Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное напряжение Советский патент 1989 года по МПК H02M7/5395 

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

Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения.

На фиг.1 показана принципиальная структурная схема предложеннного преобразователя; на фиг.2 - пример 10 конструктивного выполнения уравнительного реактора (р 5); на фиг.З - годограф вектора потокосцепления; а на фиг.4 - диаграммы напряжений.

Преобразователь (фиг.1) содержит 15 трехфазные мостовые инверторные ячейки 1.1 ... 1.N. Каждая ячейка содержит шесть управляемых ключей 2 (для упрощения показанных как транзистор) и обратных диодов 3, соединенных встреч-2 но-параллельно,, Выходные цепи переменного тока ячеек 1,1...1.N замкнуты на трехфазные обмотки 4.1...4.N, расположенные на магнитопроводе вращающегося магнитного потока и сдвину- 2 тые пространственно по направлению вращения магнитного потока на углы (i-l)ir/(3N), где i 1,2...N - номер обмотки 4. Ячейки 1.1... 1,N соединены по входной цепи постоянного тока в р 3 параллельных ветвей через обмотки iуравнительного реактора 5. В каждую ветвь включены последовательно N/p ячеек 1, причем последовательно соединены те ячейки, у которых нарастание 3 номера обмотки соответствует числу параллельных ветвей р. Например, при Ы 6ир 2в одну ветвь включены ячейки 1.1, 1.3, 1.5, а в другую - 1.2, 1.4, 1.6. На магнитопроводе вра-4 щающегося магнитного потока расположена также m-фазная выходная обмотка 6. Входы управления управляемых клю- чей 2 подключены к блоку 7 управления.4

Магнитопровод вращающегося магнитного потока выполнен подобно электрическим машинам переменного тока цилиндрическим или дисковым с числом пазов на полюс и фазу, равным или кратным числу N.

Магнитопровод реактора 5 выполнен: при N 2 - двухстержневым или броневым, а при N 3 - трехстержневым с плоской или пространственной магнит- ной системой; при N 5 (фиг.2) стержни 8 с обмотками располагаются в вершинах пятиугольника и зажаты пятиугольными плоскими ярмами 9.

Преобразователь работает следующим образом. С блока 7 управления на каждую ячейку 1 по шести каналам поступают симметрично сдвинутые во времени импульсы управления ключами 2 длительностью Т/3 + T/(6N), где Т - период. Импульсы управления каждой последующей ячейки 1 сдвинуты на время T/(6N) соответственно номеру i обмотки 41,(фиг.З). На интервале повторяемости 1 (фиг.4)к фазам В1 и Cl обмотки 4.1 приложено одинаковое напряжение. В зависимости от направления ток любой фазы проходит через ключ 2 или диод 3. Конец интервала определяется моментом закрывания ключа 2 фазы В1.

По отношению к другим фазам и ячейкам фазу А1, обмотку 4.1 и ячейку 1.1 на интервале 1 можно назвать центральными, так как направление изменения их потокосцепления совпадает с магнитной осью фазы А1. Если Принять напряжение центральной фазы за единицу, то напряжения других I фаз, сдвинутых относительно центральной, уменьшены пропорционально косинусу угла сдвига

U, cos(i-l))f;

U cos (i-l)y +

и с: cosfti-Ofl + 4W33,

где jf ir/3N - единичный угол сдвига, а выпрямленное напряжение i-й инвер- торной ячейки 1 определяется разностью двух наибольших фазных напряжений. Для ячейки 1.1, которая подключена к центральной обмотке, выпрямленное напряжение минимально и составляет 1 + cos() 1,5, а выпрямленные напряжения ячеек 1.2 и 1.3, обмотки которых сдвинуты, увелич ены, например Uj

+ 2Ј з}

cos + cos( +

С переходом на интервал 2 после размыкания ключа 2 фазы В1 и замыкания ключа 2 фазы С2 замкнуты накоротко фазы В2 и С2, а вектор потокосцеп-: ления направлен параллельно фазе А2. Поэтому ячейка 1.2 становится центральной, а ячейки 1.3 и 1.1 - сдвинутыми, и напряжения их фаз и выпрямленные определяются по отношению к центральной фазе А2 и т.д.

