Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное Советский патент 1988 года по МПК H02M7/5395 

обмотки соединены последовательно так, что образуют три секции, каждая из которых содержит по одной обмотке основного и вспомогательного трансформаторов, причем в крайних секциях обмотки включены встречно, а в средней секции согласно. Выводы секций через ключи переменного тока 1 7- 28 подключены к выходным выводам А, В, С преобразователя. Числа витков вторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов крайних секций относятся как 3:2, а средней секции как 4:2. Такое соотношение чисел витков позволяет значительно

улучшить форму кривой выходного напряжения преобразователя. Основной и вспомогательный трансформаторы работают на высоких частотах, поэтому имеют малые массу и габариты. Напряжение вторичных обметок трансформа- торов алгебраически суммируются в различных сочетаниях. Через ключи переменного тока эти обмотки подключаются в определенной последовательности к выходным выводам преобразователя, где формируются трехфазное 11- ступенчатое напряжение, близкое по форме к синусоидальному (с коэффициентом гармоник 6,6%). 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель - улучшение формы кривой выходного напряжения и уменьшение массы и габаритов. Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное содержит основной и вспомогательный однофазные инверторы на ключах 1-4 и 5-7, нагруженные соответственно на основной и вспомогательный трансформаторы 9 и 10, имеющие каждый по три вторичные обмотки 11-13 и 14-16. Эти /7 1C

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода.

Цель изобретения - улучшение формы кривой выходного напряжения и уменьшение массы и габаритов.

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

Преобразователь (фиг.1) содержит основной и вспомогательный однофазные инверторы, выполненные соответственно на ключах 1-4 и 5-8. Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки основного 9 и вспомогательного 10 трансформаторов. Вторичные обмотки 11-13 основного трансформатора 9 и вторичные обмотки 14-16 вспомогательного трансформатора 10 соединены последовательно так, что образуют три секции, каждая из которых содержит

одну вторичную обмотку основного и

одну вторичную обмотку вспомогательного трансформатора. Выводы секций соединены через ключи. 17-28 переменного тока с выходными выводами А, В и С преобразователя. В качестве ключей 1-8 инверторов могут быть использовань транзисторы или тиристоры с обратными диодами, а в качестве ключей переменного тока 17-28 симисторы встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с последовательно включеннь ми диодами, транзисторы, включенные в диагонапи постоянного тока диодных мостов.

Блок управления преобразователя (фиг.2) содержит задающий генератор 29, прямой и инверсный выходы которого соединены через триггер 30 и блок 31 буферных усилителей с управляющими входами ключей 1-4 основного инвертора. Кроме того, выход задающего генератора 29 подключен через делитель 32 частоты с изменяемым коэффициентом деления к входу двоичного счетчика 33, выходы которого соединены с адресными входами программируемого постоянного запоминающего устройства 34. Выходы 35-58 последнего связаны через логические элементы НЕ 59-63, триггер 64, элементы 2И 65 и 66 и элементы 2-2И-2ИЛ1 67- 79, блок 31 с управляющими- входами силовых ключей преобразователя, причем номера выходов блока 31 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены.

На фиг.З диаграммы 80-102 соответствуют форме импульсов на выходах следующих элементов: 80 - задающего генератора 29; 81 и 82 - прямого и

31

инверсного выходов триггера 30 (импульсы управления ключами 1, 4 и 2,3 инвертора); 83 - делителя 32 частоты 84-87 - элементов 67, 61, 68 и 62 (импульсы управления ключами 5-8 соответственно); 88 и 89 - трансформаторов 9 и 10; 90-101 элементов 65, 66 и 70-79 (импульсы управления ключами 17-28); 102 - преобразователя (выходное фазное напряжение U).

Преобразователь работает следую- пщм образом.

Улучшение формы кривой выходного напряжения в преобразователе осуществляется за счет амплитудно-импульсной модуляции, а уменьшение мас сы и габаритов трансформаторов - путем преобразования постоянного напряжения в переменное на высокой про межуточной частоте.

