Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное Советский патент 1988 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении источников вторичного электропитания с квазиси- нусоидальным выходным напряжением, предназначенных для питания электроприводов переменного тока во всех случаяхf когда требуются согласование номинальных уровней напряжений питания и потребителя, стабилизация (или регулирование в определенном диапазоне) последнего при улучшении массогабаритных показателей устройства в целом.

Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения за счет уменьшения его коэффициента гармоник.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя однофазного на- пряжения в трехфазное, обеспечивающего гальваническую развязку фаз нагрузки; на фиг. 2 - вариант преобразователя с общей для трех фаз парой вторичных обмоток трансформатора; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип формирования трехфазного напряжения,в нерегулируемом (а) и регулируемом различными способами (б, в) вариантах; на фиг. 4 - прин- ципиальная схема блока управления преобразователем; на фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие принцип формировании сигналов управления ключами преобразователя.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное (фиг. 1) содержит основной трансформатор 1, концы первичной обмотки которого связаны с силовыми выводами сети однофазного на- пряжения, В зависимости от назначения преобразователя число вторичных обмоток трансформатора 1 может быть различно. В том случае, когда три фазы нагрузки должны быть гальванически развязаны, трансформатор 1 должен содержать шесть равных по числу витков вторичных обмоток 2-7. При этом i одни разноименные концы каждой пары обмоток 2иЗ, 4и5, 6и7 соедине- ны и образуют три нулевых выходных вывода 8-10 преобразователя. Другие разноименные конць пар упомянутых обмоток 2-7 подключены к ключам 11-16 переменного тока, которые также объединены попарно (И и 12, 13 и 14, 15 и 16), образуя точками соединения фазные А, В, С в .оды 17-19 преобразователя.

Каждая вторичная обмотка 2-7 выполнена с промежуточным отводом, который через ключи 20-25 переменного тока также подключен к соответствующму фазному выводу 17-19. Блок управления включает в себя последовательно связанные узел 26 синхронизации с сетью (входом подключенный к силовым выводам сети) и узел распределения 27 импульсов, гальванически развязанные между собой выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам ключей 11-16 и 20- 25 переменного тока. Дпя обеспечения регулирования вькодного напряжения преобразователя при минимально возможных его искажениях он снабжен регулятором 28 переменного напряжения с трансформаторным выходом.

Трансформатор 29 регулятора 28 имеет одну первичную обмотку, связанную с силовыми выводами сети через дополнительный ключ 30 переменного тока, а ее концы закорачиваются через второй дополнительный ключ 31 переменного тока. Вторичная обмотка трансформатора 29 регулятора 28 включена последовательно с первичной обмоткой основного трансформатора I по вольтодобавочной схеме. Управляющие входы ключей 30 и 31 связаны с выходами модулятора 32 ширины импульсов, который связан (синхронизирован) с узлом 26 синхронизации с сетью.

Если фазы нагрузки гальванически связаны между собой (трехпроводная нагрузка), точки 8-10 соединения пар обмоток 2-7 объединяют в общзпо точку - общий нулевой вывод преобразователя (пунктирная связь, фиг, 1). В этом случае трансформатор 1 целесообразно выполнять имеющим только две вторичные обмотки (например, 2 и 3), как показано на фиг. 2, К средней точке обмотки 2 подключены ключи 20, 22 и 24 переменного тока, образуя первую группу ключей с управляняди- ми входами М . К средней точке обмоки 3, кроме ключа 21, подключены ключи 23 и 25, образуя группу ключей с управляющими входами .Аналогично к началу обмотки 2 подключены ключи 11., 13 и 15 с управляющими входами М | , а к концу обмотки 3 - ключи 12, 14 и 16, с управляющими входами М| .

На фиг. 4 представлен вариант узла распределения импульсов, входящего в состав блока управления преобразователем. Он содержит последовательно соединенные пятнадцатиканаль- ный регистр 33 с перекрестной связью с парафазными выходами Q, Q,,

Q, Qj ,... ,Q-Q.-,... выполненный, например, на I-К- триггер ах 34- 38, и логический узел, выходы трех каналов 49-51 которого связаны с управляющими входами М -М У ключей 11-16 и 20-25 переменного тока,

К входу регистра 33 (общему счетному входу триггеров 34-48) подключен также счетный вход дополнитель- кого 1-К-триггера 52. Дпя обеспечения необходимой синхронизации его работы с сетью установочньй вход I триггера 52 через логический элемент 2И-НЕ 53 связан с выходами Q и Q триггеров 34 и.35. Выходы F, F триггера 52 также, как и выходы регистра 33, подключены к входам трех каналов 49-51 логического узла. Аппаратурная реализация каналов 49-51 обеспечива- ет связи между их входами, определяемые следующими логическими выражениями

Mj. QiQur -QiQi -i;

Mjl Q iQ i+QjQ , i+jQ 4«+Q(f 1+Q ИЙ

Mf QHIQHH + H QHI F;

.F+QHsQi F,

где (11,21) соответственно для

(B,C).

