Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное Советский патент 1988 года по МПК H02M7/48 

41 00 05 tC 4 ЬО

ho

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода и является усовершенствованием преобразователя по основному авт. св. № 1112510.

Цель изобретения :- повышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя,

тора 39; 89 и 90 - прямого и инверсного выходов триггера 40 (импульсы управления ключами 4, 7 и 5, 6 инвертора 1); 91 - делителя 42 частоты; 92- 99 - на выходах элементов 72, 84, 73, 85, 74, 86, 75, 87 соответственно (импульсы управления ключами 8-15); 100-102 - трансформаторов 16-18; 103 - делителя 44 частоты; 104-111 - элементов 76-83 (импульсы управления ключами 31-38);

когда он содержит два дополнительных10 112 - форма выходного линейного наинвертора (); на фиг. 2 - прин-пряжения преобразователя,

ципиальная схема блока управления преоб-Устройство работает следующим образом,

разователя; на фиг. 3 - диаграммы, пояс- няющие принцип формирования импульсов

Для улучшения фор.мы выходного напряжения в преобразователе осуществляется

управления ключами преобразователя; наамплитудно-импульсная модуляция выходнофиг. 4 и 5 - таблицы истинностиго напряжения. Для уменьшения массы

и габаритов трансформатора осуществляется преобразование постоянного напряжения

и о - таблицы истинности программируемых постоянных запоминающих устройств.

Преобразователь (фиг. 1) содержит основной однофазный инвертор 1 и два дополнительных инвертора 2 и 3, выполнен- 20 ные соответственно на ключах 4-7, 8-11, 12-15. Выходы инверторов 1-3 нагружены на первичные обмотки трансформаторов 16- 18 соответственно. Секции 19-22 основного трансформатора 16 и вторичные обмотки

в переменное на высокой промежуточной частоте.

Задающий генератор 39 (фиг. 2) формирует последовательность импульсов 88 (фиг. 3), частота которых определяется выбранной частотой работы трансформаторов преобразователя и выше последней в

23-30 дополнительных трансформаторов 17 два раза. Эти импульсы поступают на вход и 18 соединены между собой и черезтриггера 40. Сигналы 89 и 90 прямого

ключи

31-38 переменного тока - с выходными выводами А, В, С преобразователя. В качестве ключей 4-15 инверторов могут быть использованы транзисторы или тиристоры с встречно-параллельно включенными диодами, а в качестве ключей 31-38 переменного тока - симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с последовательно включенными диодами; транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.

Блок управления (фиг. 2) содержит задающий генератор 39, выход которого соединен через триггер 40 и блок 41 буфер30

35

и инверсного выходов триггера 40 усиливаются блоком 41 буферных усилителей и поступают на управляющие входы ключей 4, 7 и 5, 6 основного инвертора I.

Кроме того, частота импульсов задающего генератора 39 делится, например, на два делителя 42 частоты. Эти импульсы поступают на вход двоичного счетчика 43 с коэффициентом пересчета, равным 27, и вход второго делителя 44 частоты с коэффициентом деления, равным 9. Выходные импульсы последнего поступают на вход двоичного счетчика 45 с коэффициентом пересчета, равным 6. С выходов счетчиков 43 и 45 импульсы поступают

ных усилителей с управляющими входами 40 на адресные входы программируемых пос- ключей 1-4 основного инвертора. Крометоянных запоминающих устройств 46 и 47

соответственно, логические состояния выходов 48-55 и 56-71 которых в зависимости от кода адреса представлены в табтого, выход задающего генератора 39 через делитель 42 частоты подключен к входу двоичного счетчика 43 импульсов и входу

второго делителя 44 частоты, выход кото- дд лице на фиг. 4. Выходные сигналы элементов 46 и 47 разрешают и запрещают прохождение импульсов 89 и 90 с прямого и инверсного выходов триггера 40 на вход блока 41, т. е. на силовые ключи 8-15, 31-38 преобразователя. При- 55 и 56-tl последних соединены через о уровень логического нуля на входе логические элементы 2-2И-ИЛИ 72-83, эле-блока 41 обеспечивает закрытое состояние

менты НЕ 84-87 и блок 41 с управляю-силового ключа преобразователя, а уровень

логической единицы - открытое. В результате формируются необходимые последовательности импульсов для управления сило- 55 выми ключами преобразователя. Полупериод выходного напряжения 112 преобразователя можно разделить на 27 равных интервалов, что соответствует 27 состояниям

рого связан с входом двоичного счетчика 45 импульсов. Выходы счетчиков 43 и 45 соответственно нагружены на адресные входьгпрограммируемых постоянных запоминающих устройств 46 и 47. Выходы 48-

щими входами ключей 8-15 и 31-38 преобразователя, причем номера выходов блока 41 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены.

