Трехфазный преобразователь Советский патент 1988 года по МПК H02M7/48 

(Л

4 4:: 00 О )

нофазные йнверторные ячейки 1 - 3 с тремя трансформаторами 4-6 на выходе Каждая однофазная ячейка вьшолнена в виде двух стоек ключей 7-18, причем ключи 7, 9, 11, 13,15, 17в виде клнзчей переменного тока подключены к первой шине 19 питания, а ключи 8, 10, 12, 14, 16, 18 выполнены в виде управляемых ключей (транзистора), шунтированньис диодами 20-25, Точки соединения ключей каждой стойки подключены к первичным обмоткам 26-28 трансформаторов 4-6. Средняя точка обмоток 26-28 через полностью управляемые ключи 29-31, шунтированные

диодами 32-34, подключена к первой шине 19,питания. Вторичные обмотки 35-37 соединены в звезду. Блок управления содержит задатчик частоты 38, связанный с модулятором ширины импульсов с парафазными. выходами и распределителем импульсов, и три логических узла с соответствующими логическими выражениями, управляющими ключами. Указанное вьшолнение ключей 7-18 и соответствующее управление им обеспечивает регулирование выходного напряжения в диапазоне от О до UW«M при упрощении преобразователя. 3 ил,

Изобретение относится к преобра-, зовательной техник е и может быть использовано во вторичных источниках питания. Цель изобретения - упрощение и расширение области использования путем обеспечения возможности регулирования величины выходного напряжения. Трехфазный преобразователь постоянного напряжения содержит три од- с

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении централизованных источников вторичного электропитания (ИБЭ) с синусоидальным выходным напряжением.

Цель изобре гения - упрошение и расширение области использования путем обеспечения возможности регулирования величины выходного напряжения .

На фнг.1 представлена принципиальная схема сиповой части предпагаемо- го преобразователя; на фиг.2 - принципиальная схема блока управления предлагаемого преобразователя; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя.

Трехфазный преобразователь постоянного напряжения (фиг.1) содержи три однофазные йнверторные ячейки 1-3 с Тремя трансформаторами 4-6 на выходе. Каждая однофазная инвертор- ная ячейка 1-3 вьшолнена в виде двух стоек ключей 17-18, причем ключи 7,

9,II, 13, 15 и 17, подключенные к первой шине питания (например, к шине 19 и, фиг.1), выполнены в виде ключей переменного тока, а ключи 8,

10,12, 14,16 и 18 -в виде управ- ляемого ключа (например, транзистора), шунтированного диодом 20-25. Трчки соединения ключей каждой стойки подкпючены к первичным обмоткам 26-28 соответствующих трансформато0

с

Q 5

о

ров 4-6. Средняя точка обмоток 26-28 через полностью управляемый ключ 29- 31, шунтированный диодом 32-34, подключена к первой шине I9 питания преобразователя. Вторичные обмотки 35-37 трех трансформаторов 4-6 соединены в звезду.

Блок управления преобразователем (фиг.2) содержит задатчик 38 частоты, связанный с модулятором 39 ширины м- пульсов с парафазным выходом S, S и двенадцатиканальным распределителем 40 импульсов с парафазными выходами

Q,, QI, QZ. QZ.-.. Q,-Q;v. ...Q,2 Q,,j на триггерах 41-52 и три аналогично выполненных логических узлах 53-55, выходами через усилительно-развязывающий узел 56 связанные с управляющими входамиМ ,, Mj,, у, соответствующих ключей 7-18, 29-31.

Внутренние связи между элементами в логических узлах 53-55 определяются следукщими логическими выражениями:

Mj, Q,-Q.,s + д,ч,д,чзЗ + + Qi, Ри2 Qf.Qi42;

Mfi Qi4, Qi.i+ QiViQi iS

для j-x ключей 7, 8, 11, 12, 15 и 16 первых трёх стоек

M)4 ,4,S 4. Q.Q

+ Qj:-nQ ,-«-2+ QT. Qi.

