(21)4264300/24-07
(22)30.04.87
(4) 07.11.88. Бюл. К 41
(71)Красноярский сельскохозяйственный институт
(72)А.М.Азаров
(53)621,314„58 (088,8)
(56)Авторское свидетельство СССР № 1112510, кл.-Н 02 М 7/48, 1984„
Авторское свидетельство СССР №12,75717, кл„ Н 02 Н 7/537, 1986,
(54)ПРЕОБРАЗО ВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСО- HflAJbHOE НАПРЯЖЕНИЕ
(57)Изобретение относится к электро технике и может быть использовано в системах вторичного электропитания
и электропривода. Цель - улучшение формы кривой выходного напряжения. Преобразователь содержит основной однофазный инвертор на транзисторах 1-4 и дополнительный однофазный инвертор на ключах переменного тока 5, 6, 9, 10с Отвод первичной обмотки выходного трансформатора 12 дополнительного инвертора соединен с входными выводами через Tpaji3HeTopfai 7 и 8. Каждый конец вторичной обмотки,основного трансформатора 11 подключен к каждому из выходных выводов А, В,С . через ключи переменного тока 16-21. Отвод от средней точки вторичной обмотки основного трансформатора 11 через вторичную обмотку 15 дополнительного трансформатора и ключи переменного тока 22-24 соединен с выходными выводами А, В, С. Первичная обмотка трансформатора 12 имеет отвод, разделяющий ее в соотношении витков 2:3 и подключенный к входным выводам через транзисторы 7, 8, шунтированные возвратными диодами. При соотношении коэффициентов трансформации основного и дополнительного трансформаторов 8:1 выходное фазное напряжение имеет 12-ступенчатую форму с коэффициентом гармоник 5,7%. При этом основной трансформатор работает на любой повышенной частоте, кратной частоте выходного напряжео
я
KSX
ния, что уменьшает его габариты.
Фиг.1
Изобретение относится к 3.iraivj pO технике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода
Цель изобретения - улучшений uoi:; -- мы кривой выходного } эпряжсиня г.
Но фиГо1 .представлена ирянципиаль-- ная схема силовой части иреобраяова теля; на фиг,,2 - прннщ-тиальиая схема блока управпенкя .npeo6pa;.;o3a i e..ier .i5
на фиГоЗ - диаграммы,, поясняющие принцип формирования 1:мпу.п1:,сов управления силовыми кл очамн преобразователя 9 формы напрякеаий via обмотках основного и вспоногате1 ьнсг о тра.нсформатороЕ и вьосодного Фазного напряжения на фиг..4 - истинности прох раммируемого nocTOiivnioro запомина.юще.го устройства,,
Преобразователь (фигс) coiitp/iu-iT основной и вспогюгательнмн ливерто -- pbij выполненные соот.ветствепгго на. ключах l- -A н Вьосодь} инверторов нагрунсены на первичные обмотки основного 1 1 и вспомо:гательного 12 трансформаторов о Секгцли 13 и 14 вто ричной обмотки основного трансформатора 11 и вторичная обмотка 15 вспомогательного трансформатора 12 соединены мелсду собой и через .ключи 16-24 переменного тока с зыходпгзши выводами AJ BS С преооразова/гйлл: В качестве ключей 1--4э 7 и В инвер--, торов могут быть испояьзов.аиь трааЗИСТОрЫ ИЛН тиристоры с ООраТйЬ 1 .;.И
диОда ш а в качестве ключей 5.. 6- 95 10 и 16-24 переменного тока -- симисторЫэ встречно-парал.иелыю включенные тиристоры илз-т. транзис лч:-ры с последовательно включенкьг.гл диодами,; транзисторы включенные в диагонали
постоянного ТО.Ка. ДНОД)-1ЬВС МОСТОЯ,
Блок управления преобразователем (фиг,2) содержит задаю1дкй .с енератор 25, выход которого с;зязан че оез триггер 26 и блок 27 буфер;-;ь;;:С ускли-телеи с управляюцз- ыи вз вых ключей 1-4 основного иикертара,, Кроме ТОГО; вьЕсод задающегч) гз ,:&ра-- тора 25 подключен через де.1(нчел.ь 28 частоты с изменяемьпч коза:.фид:м ;-г: ом деления к входу двоичз-юго счзтчика 29s, выходы которого соединепст с ад ресными входаг-ш прогоамнируемого постоянного за.помннающего устро.йст- на ЗОо Выходы 31-45 последнего СБЯ- заны через комбинационные усл ройса ва 46,1-46оЗ и блок 27 буфериьо;: уснли1 е.г.1:ей с втравляющими входами сило- з.ьП1 ключей З-Ю; преобразователя о Причем номера -выходов блока 27 соответствуют.номерам, ключей, к которыг- они подключены
