Q,Qg + , + Q,Q,Qe +Q,Q,Qe; M3 + Q,Q,Q, + Q. ,l ДМ1 Q,Q3 + Q,

ДМ2 Q,Qj + Q, . даЗ Q, Q Q,Q,,a первый, второй и третий делители , 5 частоты выполнены формирующими узкие выходные импульсы и с коэффициентами деления N, 2, Nil соответственно, где N - любое целое число.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении источников вторичного электропитания как централизованного, так и децентрализованного TimoB во всех случаях, когда требуются улучшенные массогабаритные показатели и улучшенное качество преобразованной электроэнергии. Целью изобретения является улучшение качества преобразованной электроэнергии путем повышения содержания основной гармоники и уменьшения коэффициента гармоник напряжения и тока. Преобразователь обеспечивает преобразователь постоянного напряжения в трехфазное, квазисинусоидальное, а также регулирование его величины. В состав преобразователя входят модулятор в виде четырех стоек ключей, три однофазных . трансформатора, три демодулятора на ключах переменного тока и устройство управления, снабженное триггером и элементом 2И-НЕ. Построение логических узлов обеспечивает формирование заданного напряжения и его регулирование . 6 ил. (Л о:) ел со 00 | ND

Jff

If9 фиг.1

28

cpus.Z

,м

ш

1

I

И

ait

I

I

ffl

oJf

,

fS

6

и.

29

Ljt

я

ПШж

и

)J

и.

28

и.

29

шс±

1Ж

и,

Л

О ж. :IL IL Tt

Фиг. 5

iniUL

Ж

(Jt

О 5 Ю 15 W Фиг. 6