На фиг. 3 диаграммы 88-112 представляют формы импульсов на выходах следующих элементов: 88 - задающего генератора 39; 89 и 90 - прямого и инверсного выходов триггера 40 (импульсы управления ключами 4, 7 и 5, 6 инвертора 1); 91 - делителя 42 частоты; 92- 99 - на выходах элементов 72, 84, 73, 85, 74, 86, 75, 87 соответственно (импульсы управления ключами 8-15); 100-102 - трансформаторов 16-18; 103 - делителя 44 частоты; 104-111 - элементов 76-83 (импульсы управления ключами 31-38);

112 - форма выходного линейного наУстройство работает следующим образом,

Для улучшения фор.мы выходного напряжения в преобразователе осуществляется

амплитудно-импульсная модуляция выходнов переменное на высокой промежуточной частоте.

Задающий генератор 39 (фиг. 2) формирует последовательность импульсов 88 (фиг. 3), частота которых определяется выбранной частотой работы трансформаторов преобразователя и выше последней в

два раза. Эти импульсы поступают на вход триггера 40. Сигналы 89 и 90 прямого

и инверсного выходов триггера 40 усиливаются блоком 41 буферных усилителей и поступают на управляющие входы ключей 4, 7 и 5, 6 основного инвертора I.

Кроме того, частота импульсов задающего генератора 39 делится, например, на два делителя 42 частоты. Эти импульсы поступают на вход двоичного счетчика 43 с коэффициентом пересчета, равным 27, и вход второго делителя 44 частоты с коэффициентом деления, равным 9. Выходные импульсы последнего поступают на вход двоичного счетчика 45 с коэффициентом пересчета, равным 6. С выходов счетчиков 43 и 45 импульсы поступают

на адресные входы программируемых пос- тоянных запоминающих устройств 46 и 47

элемента 46 или трем состояниям элемента 47.

На первом интервале работы элемента

46сигналы логических единиц с его выходов 48, 51, 52 и 55 обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 40 через элементы 72, 74 и инверсной последовательности импульсов через элементы 73, 75 и блок 41 буферных усилителей на управляющие входы ключей 8, 12 ,и 10, 14 соответственно. Кроме того, выходные импульсы элементов 72-75 инвертируются элементами НЕ 84-87 и через блок 41 поступают на управляющие входы ключей 9, 11, 13, 15.

На первом интервале работы элемента

47сигналы логических единиц с его выходов 56, 59, 68 и 71 обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 40 через элементы 76, 82 и инверсной последовательности импульсов через элементы 77, 83 и блок 41 на управляющие входы ключей 31, 37 и 32, 38 соответственно. Сигналы логических нулей с выходов 60- 67 элемента 47 запирают элементы 78-81, а следовательно, и силовые ключи 33-36 переменного тока. Формирование импульсов управления всеми силовыми ключами преобразователя на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 88-111 (фиг. 3) и таблицами истинности (фиг. 4 и 5) элементов 46 и 47.

В результате работы инверторов I-3 на обмотках трансформаторов 16- 18 формируются прямоугольные напряжения 100- 102, а на выходе преобразователя деся- тиступенчатое линейное напряжение 112, близкое по форме синусоидальному. Длительность каждой ступени с первой по девятую включительно равна , а длительность десятой ступени равна эл. град. Амплитуды ступеней изменяются по линейному закону и равны U, 2U,..., 10 U, где и - напряжение на вторичных обмотках 27-30 второго дополнительного трансформатора 18. Для получения напряжения с указанными параметрами ступеней напряжения на вторичных обмотках 23-26 первого дополнительного трансформатора 17 должны быть равны 3 U, а на секциях 19-22 вторичной обмотки основного трансформатора 5 U, т. е. коэффициенты трансформации основного и дополнительного трансформаторов должны относиться между собой как 20:3:1.

Для случая m дополнительных трансформаторов коэффициенты трансформации основного и i-ro дополнительного трансформаторов должны относиться как Ko:Ki

2( ):3 «- , где m

общее число

дополнительных трансформаторов; ,2...; ш - порядковый, номер дополнительного трансформатора. Такое соотношение коэффициентов трансформации позволяет получить заданную форму кривой выходного напряжения при меньшем числе дополнительных инверторов и ключей переменного тока. Например, при т 1,2,3,4 число ступеней на интервале - выходного напряжения соответственно равно ,9,27, 81,.... Задавая необходимое число ступеней из этого ряда, можно определить требуемое число дополнительных трансформаторов rn log3N.

Полупериод выходного напряжения преобразователя можно разделить на 27 равных интервалов. Интервалы 1-3 и транс5 форматоры 16-18 могут работать на любой высокой частоте, кратной выходной. При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя 42 частоты и числом ступеней в полупериоде выходного напряжения. Пусть коэффициент

0 деления делителя 42 частоты равен, например, двум (фиг. 3, диаграмма 91). Тогда интервал каждой ступени напряжения 112 можно разделить на два подинтерва,та, соответствующих полупериоду работы транс фор.матора 16.

