Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение Советский патент 1990 года по МПК H02M7/539 

Ишбретение относится к электро- и может бить испольчопано п ciir i Mav вторичного электропитания и ; IVIIU.MUI.

нчобр- теннл - понигасние на- Ч(.1,ГТ1, nyicM /моныяения напряжения и л ч-1ч ucp .-VL HHoro тока и умепь- : V г,ч магом и 7)0аритов.

1-1 фн . 1 представлена прннцинн- ) |,.ц cvpMa сиговой част иреоГ р,ччо- и.-. t-г - н; на фиг. 2 - принципиальная .x- ii системы управления преобрачова- ii- t ; на фиг. 3 - диаграммы, поясня- кчци.-- принцип формирования импульсов уп1), ключами преобрачователя4, на i Mi1. 4 - гаОлнца истинности прог- р-чм нрурмою постоянного запоминающе го устроит run.

попбрачип.ггс-лъ (фиг. 1) содержит и. н vnioii и вспомогательный однофаз- Hiii инверторы, выполненные соответст- (чнм на ключах 1-4 и 5-8. Выходы инверторов нагружены на первичные об- митки основного и вспомогательного трансформатора 9, JO. Первая, вторая и третья вторичные обмотки JJ-13 основного трансформатора 9 и вторичные обмотки 14, 15 вспомогательного трансформатора 10 соединены между со- бой и через ключи 16-27 переменного тока с выходными выводами А, В, С преобразователя,

Плок управления преобразователем (фиг. 2) содержит задающий генератор 28, выход которого соединен через триггер 29 и блок 30 буферных телей с управляющими входами ключей 1-4 основного инвертора. Кроме того, выход задающего генератора 28 под- ключей через делитель 31 частоты с изменяемый коэффициентом деления к входу двоичного счетчика 32, выходы которого соединены с адресными входами программируемого постоянного эапо- мннающего устройства 33. Выходы 34-49 последнего связаны через триггер 50, логические элементы 2-2И-2Ш1И 51-63, элементы НЕ 64-66, элементы 2И 67 и 68, блок 30 с управляющими входами силовых ключей преобразователя, причем номера выходов блока 30 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены. ,

На фиг. 3 диаграммы 69-91 пред- ставляют формы импульсов на выходах следующих элементов: 69 - задающего генератора 28, 70, 71 - прямого и инверсного выходов триггера 29 (импульсы управления ключами 1, 4 и 2, 3 инвертора); 72 - делителя.частогы ЗГ; 73 - 76 - элементов 51, 64, 52, 65 (импульсы управпепия ключами 5-8); 77, 78 - трансформаторов 9, 10; 79 - 90 - элементов 67, 68, н 54 - 63 (импульсы управления ключами 16-27); 9 1 - преобрачонателн (выходное фазное нанрлхение ГА).

Устройство рабшает саедуышим образом.

Улучшение формы кривой выходного напряжения в преобразователе осуществляется за счет амплитудно-импульсной модуляции, а уменьшение массы и габаритов трансформаторов - путем преоб- рачования постоянного напряжения в переменное на высокой промежуточной частоте.

Задающий генератор 28 (фиг. 2) формирует последовательность импульсов 69 (фиг. 3), которая поступает на вход триггера 29. Сигналы 70, 71 его прямого и инверсного выходов усиливаются блоком 30 буферных усилителей и поступают на управляющие входы силовых ключей 1, 4 и 2, 3 основного инвертора. Кроме того, частота задающего генератора 28 делится делителем 31 частоты, например на два, и поступает на вход двоичного счетчика 32 с коэффициентом пересчета, равным 21. С выходов счетчика 32 импульсы поступают на адресные входы программируемого запоминающего устройства 33, логические состояния выходов 34-49 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице на фиг. 4. Выходные сигналы элемента 33 разрешают или запрещают прохождение импульсов 70, 71 с прямого и инверсного выходов триггера 29 на входы блока 30. Причем, уровень логического нуля на входе блока 30 обеспечивает закрытое состояние силового ключа преобразователя, а уровень логической единицы - открытое. Триггер 50 и логические элементы 53 и 66 обеспечивают инвертирование импульсов прямого и инверсного выходов триггера 29, поступающих на вход элементов 67, 68 и 54, 63, через полупериод выходного напряжения преобразователя. В первый полупериод сигналом логической единицы выхода 38 элемента 33 триггер 50 устанавливается в логическое состояние 1, и на выход элемента 53 проходит прямая последовательность импульсов с выхода