Кшкдое комбинационное устройство 46 содержит логические элементы НЕ 47, 48, НЕ 49, 2И 50, .из icoi opbix первый элемент НЕ 47 под- .клгочен ме5кду вторым и пятым входами элемента 48, третий и шестой входы которого соединены с одним входом элемента 50„ Выход элемента 48 связан через второй элемент НЕ 49 с другим ВХОДОМ элемента 50. Второй, трети.й с шестыМ} первой и четвертый входы элемента 48 образуют соответственно с первого по четвертый входы комб.инационного устройства, в выходы последнет о образованы выходами элеч ыектов 48 и 50о
На фигоЗ диаграммы представляют фор1ч;гл импульсов на выходах следующих элементов 51 - задающего генератора 25: 52 и 53 - триггера 26 (прямой и инверсный сигналы, которые являются управляющими для ключей 1-4 основного инвертора); 54 - делителя 28 частоты; 55-60 - элемента 30 (выходы 31-36), импульсы управления ключами 5-10 вспомогательного инвертора; 61 и 62 - трансформаторов 11 и 12; 63-68 - комби- на.ционньп устройств 46о1 - 46.3 (импульсы управления ключами 16-21 соответственно); 69--71 - на выходах 43-45 элемента 30. (импульсы уп рав- ления ключами 22-24); 72 - преобразователя .(выходное фазное напряжение) .
Преобразователь работает следую- ;дин образом
Задающий генератор 25 (фиг.2) формирует последовательность импульсов 51 (фигвЗ),) которая поступает на вход триггера 26, Сигналы 52, 53 прямого и инверсного выходов триггера 26 усиливаются блоком 27 буферных ус.илителей и поступают на управляющие .входы силовых ключей 1-4 основного инверторао Кроме того, частота задающего генератора 25 делится де- лителем 28 частоты, например, на 2 и поступает на вход двоичного счетчика 29 с коэффициентом пересчета, .равным 48о С выходов счетчика 29 сигналы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 30, логические состояния выходов 31-45 которого в зависимости от кода адреса за полупериод выходного напряжения преобразователя представлены в таблице на фиг,4.
Выходные сигналы элемента 30 разрешают или запрещают прохождение сигналов 52, 53 с выходов триггера 26 через комбинационные устройства 46 на входы блока 27о Причем уровень логического нуля на входе блока 27 обеспечивает закрытое состояние силового ключа, а уровень логической единицы - открытое В результате формируются необходимые последовательности импульсов управления силовыми ключами преобразователя. Полупериод выходного напряжения 72 преобразователя можно разделить на 24 равных интервала.
На первом интервале в соответствии с таблицей на фиг„4 с выходов 31 и 35 сигналы логических единиц поступают на два входа блока 27, обеспечивая открытое состояние ключей 5 и 9 вспомогательного инвер- Topk в течение первого интервала. С выходов 32-34 и 36 сигналы логических нулей запирают силовые ключи 6-8 и 10, С выходов 37 и 38 сигналы логических единиц отпирают первую схему элемента 3-ЗИ-2Ш1И 48 и элемента 2И 50 комбинационного устройсва 46.1, обеспечивая прохождение прямой последовательности импульсов 52 с выхода триггера 26 через элемент 48 и блок 27 на управляющий вход ключа 16 (диаграмма 63).„
Кроме того, выходные импульсы 63 элемента 48 инвертируются элементом 49 и через открытый элемент 50 и блок 27 поступают на управляющий вход ключа 17. Формирование импульсов управления другими ключами на данном интервале, а также всеми силовыми ключами на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграмма 1И 51-71 (фиг.З) и таблицей истинности (фиг.4) элемента 30. В результате работы инверторов-на обмотках трансформаторов 11 и 12 формируются напряжения 61 и 62, а на фазе нагрузки при соединении ее звездой - напряжение 72. Амплитуды ступеней с первой по двенадцатую этого напряжения равны
10
где и - амплитуда первой ступени выходного линейного напряжения.
Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней промежуточный отвод первичной обмотки вспомогательного трансформатора 12 должен делить ее по числу витков в
15 соотношении 2:3, а коэффициенты
трансформации основного и вспомогательного трансформаторов при подключении всей первичной обмотки последнего должны относится как 8:1.