Задакщнй генератор 29 формирует последовательность импульсов 80, которая поступает на вход триггера 30. Сигналы 81 и 82 его прямого и инверс ного выходов усиливаются блоком 31 буферных усилителей и поступают на управляющие входы силовых ключей . 1,4 и 2,3 основного инвертора. Кроме того, частота задающего генератора 2 делится делителем 32, например, на

два, и поступает на вход двоичного счетчика 33 с коэффициентом пересчета, равным 21. С выходов счетчика 33 импульсы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 34, логические состояния выходов 35-58 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице (фиг.4). Выходные сигналы элемента 34 разрешают . или запрещают прохождение импульсов 81 и 82 с прямого и инверсного выходов триггера ..30 на входы блока 31. Причем уровень логического нуля на входе блока 31 обеспечивает закрытое состояние сипового ключа преобразователя, а уровень логической единицы - открытое. Триггер 64 и логические элементы 69 и 63 обеспечивают инвертирование импульсов прямогсг и инверсного выходов триггера 30, поступающих на вход элементов 65, 66 и 70-79,через каждый полупериод выходного напряжения преобразователя. В первый полупериод сигналом логической едини цы с выхода 37 элемента 34 триггер 64 устанавливается в логическое состояние 2 и на выход элемента 69 прохо

0

s

о

5 «

дят прямые импульсы с выхода триггера 30. Во второй полупериод триггер 64 переключается в состояние О и на выход элемента 69 проходят инверсные сигналы с выхода триггера 30. Такая смена последовательностей импульсов определяется алгоритмом работы ключей 17-28 (диаграммы 90-10. фиг.З) преобразователя. Полупериод выходного напряжения 102 преобразователя можно разделить на 21 равный интервал, что соответствует 21-му состоянию элемента 34.

При первом интервале, в соответствии с таблицей на фиг.4, сигналы логических ед1шиц с выходов 35, 36, 44, 47, 48, 50, 52, 53 элемента 34 обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 30 через элементы 67, 68, 72, 74 и 77 на управляющие входы ключей 5, 7, 21, 23 и 26 и инверсной последовательности импульсов через элементы 73, 75 и 76 на управлягацие входы ключей 22, 24 и 25. Кроме того, выходные импульсы элементов 67 и 68 инвертируются элементами НЕ 61 и 62 и через блок 31 поступают на управляющие входы ключей 6 и 8 вспомогательного инвертора. Сигналы логических нулей с выходов 38-43 и 55-58 элемента 34 запирают элементы 65, 66, 70, 71, 78 и 79, а следовательно, и силовые ключи 17-20 и 27, 28.

Формирование импульсов управления всеми силовыми ключами преобразователя на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммаг-ш 80-101 (фиг.З) и таблицей истинности (фиг.4) элемента 34.

В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 9 и 10 фор- с мируется прямоугольное напряжение 88, 89, а на фазе нагрузки, при соединении ее звездой, - напряжение 102, близкое по форме к-С1шусоидальному. Амплитуда ступеней с 1 по 11 этого и ,, 5U 7U

5

0

0 напряжения равны

U;

3 3

§у„. зи- 4U. i2u

,-)u, 2 2 3

и

5

14U

где и - амплитуда первой сту

пени выходного Л1шейного напряжения. Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней.напряжения на вторичных обмотках 11-13 основного трансформатора 9 должны быть равн Зи, 4и и Зи,; а напряжения на каждой из вторичных обмоток вспомогательного трансформатора 0 по 2U, т.е. числа витков обмоток II, 14 и 13, 16 крайних секций должны относится как 3:2, а обмоток 12 и 15 средней секции - как 4:2.

Основной инвертор и трансформатор могут работать на любой высокой частоте, а вспомогательные инвертор и трансформатор на частоте в два раза ниже. Промежуточная частота, на которой работает основной трансформа- тор, кратна частоте преобразователя. При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя 32 частоты и числом ступеней в полупериоде выходного напряжения. Пусть коэффициент деления делителя 32 час- тоты равен, например, двум. Тогда интервал каждой ступени напряжения 102 можно разделить на два подинтер- вала, соответствукщих ползгпериоду работы трансформатора 9.

На первом подинтервале первого интервала замкнуты ключи 1р 4, 5, 7, 21, 23 и 26 (диаграммы 8), 84, 86, 94, 96 и 99, фиг.З). При этом напряжение на вторичных обмотках 11-13 основного трансформатора 9 равно 3U, 4U и Зи, а на вторичных обмотках 14- 16 вспомогательного трансформатора О равно нулю. К выходн.ым выводам А и В преобразователя через замкнутые ключи 23 и 26 прикладывается напряжение обмотки 12, равное 4U, к выводам В, С через ключи 26 и 21 суммы напряжений обмоток 11 и 12, равная 7U, к выводам С, А через ключи 21 и 23 напряжение обмоток 1I, равное Зи, Б этом случае при соединении нагрузки звездой фазные напряжения равны

. 4U-3U и , 3 3 3 -7U-4U ну.

Ил

и,

е

и.

-(UA - и)

3

10U

ъ -5-.