На первом нодинтервале первого интервала замыкают к.чючи 31 и 37 (фиг. 3, диаграммы 104 и ПО). При этом через замкнутый ключ 3 к выходным выводам А и В преобразователя прикладывается

0 алгебраическая сумма напряжений обмоток 25 и 29 трансформаторов 17, 18 и секции 21 трансформатора 16, равная 5 U---3U--U U. К выводам В и С через ключ 37 прикладывается сумма напряжений секций 21 и 22, равная -(5U +

5 +5U)-10U.

На втором подинтервале первого интервала меняется полярность напряжений на обмотках 32 и 38. К выходным выводам А и В прикладывается алгебраическая сумма секции 20 и обмоток 23 и 27, также равная U. К выводам В и С через ключ 38 прикладывается сумма напряжений секций 19 и 20, равная -10U, т. е. формируются первая положительная, десятая отрицательная и девятая по.ложите:1ь5 ная ступени линейных напряжений L ,

0

Ur и Ц

йА

соответственно.

На первом подинтервале ,второго интервала замыкают ключи 31 и 37, в результате вновь меняется полярность напряжений на обмотках трансформаторов 1G и 17, а напряжение на обмотках трансформатора 18 равно нулю. К выводам А и В через ключ 31 прикладывается алгебраическая сум.ма напряжений секций 21 и обмотки 25, равная 5U-

. К выводам В и С через ключ 37 вновь прикладывается сумма напряжений секций 21 и 22, равная -10U, т. е. формируются вторая положительная, десятая отрицательная и восьмая положительная ступени линейных напряжений.

На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 88- 111 (фиг. 3), а все ступени с первой по десятую формируют путем суммирования напряжений вторичных обмоток трансформаторов 16-18 следующим образом: 5U-Зи-U U; 5U-30 2U;5U+3U-U 7U;

5U-3U+U 3U; 5U-f3U 8U; 5U+3U+U 9U; 5U 5U;5U -f5U 10U.

В результате работы предлагаемого преобразователя на его выходе формируется трехфазное десятиступенчатое напряжение, которому соответствует тринадцатиступенча- тое фазное при соединении нагрузки звездой.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянно разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки неизменной формой кривой выходного напряжения.

Регулирование выходной частоты преобразователя может осуществляться изменением коэффициента деления делителя 42 частоты при постоянной частоте работы трансформаторов 16-18, что благоприятно

сказывается на массо-габаритных показателях преобразователя.

Предлагаемый преобразователь имеет лучщую форму кривой выходного напряже- ния (десятиступенчатую, коэффициент гармоник которой равен К 5, вместо четырехступенчатой кривой с ,9%); обладает более высоким КПД и быстродействием, жесткой внешней характеристикой, Q лучшей симметрией выходных напряжений, независимостью их от величины и характера нагрузки.

Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное по авт.

св. № 1112510, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник, введены т-1 дополнительных однофазных инверторов, выходы которых

0 соединены с первичными обмотками т-1 введенных дополнительных трансформаторов, содержащих по четыре вторичных обмотки, причем последовательно в цепь каждой вторичной обмотки дополнительного трансформатора включено по одной

5 вторичной обмотке каждого введенного дополнительного трансформатора, а коэффициенты трансформации основного и i-ro дополнительного трансформаторов выбраны из соотношения () где

m - общее число дополнительных трансформаторов; ,2...; m - порядковый номер дополнительного трансформатора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электронитания и электропривода. Цель - повышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник. Преобразователь содержит основной однофазный инвертор 1 и дополнительные инверторы 2 и 3. Силовой трансформатор основного инвертора 16 имеет отводы на вторичной обмотке, подключенные, как и ее крайние выводы, к двум выходным выводам А и С преобразователя через ключи переменного тока 31-38. Третий выходной вывод В преобразователя соединен с отводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора 16. Вторичные обмотки трансформаторов 17 и 18 дополнительных инверторов включены последовательно в цепь ключей переменного тока 31, 32, 35 и 38, соединяющих отводы вторичной обмотки трансформатора 16 с выводами А и С. Коэффициенты трансформации трансформаторов 16, 17 и 18 выбраны в соотношении 20;3:1. Благодаря этому выходное напряже- ние преобразователя имеет 10 ступенчатую S форму с равномерной амплитудой ступеней и коэффициентом гармоник К 5,2% в отличие от прототипа, где ,9°/о. 5 ил. (Л

4,7 -i.S

-в -9 -W -И -К -/J -« -15

-31

-J2

-JJ

-J«

-3S

-36

-37

-3d

фигЗ

Риг.