M;o Qu,Qi4i- Qu,Qf. 2S

14А30994

для j-x ключей 9, 10, 13, 14, 17 и.ход логического узла 53 и связан с

18 вторых трех стоек,управляющим входом Мд,() ключа

М . о О S + б О . ч7(9) инверторной ячейки 1. Связи меж)Э 4i4 I - ДУ узлами блока управления в этом

для трех J-X ключей 29-31 инвертор- случае определяются следующими догиных ячеек 1-3, где i 1 (9, ,17) со-ческими выражениями: на выходе логиответственно для j А(В, С), причемческого элемента ЗИ-НЕ 61 - S

Q i Q f l Q ((63 - ) логического элемента

Внутренняя структура логических,Q ЗИ-НЕ 62 - (64 - ). логиузлов 53-55 может быть различной.ческого элемента 2 2И-НЕ 70 -

Конкретный вариант их схемотехничес-и логического элeмeнta 2И-НЕ 71 кой реализации зависит от типа и но-Q Qj Выходы этих элементов подключеменклатуры используемых логическихны к выходам логического элемента

элементов. На .2 представлен ва-15 4И-НЕ 72 (73) так, что на выходе пориант логического узла 53, реализую-следнего формируют управляющий сигщего вышеприведенные логические вы-нал, определяемый логическим выражеражения в базисе И-НЕ. Б этом .случае,нием , - -.

каждый канал логического узла 53-55М, XQiQzS)()()()

содержит восемь логических элементов20 с ff п

ЗИ-НЕ 57-64, семь логических элемен-, CQiQzS 4 Q+SHQiQ3J

тов 2И-НЕ 65-71 и два. логических эле-(QiQj))- t

мента 4И-НЕ 72-73. Канал логическо-Пятый канал логического узла 53,

го узла 53, предназначенный для фор-предназначенный для формирования упмирования управляющего сигнала клю-25 Рявляющего сигнала ключом 29, содерчом 8 (или 10) инверторной ячейки 1жит два логических элемента ЗИ-НЕ 59

и связанный выходом с управляющими 60 и логический элемент 2И-НЕ 69.

входом Мд,(М) ключа 8(10), содер-На выходе логического элемента ЗИ-НЕ

жит логические элементы 2И-НЕ 65 и59 формируют сигнал Q,,jja выходе

ЗИ-НЕ 57, к входам которых подключе-зо логического элемента 60 - Q, и на

ны соответствующие выходы распреде--выходе логического элемента 2И-НЕ

лителя 40 импульсов и модулятора - сигнал М ., (оТ().

ширины импульсов, а также еще одинд других логических узла 54 и 55

логический элемент 2И-НЕ 67. Связивыполнены аналогично, с учетом фазомежду перечисленными узлами и элемен- g вого сдвига на угол управляющих

тами определяются логическими вьфа-сигналов фаз А, В, С. Данные логичесжениями, на вь,ход догического ре:- „ выражения могут быть преобразо амента ЗИ-НЕ 57 - Q,Q,S (58 - Q,Q3S),„„ описанньп. в соответствии с изна выходе логического элемента 2И-НЕвестными процедурами, обеспечивающи65 - Q,2.Q3 (66 - . На выходе ло-40 ми минимизацию числа логических опегического элемента 2И-НЕ 67(68), под- выходных управляющих

ключенном к одному из выходов логи-сигналов М ,, ,М ., ,М .-г,М ,- , ... при этом

ческого узла 53, к входам которогоне изменяется.

подключены выходы логических элемен- j диаграммах (фиг.3) обозначены

тов 57 и 65 (58, 66) формируют управ-45 сигнал U,, с выхода задатчика 38 час,ляющий сигнал М д, ( j) ()тоты, синхронизирующего работу преоб . разователя: сигналы U,,(S) и Oia(S)

(68 - М Д1 (QiO,) (0,048). Канал ло- з v Э9

ч Ai V4i43v .хг.э /соответственно выходов модулятора 39

.гического узла 53, предназначенный -ширины импульсов. Длительность этих

для формирования управляющего сигна-50 сигналов пропорциональна величине

ла ключом 7 (9), содержит два логи-сигнала , определяющего величину

ческих элемента ЗИ-НЕ 61, 62 (63,64),выходного напряжения преобразователя.

