Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение Советский патент 1989 года по МПК H02M7/539 

+ 0- оИзобретение относится к-электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода.

Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения.

На фиг.1 показана блок-схема преложенного преобразователя; на фиг. временные диаграммы сигналов управ- ления ключами переменного тока и диаграммы напряжений на обмотках ос- новньк и вспомогательных трансформаторов и на выходе преобразователя; на фиг,3 схема логического блока управления; на фиг,4 - временные диаграммы работы логического блока.

Преобразователь (фиг.1), содержит основной однофазный инвертор, сос тоящий из п преобразовательных ячеек 1 (ПЯ) и m вспомогательных однофазных инверторов 2 (И), логический блок 3 управления (ЛБУ).Вы- ходы последнего связаны с соответствующими управляющими входами прео разовательных ячеек, вспомогатешь- ных инверторов и ключей переменного тока. Выходы ячеек соединены соответственно с первичными обмотками п основных трансформаторов 4, 5 и m вспомогательных трансформаторов 65 7. Согласно включенные вторичные обмотки 8 и 9 основных трансформаторов и встречно включенные вторичные обмотки 10 и 11 вспомога™ тельных трансформа:торов образуют первую ветвь фазы АС, вторую ветвь этой фазы образуют последовательно включенные вторичные обмотки 12. и. 13 основных трансформаторов. После- довательно включенные вторичные обмотки 14 и 15 основных трансформаторов и 16 и 17 вспомогательных трансформаторов образуют первую ветвь фазы СВ, вторую ветвь этой фа зы образуют последовательно включенные вторичные обмотки 18 и 19. Последовательно включенные дополнительные вторичные обмотки 20 и 21 основных трансформаторов и 22 и 23 вспомогательных трансформаторов образуют первую ветв.ь фазы ВА. Согласно включенные дополнительные вторичные обмотки 24 и 25 основных трансформаторов и встречно включен- ные дополнительные вторичные обмотк 26 и 27 вспомогательных трансформаторов образуют вторую ветвь фазы ВА Третью ветвь этой фазы образуют последовательно включенные дополнительные вторичные обмотки 28 и 29. В каждой из трех фаз одни концы ветвей соединены между собой непосредственно, а другие - через основные и дополнительные ключи переменного тока (КПТ), в фазе АС - через основные . КПТ 30 и 31 соответственно для первой и второй ветвей; в фазе СВ - через основные . КПТ 32 и 33 соответственно для первой и второй ветвей; в фазе ВА - через дополнительные КПТ 34-36 соответственно для первой, второй и третьей ветвей. Между собой фазы АВ, ВС и СА соединены в закрытый треугольник, вершины которого соединены с выходными вьшодами преобразователя.

Логический блок управления (фиг.З) содерзкит универсальный сдвигающий регистр 37, выходы которого соединены с соответствующими входами элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ 38 и счетчика 39 импульсов. Выходы последнего соединены с входами дешифратора 40, одни выходы которого через первый, второй, третий и четвертый элементы ЗИ-НЕ 41-44, первый, второй элементы 6И-НЕ 45 и 46 и первый, второй элементы 4Й-НЕ 47 и 48 непосредственно и дополнительно через первый, второй элементы НЕ 49 и 50 и третий элемент И-НЕ 51 подключены к соответствующим управдякнцим входам иреобразователь- ных ячеек и ключей переменного тока, а другие вьгходы через третий элемент бИ- НЕ 52 непосредственно и дополнительно через последоэательно соединенный с ним элемент НЕ 53 подключены к соответствующим входам логического элемента 38, выходы которого через, элементы НЕ 54 и 55 соединешл с

управляющими входами инверторов.

. . .. Преобразовательные ячейки и инварторы выполняются по известным схемам двухконтактных регулируемых преобразователей.

Работа устройства показана на примере преобразователя, в котором , т. Однофазные инверторы 1 и 2 создают переменное напряжение вида . UTD Urp6 (фиг,2). КПТ управляются, соответствующим импульсным напряжением Uu (фиг.2). Выходное квазисинусоидальное напряжение формируется из напряжений вторичных обмоток трансформаторов в виде равносторонней рав- ноступенчатой трапеции. Длительность

II

тельно л 11 8 (

верхнего основания

ступенек с первой по шестую включи/3N). Длительность

трапеции равна эл. град.