515

ipmrep i 29. Во второй полупериод триггер ЬО переключается в состояние О, и на выход элемента 53 проходят инверсные сигналы с выхода триггера 29. Такая смена последовательностей импульсов определяется алгоритмом работы ключей 16-27 (диаграммы 79-90, фиг. 3). Полупериод выходного напряжения 91 преобразователя можно разде- лить на 21 равный интервал, что соответствует 21-му состоянию элемента 33

На первом интервале, в соответствии с таблицей фиг. 4, сигналы логических единиц с выходов 34, 37, 41, 42, 44 элемента 33 обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 29 через элементы 51, 55, 56, 58 на управляющие входы ключей 5, 19, 20, 22 и ин- версией последовательности импульсов через элементы 52, 54, 57, 59 и блок 30 буферных усилителей на управляющие входы ключей 7, J8, 21, 23. Кроме того, выходные импульсы элементов 51, 52 инвертируются элементами 64, 65 и через блок 30 поступают на управляющие входы ключей 6, 8 вспомогательного инвертора. Сигналы логических нулей с выходов 39, 46 - 49 эле- мента 33 запирают элементы 67, 68, 60-63, а следовательно, и силовые ключи 16, 17, 24-27. Формирование импульсов управления всеми силовыми ключами преобразователя на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 69-90 (фиг. 3) и таблицей истинности (фиг. 4) элемента 33. В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 9, 10 формируются прямоугольные напряжения 77, 78, а на фазе нагрузки при соединении ее чвездпй - напряжение 91,/близкое по. форме к синусоидальному. Амплитуды ступеней с 1 по 11 этого напряжения

U „ 5U 7U 8U ,„ 10U 1Ш равны -, U, --, г-, 2 - з

4TJ, -г-, -г-, где U - амплитуда нап

ряжения на обмотках 13, 14 вспомогательного трансформатора 10. Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней напряжения на вторичных обмотках 11-13 основного транс- форматора 9 должны бить равны 2U, 3U, 2Ц, т.е. числа витков обмоток 11-13 основного трансформатора 9 и обмоток 14 и 15 вспомогательного трансформатора 10 должны относится как 2:3:2: :1 : 1 .

Основной и вспомогатепьнын инверторы и трансформаторы могут работать на любой высокой частоте, кратной выходной частоте преобразователя. При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя частоты 31 и числом ступеней в полупериоде выходного напряжения. Пусть коэффициент деления делителя 31 частоты равен например двум. Тогла интервал каждой ступени напряжения 91 можно разделить на два подынтервала, соответствующих- полупериоду работы трансформатора 9.

На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи 1, 4, 5,8,

19,20, 22 (диаграммы 70, 73, 76, 82, 83, 85 фиг. 3). При этом напряжения на вторичных обмотках Jl:-13 основного трансформатора 9 равно соответственно 2U, 3U, 2U, а на вторичных об- мртках 14-15 вспомогательного трансформатора 10 равны TJ. К выходным выводам А, В преобразователя через замкнутые ключи 22 и 19 прикладывается алгебраическая сумма напряжений обмоток 12-14, равная 4U, к выводам В, С через ключи 19, 20 сумма напряжений обмоток 11, 12, 13, равная (-7U), к выводам С, А - через ключи

20,22 - сумма напряжении обмоток 11 и 14, равная 3U. В этом случае при соединении нзгрузки звездой фазные напряжения равны

U

-

4U - 3U U

j з з;

U6C - U

ь

-7U - 4U -JJ

и,

Uc--(ue-ue).lf2.

На втором подынтервале первого интервала замыкают ключи 2, 3, 6, 7, 18, 21, 23 меняется полярность напряжений на обмотках трансформаторов 9 и 10. К выходным выводам А, В прикладывается алгебраическая сумма напря - жений обмоток 11, 12, 15 равная 4U, к выводам В, С - сумма напряжений обмоток 11 - 13, равная (-7U), к выводам С, А - сумма напряжений обмоток 13 и 15, равная 3U, поэтому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале при любом коэффициенте деления делителя 31 частоты работа ключей переменного тока повторяется для нечетных и четных подынтервалов соответственно и формируются первая положи- тельная, восьмая отрицательная, седьмая положительная ступени фазных напряжений UA, Ub, Uc соответственно.