Если результирзпощий индекс i больше пятнадцати (число разрядов регистра 33), то производится замена

Qi Qk r KПриведенные логические выражения могут быть реализованы различным образом. На фиг. 4 представлен один из возможных вариантов. Например, канал 49 содержит три логических элемента 2И-2ИЛИ 54-56, два логических элемента 2И 57 и 58, логические элементы 2ИЛИ-НЕ 59 и 2ИЛИ 60. Для формирования управляющего сигнала М ключом 20 преобразователя канал 49 логического узла содержит логический элемент 2И-2ИЛИ 54. Его входы подключены к соответствующим выходам регистр 33 так, что на выходе логического элмента 2И-2ИЛИ 54 формируют управляющий сигнал М: Q, Q, +Q ,0, J.

Дпя формирования управляющего сигнала Мд ключом 21 в составе логи

5 0 5

5

0

ческого узла имеется два логических элемента 2И 57 и 58, сигналы 0,0. .с и j с выходов которых поступают на входы логического элемента 2ИЛИ 60, а выход последнего подключен к входу логического элемента 2ИЛИ-НЕ 59, второй вход которого соединен с выходом логического элемента 2И-2РШИ 54. Ре- зультирующнй сигнал М в .этом случае определяется выражением М Q, ,5 +

+QtQ3+Q4Ql5+Q4Q.KДпя формирования сигналов управления ключами 11 и 12 использованы логические элементы 2И-2ИЛИ 55 и 56, входы которых объединены попарно и подключены к выходам F, F триггера 52, а также к выходам.логических элементов 2И 57 и 58 так, что на их выходах формируются соответственно следующие логические сигналы: Мд -Q4Qi5F+Q,Q,,5F и ,jF. Два других канала 50 и 51 логического узла вьтолнены аналогично с учетом фазового сдвига на угол 2Т/3 управляющих сигналов. В логических выражениях, описывающих связи в узле, это задается изменением значения индекса i. Результирующие сигналы с выходом каналов 50 и 51 логического.

0

5

50

Т 1(

узла соответствуют выражениям М -М приведенным выше,

: Принцип работы преобразователя поясняется временными диаграммами, представленными на фиг. 3 и 5, Рассмотрим, как формируют последоват ель- ности управляющих сигналов м. -м. s ключами 11-16 и 20-25 переменного тока (фиг. 5). Здесь представлены: и А - напряжение.питания, сигнал с выхода синхронизатора 26 с сетью, импульсы которого совпадают с момен-, том изменения полярности напряжения питания Ufv. Работая в счетном режиме, 1-К-триггер 52 изменяет свое состояние с приходом каждого очередного импульса (и) последовательности и. На выходах . регистра 33 формируют сигналы прямоугольной формы вида (некоторые представлены на фиг. 5), сдвинутые по фазе на угол /15 относительно друг друга. После осуществления.логических операций над исходными последовательностями импульсов на выходах каналов 49-51 логического узла будут сформированы новые последовательлости управляющих сигналов (импульсов) М -- м . Эти, а также некоторые промежу51

точные сигналы представлены на фиг.5 Номер каждого логического элемента на схемеч(фиг. 4) соответствует индексу приведенной последовательности. Число витков вторичных обмоток 2-7 трансформатора 1 выбрано одинаковым: ...W.

Промежуточные отводы делят обмотки 2, 4 и 6 по числу витков в отношении 1:4, а обмотки 3, 5 и 7 - в отношении 3:2 при отсчете от точек 9 и 10 соединения. Таким образом, в соответствии с управляющими по следо- вательностями импульсов М -М у ключи 11-16 и 20-25 переменного тока преобразователя осуществляют подключение к выходным зажимам 17-19 частей вторкчных обмоток. При этом на интервале 0-1//3 осуществляется увеличение амплитуды линейного выходного напряжения по линейному закону (фиг. За) за счет последовательно подключаемых частей вторичных обмоток 2-7 с увели- чивающтдася числом витков. На интервале 1(/3-2 i /3 за счет синхронного переключения пар ключей 11 и 12, 13 и 14, 15 и 16 амплитуда напряжения на .выходе преобразователя не изменяется, а на интервале 21Г/3- л осуществляется линейное уменьшение его величины. Средняя линия выходного линейного напряжения представляет собой равнобо- кую трапецию с углом наклона боковых сторон 11/3.