Если напряжение входной цепи постоянного тока преобразователя неизменно,

то неизменно и напряжение каждой Центральной фазы на каждом интервале и, следовательно, неизменна длина вектора потокосцепления, а так как направле- ния этого вектора задаются направлениями магнитных осей симметрично сдвинутых обмоток, то векторы описывают правильный многоугольник. В результате этого ступени фазных напряже ний любой фазы обмотки пропорциональны косинусу угла между направлением магнитной оси фазы и направлением вектора потокосцепления, поэтому уровни ступеней аппроксимации совпади ют со значением косинусоиды на середине каждого интервала аппроксимации (фиг.4). и образующая многоступенчатого напряжения является идеальной синусоидой. К обмоткам реак- тора 5 прикладываются выпрямленные напряжения U. ячеек 1 (например, Uj, на фиг.4), изменяющиеся с тройной частотой и сдвинутые во времени на один интервал повторяемости. Откло- нения этих напряжений от среднего значения на каждом интервале такие, что сумма напряжений на обмотках реактора 5 и магнитных потоков стержней равна нулю. Это позволяет вы- полнить магнитопровод без зазоров, в котором нулевой суммарный магнитный поток задается с одной стороны выпрямленными напряжениями ячеек, а с другой стороны для ненулевого суммарного магнитного потока магнитная цепь разомкнута.

Таким образом, реактор 5 работает при симметричных режимах преобразова

теля без уравнительных токов и с ма40

лой энергией намагничивания. При нарушении симметрии и понижении выпрямленного напряжения одной из ячеек 1, например, за счет несимметрии нагрузки или при однофазном выходе по- д являются уравнительные токи, восстанавливающие постоянные соотношения между выпрямленными и, следовательно,

- 5 0 5 о

5

0

фазными напряжениями, что сохраняет уровни ступеней, аппроксимирующих косинусоиду.

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное напряжение, содержащий N трехфазных мостовых инверторных ячеек, каждая из которых выполнена на шести управляемых ключах, шунтированных возвратными диодами, и по выходной цепи соединена с трехфазной обмоткой, расположенной на магнитопроводе вращающегося магнитного потока, причем трехфазные обмотки сдвинуты пространственно одна относительно другой на угол (i-4)/3N, где i I,2,3...N - номер трехфазной мостовой инверторной ячейки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения, число N выбрано кратным двум или трем, входные цепи трехфазных мостовых инверторных ячеек соединены последовательно-параллельно так, что образуют р параллельных ветвей, где р 5 2, из N/p последовательно соединенных входных цепей трехфазных мостовых инверторных ячеек в каждой ветви, причем в каждую ветвь с номером К входят ячейки с номером i К + (L-l)p, где L 1,2,3,...- целое число, одни концы всех ветвей подключены к первому входному выводу преобразователя, а каждый из других концов каждой из ветвей подключен к второму входному выводу рреобразова- теля через соответствующую обмотку введенного уравнительного реактора.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что уравнительный реактор выполнен с р-стержне- вым пространственно симметричным магнитопроводом, на каждом стержне которого расположена соответствующая обмотка.

Фиг.г

/

/

/

Фиг.З

7 8 9 Iff ft

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения. Преобразователь содержит N трехфазных мостовых инверторных ячеек 1.1...1.N на управляемых ключах 2 и возвратных диодах 3. Выходные цепи ячеек соединены с трехфазными обмотками 4.1...4.N, расположенными на магнитопроводе вращающегося магнитного потока. По входной цепи трехфазные мостовые инверторные ячейки 1.1...1.N включены последовательно-параллельно, образуя P параллельных ветвей по N/P последовательно соединенных входных цепей трехфазных мостовых инверторных ячеек в каждой ветви. Концы ветвей соединены с одним входным выводом преобразователя непосредственно, а с другим входным выводом - через обмотки уравнительного реактора 5, который выполнен на P-стержневом пространственно-симметричном магнитопроводе с обмоткой на каждом стержне. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

ФигЛ