Логический блок управления работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы с выхода задающего генератора (ЗГ) поступают на синхронизирующие входы С1 и С2 универсального сдвигающего регистра. Р«1гистр вьтолняет функцию счетчика на три и создание на выходах второго, третьего и четвертого разрядов 2, 4-и 8 напряжения вида U54)

и

Зт/4(фиг.4), поступающих соответственно на коммутирующие и шунтирующий транзисторы вспомогательного инвертора. С выходов 2 и 8 сдвигающего регистра сигналы поступают на схему 2--2И-2ИЛИ-НЕ, а с выхода 2 еще и на вход С1 счетчика-делителя. Двоичный код с выходов 1, 2,4 и 8 счетчика поступает на соответствующие входы дещифратора.

В соответствии с алгоритмом работы импульсы с выходов дешифратора поступают на входы элементов И-НЕ (41-48,51 и 52). Сигналы на выходах этих элементов И1«1еют вид 1,- U46 (фиг.4) из которых U4|H и, и предназначены для управления коммутирующих транзисторов соответственно первой и второй преобразовательных ячеек, U45 и Щб - щунтирующих транзисторов этих ячеек и для первого элемента 4И-НЕ, для второго элемента 4И-НЕ, Uuje для третьего элемента 4И-НЕ (фиг.2). Сигналы и изо (фиг. 2) фор- мируются из сигналов Uu, и Uu,3 элементами НЕ 49 и 50. Сигналы

тождественны соответ-

Jy-j, и U(

(фиг.2). Третий элемент 6И-НЕ 52 и элемент НЕ 53 предназначены для выработки сигналов, по которым последовательность импульсов на выходах второго.и четвертого разрядов универсального регистра изменяется на обратную.

До момента 2 выходного напряжения преобразователя присутствует сигнал 1 на в псоде 52, а на выходе 53 - сигнал О. Импульсы с выходов второго и четвертого раэ рядов проходят через схему 2-2И- 2ИЛИ-НЕ соответственно на элементы НЕ 54 и 55 и далее к инвертору 2.

И и,4 ственно сигналам Ui

20643

Форма этих импульсов U и Ugy показана на фиг.4. В момент времени 2 и73 на выходе элемента 52 появляется О, а на выходе элемента 53 - I. По этому сигналу импульсы с выхода второго разряда регистра 37 поступают на элемент 55, а импульсы с выхода четвертого разряда регистра поступа10 ют на элемент 54 и далее к инвертору 2. Последовательность импульсов 1/54 и и55 в момент (фиг.2) меняется на обратную повторно.

Таким образом, на выходах инвер15 торов и преобразовательных ячеек создается напряжениеj соответствующее Утрф Uypf и (фиг.2).

20

Коэффициенты трансформации по вторичнь м обмоткам основных трансформаторов первой ветви фаз АС, ВС и первой и второй ветвей фазы ВА: К„д, ,

5

0

5

0

5

0

1С1

nai 5

161 ПвЭ

К,

К

К

К,

62 Д ( J

Кг

К.

к,

lA 4С7 183 nA i J ncu соответственно равны между собой и совместно с коэффициентом трансформации i-ro вспомогательного трансформатора (К;,.) выбираются из соотношений К„с..„ N/(n3 );

mscn

Ktm-OBc-n 1 ; K(m-i)ecn ЗК(„,., j

К(г 0всп ЗК,-эсг,- 1; nAi ;

(n-iUi ЗК„д,- ;

к;А2 N + I; , п

где N п 3 - число ступенек на

шестой части периода выходного напряжения;

т, п - число соответственно вспомогательных, инверторов и преобразовательных ячеек основного инвертора;

, 2т- порядковый номер

вспомогательного инвертора. Коэффициенты трансформации по вторичным обмоткам трансформаторов преобразователя при , равны

К

2А1

2, К

1A1

5, К,

А2

При этом напряжение на вторичных jo6MOTKax UQ; с амплитудами ступенек 55 Uj, величина которых отсчитывается по оси абцисс (фиг.2), связано следующим образом: Uoi4 Uog Uo,5 Uoz UQ Uoio - Uo25 Uy;

Uoii - U ovi - Uo,g- Uo2s

U,

019

JDIO - oife- Uoig- U,.