На первом подынтервале второго интервала замыкают ключи 1, 4, 5, 7, 19, 20, 22 меняется полярность напряжений на обмотках 11-13 основного трансформатора 9, а напряжение на обмотках 14, 15 вспомогательного трансформатора 10 становится равным нулю. К выводам А, В, прикладывается сумма напряжений обмоток 12, 13, равная 5U, к выводам В, С - сумма напряжений обмоток 11, 12, 13, равная (-7U), к выводам С, А напряжение обмоток 11, рав ное 2U. При этом фазные напряжения обмоток становятся равными Ид И, Uв -4U, Бс я 3U, т.е. формируется вторая положительная, девятая отрицательная и шестая положительная ступе- ни фазных напряжений.

В дальнейшем работа преобразовател происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 69-91 (фиг.З импульсов управления ключами преобра- эователя.

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

В предлагаемом преобразователе уменьшено приложенное к ключам переменного тока напряжение и снижена

масса основного и вспомогательного трансформаторов.

Формула изобретения

1.Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное кваэисинусои- дальное напряжение, содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, выходами соединенные с первичными обмотками основного и вспомогательного трансформаторов, первый из которых содержит три вторичные обмотки, а второй - две вторичные обмотки, а также четыре группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой группе, одни силовые выводы которых подключены к соответствующим выходным выводам преобразователя, а другие силовые выводы ключей каждой группы объединены и образуют четыре общие точки, из которых первая и четвертая соединины с началом первой и концом третьей вторичных обмоток основного трансформатора, отличающий с я тем, что, с целью повышения на- .Ьежности путем уменьшения напряжения на ключах переменного тока и уменьшения массы и габаритов, объединенные начало второй и конец первой, а также начало третьей и конец второй Ъторич- ных обмоток основного трансформатора соединены порознь через вторичную обмотку вспомогательного трансформатора с общими точками второй и третьей групп ключей переменного тока соответственно.

2.Преобразователь по п. отличающийся тем, что числа витков первой, второй и третьей вторичных обмоток основного трансформатора и вторичных обмоток вспомогательного трансформатора относятся между собой как 2:3:2:1:1.

I INSIfSJ

J o

C

liva

G и « « a fQ «

fe

milllllllllllllllllllllimmmimilllllllllllHllllllllllllllllllllllllinHll t

69

70 77 U 73

74 75 тф пппппп пппппп пппппп пппппп пппппп ппппп t

чппппппппппппппппппппп ппппп nnnnnnnrmnnnnhmt

ппппппппппппппппппппппппппппппппппппппппппГ

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I J 1 I I I M I I I I I i I I I I I I I I I I t

пп п пппп п пппп п пппп п пппп п пппп п пп

nn n пппп п рппп п пппп п пппп п ппптп n nn f

ппппп пппппп пппппп пппппп пппппп пппппп п t

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения - повышение надежности путем уменьшения напряжения на ключах переменного тока и уменьшение массы и габаритов. Преобразователь содержит основной и вспомогательный однофазные инверторы, выполненные на ключах 1 - 4 и 5 - 8 соответственно и нагруженные на первичные обмотки основного 9 и вспомогательного 10 трансформаторов. Первая, вторая и третья вторичные обмотки 11, 12 и 13 основного трансформатора и вторичные обмотки 14, 15 вспомогательного трансформатора соединены между собой и через ключи переменного тока 16 - 27 соединены с выходными выводами A, B, C преобразователя. При определенном алгоритме коммутации ключей переменного тока 16 - 27 и ключей 1 - 8 основного и вспомогательного однофазных инверторов фазное выходное напряжение преобразователя имеет 11-ступенчатую форму, близкую к синусоидальной. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

ппппппппппппппп

ппппппппппппппп

ппппппппппп

б/

81 ЛЗНппп

ппппппппп

тппппппnn n a

ппппппппп

ппппппппппппппп

пппп

ппппппппппппппп

Л51ПП

ппп

87

nnnnn

ппп ппп

ппп ппп

90

ппрпп

ппппппппппппппп

ппппппппппппппп

ппппппппппппппп

пппп t

ппппппппппппппп

пппп t

ппппппппппп t

ппппплппппп t

ППП1ППП

nnn t

ппплпп

ппп t

t

ппп ппп

ппппп

ппппп

ппп гшп.

фи&З