один логический элемент 4И-НЕ 72 (73)С выхода распределителя 40 импульсов

и два логических элемента 2И-НЕ 71получают прямоугольные симметричные

и 70 (являкнцихся общими для обоих ка-55 импульсы, например, с выхода триггеналов формирования управляющих сигна-ра 41 - сигнал Q, и Q,, с выхода

лов). Выход логического элементатриггера.42 - Q, т.д. (U,-U,

4И-НЕ 72 (73) образует еще один вы-фиг.З). После осуществления соответ

5

ствующих логических операций над полученными последезательностями импульсов на выходах логических элементов 57-73 в логических узлах 53-55 псшучают новые последовательности импульсов, определяемые описанными логическими выражениями. Номер каждого логического элемента 57-73 в логич,еском узле 53 соответствует индексу полученной последовательности импульсов (фиг.З). В результате, на обмотках трансформаторов 4-6 преобразователя фop жpyeтcя напряжение вида и,,. При симметричной нагрузке пре образователя, соединенной в звезду без нулевого провода,фазное напряжение имеет вид и/ (фиг.З).

Пpeдпaгae в Iй трехфазный преобразователь позволяет в упрощенной, пя- тиключевой структуре обеспечить регулирование выходного напряжения в диапазоне от О до и ном. Это позволяет расширить область применения такого преобразователя.- Известный способ амплитудного регулирования напряжения по цепи постоянного тока сводится к дополнительному преобразованию энергии, к снижению на 5-10% КПД,увеличению в среднем на 30% массы и усложнению преобразователя. Помимо упрощения структуры силовой части (уменьшение на 16% числа силовых ключей) в предлагаемом преобразователе упрощается блок предварительного усиления и гальванической развязки. В некоторых преобразовательных устройствах его массогабаритные показатели составляют до 20-30% от массы всего устройства в целом, поэтому уменьшение числа силовьк ключей на 16% позволяет уменьшить дополнительно в среднем на 6% данный показатель устройства.

Формулаизобретения

Трехфазный преобразователь, содержащий три однофазные инверторные . ячейки с трансформаторным выходом, выполненные в виде двух стоек ключей

с управляющими входами М

if

М

J,, Mji

Mji,точки соединения ключей стоек подключены к первичной обмотке выходного трансформатора, средняя точка которой связана через ключ,

0

торных ячеек,

управляющий вход Му,, где j А, В, С - индекс фазЫ( с первой шиной питания преобразователя, к которой подключен ключ переменного тока второй стойки ключей и блок управления,включающий в себя последовательно связанные между собой задатчи-к частоты, двенадцатиканальный распределитель импульсов с парафазными выходами Q,, QI Q, Q .. Q; Q ,... и три аналогично вьтолненных логических узла, выходами связанных с управляющими входами соответствующих ключей инвер- отличающий- с я тем, что, с целью упрощения и расширения области использования путем обеспечения возможности регулирования величины вькодного напряжения, ключ первой стойки с управляющим входом Му , под1шюченный к первой шине питания, выполнен в виде полностью управляемого ключа переменного тока, ключ второй стойки с управляющим вхо 5 дом Mj d , подключенный к второй шине питания, J- в виде управляемого ключа, шунтированного диодом обратного тока, блок управления снабжен модулятором ширины импульсов с парафазным выходом S, S, включенным между за- датчиком частоты и соответствующими входами трех логических узлов, причем связи между модулятором ширины импульсов, распределителем импульсов, входами и выходами логических узлов и управляющими входами соответ- ствуклцих ключей трех инверторных ячеек выполнены реализующими спедуюпще логические выражения:

0

5

S + Q ui + Р,-;,Рт4.г + Qi, Q

Mj-, Qi Q,+,

-Q

1 + 3

S +

Mj, - QuiQ иг+ Qi4,Q,-.2S

для J-X ключей первых трех стоек,

JIj4 Qi QHi S ч- Q ,- -гР7Чз S 14.5 + QuiQ i-nJ

M

n

Q,-,Qi.I - ДЛЯ j-x ключей вторых трех стоек.

М,-э Qi Q ,-.S н- Qi Q.,5 S

для трех j-x ключей инверторных яче ек, где i 1(9, 17) соответственно дпя j А(В, С), причем Q i Q |,i Q.

« 12% Met MCI Мез

м

At

Фиг.г