Для обеспечения регулирования величины выходного напряжения при ми- нимапьно возможных искажениях преобразователь снабжен регулятором 28. В соответствии с сигналом и.(фиг,3б) с выхода модулятора 32 ширины импульсов последовательно с первичной обмоткой трансформатора 1 включается вторичная обмотка дополнительного транс форматора 29 регулятора 28, Она может быть включена как встречно (в этом случае выходное напряжение преобразователя регулируется от до ), так и согласно с первичной обмоткой трансформатора 1. Напряжение на первичной обмотке трансформатора 1 имеет вид U (фиг.Зб), а выходное напряжение (например, линейное напряжение А-В) - U .В зависимости от алгоритма работы ключей 30 и 31 регулятора 28 это напряжение может иметь различный вид (фиг. 36, в). В первом случае модулято 32 ширины импульсов может быть вьтолнен, напри86

мер , на основе одного генератора пилообразного напряжения и при этом регулятор обеспечивает несимметричное фазовое регулирование, а во втором - симметричное фазовое регулирование.

Таким образом, преобразователь позволяет получить трехфазное напряжение с хорошим качеством, характеризуемым малой величиной коэффициента гармонии, из однофазного. При частоте питающей сети (f - частота выходного напряжения) коэффициент гармоник напряжения улучшается более

чем в 6 раз (при углах регулирования ) от величины 0,31 до 0,046.

Формула- изобретения

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий основной трансформатор, концы первичной обмотки которого соединены с выводами для подключения источника однофазного напряжения, а вторичная обмотка выполнена с равными по числу витков полуобмотками, одии разноименные концы которых объединены и образуют нулевой вывод, а их другие разноименные и промежуточные отводы через ключи переменного, тока, с управляющими входами М j , М , М , М , где j - А,В,С-индекс выходной фазы, соединены с выходными выводами, и

блок управления, включающий в себя . последовательно связанные узел синхронизации с источником однофазного напряжения и узел распределения yfi- пульсов, выходами связанный с управляющими входами ключей переменного тока, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения, отвод первой полуобмотки делит ее по числу витков в

отношении 1:4, отвод второй поЛуоб- мотки - в отношении 3:2, узел распределения импульсов вьтолнен в виде последовательно соединенных пятнад- цатиканального регистра с перекрестной связью, с парафазными выходами

Q,5 QI, QI. Q,.,.,Qi5, 5,s и трех- канального логического узла, к остальным входам которого подключен пара- фазный выход F, F введенного 1«Ктриггера, счетный вход которого подключен к выходу узла синхронизации, установочный - к выходу введенного логического элемента 2И-НЕ, подключенного к соответствуюпщм выходам узла распределения импульсов, а аппаратурная реализация логического узла и связи между входами и выходами в каждом его канале определяется следующими выражениями

M Q;Qu7+QiQin;

MS QiQuj+QiQM+Qi+:Am+Qni4 Hj;

.jQ,4i+F+ ujSu(4F;

Mf Qv QH4F+Qi jQi-H4F

где (11,21) соответственно для

(B,C),

причем если 30, то связь между Q--выходом вышеупомянутого пятнадца- тиканального регистра и соответствующим входом логического узла определяется в соответствии с выражением , где ,, если , 35 - то где

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании источников вторичного электропитания, предназначенных для тихоходных электроприводов переменного тока в тех случаях, когда требуется обеспечить согласование номинальных уровней напряжения питания и потребителя. Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения за счет уменьшения его коэффициента гармоник. Преобразователь содержит сетевой трансформатор 1, вторичные обмотки 2 и 3 которого коммутируются при помощи ключей 11-16 и 20-25 переменного то,/ г IV ка с управляющими входами М --М . Каждая обмотка имеет промежуточный отвод, делящий обмотки по числу витков в отношении 3:2 и 1:4. Блок управления преобразователем обеспечивает нарастание и создание амплитуды напряжения подключаемых частей вторичных обмоток по линейному закону на интервалах соответственно и 27Г/3- и постоянство этих амплитуд на интервале 1Г/3-2 Н/3 полупериода выходного напряжения. 5 ил. i (Л сх QD 00 Фиг, 2

Фиг.1

tJt

плгшлгшл

zf

Фиг.д

Iftf Д I.JL f{i 1Пг- К лVlrTiLPt . e.

M feZOJ

«I иг/)

(Ж