На втором подинтервале первого интервала замыкакгг нлючи 2$ 3, 6, 8, 22, 24 -и 25, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 9, а напряжение на обмотках трансформатора 10 остается равным нулю. К выходным выводам А и В прикладывается напряжение обмотки 12, равное 411

д 5

к выводам В и С сумма напряжений обмоток 12 и 13, равная -7U, к выводам С и А напряжение обмотки 13, равное Зи, поэтому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними, В дальнейшем на первом интервале при любом коэффициенте деления делителя 32 частоты работа ключей переменного тока повторяется для нечетных и четных подинтервалов, соответственно и формируются первая положительная, восьмая отрицательная, седьмая положительная ступени фазных напряжений Ид, Ug и и,.

0

На первом подинтервале второго интервала замыкают ключи 1,4,6,7,20, 24 и 27, меняется полярность на обмотках 11 и 13;) основного трансфорQ матора 9 и появляется напряжение на обмотках 14-16 вспомогательного трансформатора 10, равное 2U (на каждой).

К выводам А и В прикладывается сумма напряжений обмоток 13 и 16,

5 равная 5U, к вьшодам В и С - алгебраическая сумма напряжений обмоток 12, 13 и 15, 16, равная -7U, к выводам С и А - разность напряжений обмоток 12 и 15, равная 2U, При этом фаз0 ные напряжения обмоток остановятся равными и U; Ug -4U и U 3U, т.е. формируются вторая положительная, девятая отрицательная и шестая положительная ступени фазных напряжений Цд, Ug и и соответственно.

В дальнейшем работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 80-101 (фиг.З) импульсов управления ключами

Q преобразователя.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство

g разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.

Предлагаемый преобразователь по сравнению с известным имеет лучшую форму кривой выходного напряжения (11-ступенчатую с коэффициентом гармоник Кр 6,6% вместо 6-ступенчатой с Kj. 9,43% в прототипе) и меньшие массу и габариты вследствие работы обоих трансформаторов на повышенных частотах.

5

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, выходами соединенные с первичными обмотками основного и вспомогательного трансформаторов, первый из которых содержит первую и вторую вторичные обмотки, а второй - первую вторичную обмотку, три группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, одни силовые выводы ключей каждой группы объединены и образуют три общие точки, а другие силовые выводы подключены к соответствующим выходным выводам преобразователя, отличающийся тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения и уменьшения массы и габаритов, дополнительно введены три ключа переменного тока, одни силовые выводы

которых объединены и образуют четвер- 25 4:2.

тую общую точку, а другие выводы подключены к соответствующим выходным выводам преобразователя, в основной трансформатор введена третья вторичная обмотка, а в вспомогательный трансформатор вторая и третья вторичные обмотки, вторичные обмотки трансформаторов соединены последовательно

.так, что образуют три секции, каждая из которых содержит по одной вторичной обмотке основного и вспомогательного трансформаторов, причем а крайних секциях эти обмотки включены

встречно, а в средней секции согласно oтнoc тeльнo друг друга, свободные выводы двух крайних секций и точки соединения крайних .секций со средней секцией подключены к указанным

общим точкам ключей переменного тока, причем числа витков вторичных обмоток основного и вспомогательного - трансформаторов крайних секций относятся как 3:2, а средней секции как

80 9f

az

О

ef

65 86 fj

11П11И11НШ11111ИН1ИИ1111111ШИП81ПП1Ш1 1ИПНтПШ1П111ИИ11

nnnnnnnППППППпопппппапппппппппппппппппппп

nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn i

I i 1 i t I t i I i I I I I t I t 1 I I I i M t I I 8 t M 8 I I 1 i M 1 I I i t ППП nn ППП nn nnn ПП nnn nn nnn nn ППП n t

n hnn nn ППП nn ППП nn ППП nn nnn nn nnn n b

n n ПППП n ПППП n ПППП n nnnn n ПППП n nn i in n nnnn n nnnn n nnnn n ПППП n nnnn n nn t

S9

nn n n n n n nn

nnn nnn

JLJ n ..„.n

n n n n nn

nn n n n n n nn

n

nnn

nnn

nnn

n

Jin n rtlin PL n n

n n

n

nnn

nnn

л

n nnnnnn

nnn n n n n

n nn n n nnn nnn nn n nn n n ППП n n

nnnnn nnn nnnnnn ПППП n

99

т

Wf

nnn n n nn n n nn n n nnn n n nn n niLj t

nnnn nnnnnn nnnnnn n

n nn n nn n n nnn n n nn n n ПП n n

JL

т

Фив.З

n n n n n nn

JLJ n ..„.nП.Л.

n n nn

nn n

nnn

n n t

n n n Fl n jn

л JL n

n t

JL. nJL

JL

ФигЛ