20 При этом напряжения на кйхдой из секций 13 и 14 основного трансформатора 11 равны 4 и, а напряжение на вторичной обмотке 15 вспомогательного трансформатора 12 при под ключении всей его первичной обмотки, большей секций, меньшей секции равны соответственно U, 2U, 3U. Основной инвертор и трансформатор могут работать на высокой частоте, крат30 ной выходной. При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя 26 частоты и числом ступеней в полупериоде выходного напряжения Если коэффициент
35 деления делителя 28 частоты равен, например, двум, то интервал каждой ступени напряжения 72 можно разделить на два подинтервала, соответствующих полупериоду работы трансфор40 матора 11
На первом подинтервале первого интервала замыкают ключи 1, 4, 5, 9, 16, 19, 22 переменного тока (диаграммы 52, 55, 59, 63, 66, 69,
45 фиг.З), При этом напряжение на каждой из секций 13, 14 вторичной обмотки основного трансформатора 11 становится равным 4U, а на вторичной обмотке 15 трансформатора 12
gg равным нулю. К выходным выводам А, В и С, А преобразователя прикладываются напряжения секций 14, 13, равные 4U, а к выводам С, В - сумма напряжений этих секций, равная
gg 8U. В этом случае при соединении нагрузки звездой фазные напряжения равны:
, I илв -Uci 4U-4U
О,
, 3
- ()
- 4U; 4U.
Ha втором подинтервапе первого интервала замыкают ключи 2, 3 5, 9, 17, 18, 22, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 11, К выходным выводам А, В и- С, А прикладываются напряжения секций 13, 14,а к вьшодам В, С их сумма, поэтому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними, В дальнейшем на первом интервале при любом коэффициенте деления делителя 28 частоты работа ключей переменного тока повторяется для нечетных и четных подинтервалов соответственно и формируются нулевая, восьмая отрицательная и восьмая положительная ступени фазнык напряжений U, Ug, U соответственно.
На первом подинтервапе второго интервала замыкают ключи 1, 4, 6, 9j 16, 19, 22, Напряжение на секциях 13, 14 равно 4U, а на обмотке 15 становится равным U, К выводам А,В прикладывается сумма напряжений секции 14 и обмотки 15,равная 5U, к выводам С,А - разность напряжений секции 13 и обмотки 15,равная 3U, к выводам В,С - сумма напряжений секции 13, 14, равная 8Uo При этом фазные напряжения становятся равными:
и
li-IT 3
13 „
6 - -т
т.е. формируется первая положительная, девятая отрицательная и седьмая положительная ступени фазных напряжений Кд, Ug, Uj. соответственно, В дальнейшем работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 51-71 импульсов управления ключами преоб- - разователяо
Подключение любой .ветви схемы с помощью ключей переменного тока
прохождев двух направлениях и пос- разности потенциалов фаз в
обеспечивает возможность ния тока тоянство
течение каждого инте;рвала, Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной фор-- мой кривой выходного напряжения,
В предложенном преобразователе формируется 12-ступенчатая форма вькодного напряжения с коэффициентом гармоник Кр 5,7% вместо шести- ступенчатой кривой с вестноМо
К 9,4% в из0
5
0
5
0
5
0
Формул изобретения
Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусо- идальное напряжение, содержащий основной и вспомогательный однофазные мостовые.инверторы, вьшолненные на управляемых ключах и нагруженные на основной и вспомогательный трансфор- маторы, концы вторичной обмотки первого из которых подключены через первую и вторую группы ключей переменного тока к каждому из выходных выводов преобразователя соответственно, А ее средняя точка соединена с выходными выводами преобразователя через вторичную обмотку вспомогательного трансформатора и третью группу ключей переменного тока, о т л и- ч а ю щ и и., с я тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения, управляемые ключи вспомогательного инвертора выполнены в вид-е ключей переменного тока, а первичная обмотка вспомогательного трансформатора имеет промежуточный отвод, которьй подключен через введенные управляемые ключи постоянного тока, шунтированные возвратными диодами, к входньм выводам преобразователя и делит указанную обмотку по числу витков в соотношении 2:3 а коэффициенты трансформации основного и вспомогательного трансформаторов относятся как 8;1,
Фи,г.2
5f
52
53
54
55
S6
57
58
59 60
61
ГГ1ГЪ
4JLr
ПППП
ППППППППППП.ПППППП
ПППП
ППППППППППППППППП
ПОПППЯРППППП
ПППППППППП
ПППППППППППП
ПППППППППП
опппппппппппппппп
пп
опопппппппппппппп
пп
72
.
J nnnt
nnn
ППППППППППППППППП
ППППППППППППППППП
ппппппппппп
ппппппппппп
-t -t -t
±L
фуг. J