Остальные ступеньки образуются за счет сложения или вычитания напряжений вторичных обмоток

1}

08 СИО

и,.,,, + и 010 J

и.ф Uci - UQIO

в преобразователе полупериод выходного напряжения разбит на три раных интервала. На первом интервале замыкаются ключи 30, 32 и 36. При этом

и Ас Uog + Uo9 ;

Uc6 -(ио,Ф+ Uo,5+ Uo,6 );

USA ( 02.9

Ha втором интервале замыкаются

ключи 31, 32 и 35. При этом

UAC -(иокл+ Uoo );

ев

ВА

-( + Uo,s+ Uoi6 );

UQ2). + UQ/J.

Ha третьем инт(фвйле замыкаютс ключи 30j 33 и 34. При этом

UAC Uog + U(,tj - Uo,o ;

Uc6 Uo,g + Uoi9

и

6ft - Uojo+ U(,2t + Uo2Z

в следующий полупериод выходного напряжения работа преобразователя осуществляется аналогично описанному в сооответствии с временными диаграммами (фиг.2).

В пред.пагаемом преобразователе основные трансформаторы работают с тройной частотой выходного напряжения (3f), а их коэффициент расчетной мощности 1/ лр Первый вспомогательный трансформатор рабо- рает на частоте 3nf, а частота каждого последующего вспомогательного трансформатора, как и в известном устройстве, в три раза больше частоты предыдущего трансформатора.

По отношению к известному предложенный преобразователь имеет меньшее значение разбаланса напряжений фаз при несимметричной нагрузке.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной п-ячейковый однофазный инвертор и m вспомогательных однофазных инверг торов, нагруженных соответственно на

первичные обмотки п основных и m вспомогательных трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены в две фазы, включенные по схеме открытого треугольника, вершины которого соединены с выходными вьшодами преобразователя, причем каждая из указанных фаз содержит две параллельные ветви, в первую из которых включены последовательно вторичные обмотки п основных трансформаторов, а во вторую последовательно включены вторичные обмотки п основных и m вспомогательных трансформаторов, одни концы этих ветвей соединены

между собой непосредственно, а другие - через основные ключи переменного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения, каждый из

Р основных и m вспомогательных трансформаторов введены соответственно по три и две дополнительные вторичные обмотки, образующие третью фазу, состоящую из трех параллельных

ветвей, в первую и вторую из которых включены последовательно дополнитель ные вторичные обмотки п основньк и m вспомогательных трансформаторов, а в третью - только дополнительные

обмотки п основных трансформаторов, при этом одни концы этих трех ветвей соединены между собой непосредствен- но, а другие концы - через введенные дополнительные ключи переменного то ка, причем три фазы соединены между собой по схеме закрытого треугольника.

Чр

Л5

УГ,

--I п п rS г

LrLrLpiiiajajajnj VLr

--I п п rS г

н

tr

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения. Преобразователь содержит основной N- ячейковый однофазный инвертор 1 и M вспомогательных однофазных инверторов 2. На выходе каждой ячейки основного N-ячейкового однофазного инвертора 1 включены основные трансформаторы 4, 5, а на выходе вспомогательных однофазных инверторов 2 - вспомогательные трансформаторы 6, 7. Вторичные обмотки основных и вспомогательных трансформаторов 4-7 соединены последовательно через основные и дополнительные ключи переменного тока 30-36, образуя три фазы, соединенные в замкнутый треугольник. При соответствующем алгоритме сигналов управления, формируемых в логическом блоке 3 управления, на выходе преобразователя A,B,C формируется многоступенчатое квазисинусоидальное напряжение. 4 ил.

Г,

L.

Фиг.г

:. J.J :