Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в квазисинусоидальное трехфазное Советский патент 1990 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике (преобразовательной технике) и может быть использовано при создании централизованных источников вторичного электропитания (ИВЭП), агрегатов бесперебойного электропитания с синусоидальным выходным напряжением, стабилизированным в определенном диапазоне.

Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения преобразователя за счет уменьшения его коэффициента гармоник, улучшение его энергетических показателей, а таюке упрощение устройства для управления за счет сокращения числа элементов в узлах формирования управляющих сигналов.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для управления преобразователем; на фиг.2 - схема силовой части преобразователя; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное (фиг.1)

31577025

содержит задатчик 1 частоты, выходом подключенный через делитель 2 частоты на два к счетному входу двенадца- тиканального регистра 3 сдвига. Регистр 3 сдвига может быть выполнен на двенадцати триггерах 4-15 (на фиг. J показано только четыре тригге-. ра 4,5 и 14,15) с перекрестной свярения поставленному условию. Аналогично, щщекс га для фазы А равен 1, для фазы В и для фазы С , a

На фиг. 1 приведен один из возможных вариантов узла 19 формирования управляющих сигналов. Каждый из узлов 19-21 содержит в этом случае два элезью. Парафазные выходы . .Qf2 , ю мента ЗИ-НЕ 23 и 24, два элемента ЗИ

25 и 26 и два элемента 2ШШ-НЕ 27 и 28. Канал узла 19, предназначенный, например, для формирования сигналаМдЭ содержит последовательно соединенные 5

триггеров 4-15 регистра 3 сдвига подключены к входам дополнительных триггеров 16-18 и трех идентично выполненных узлов 19-21 формирования управляющих сигналов М-э.. .М : , ключами силовой части преоб разователя. Связи между выходами регистра 3 сдвига и установочными I-K- входами дополнительных триггеров 16- 18 выполнены таким образом, что I ,

:о

элементы ЗИ-НЕ 23, на выходе которых формируют сигнал , и элемент ЗИ

25,

где будет сформирован сигнал М . „. ,Пля формирования сигнала Мд5 выход элемента ЗИ 25 подключает К входу элемента 2ШШ-НЕ 27, второй вход которого подключен к инверсному выходу Q триггера 15. В резуль- ате будет сформирован сигнал, опре- де.яемып логическим выражением М «

3Q4 a ,

K,. Счетные этих триггероп 16-18 объединены и подключены к выхо TT,V задатчика 1 частоты, Ь .деоединеьк также к входу мод-ул -. с,- ,2 ширины импульсов. Выхбд S указанного модулятора 22 соединен с одним из ,ходов узлов формирования управляют. сигналов 19-21, оставшиеся входы которых подключены к выходам D D ... D3D. дополнительных: триггеров 16-18. Зьгк-ды Q(f,Q1,Q9,Q3 и 5 триггеров - гд 2 и 8 регистра 3 образуют выходы М ,«t и М : г непосредственно, минуя узлы 16-18.

Аппаратурная реализация узлов 19- 21 формирования управляющих сигналов Mt-y.-MjЈ, обеспечивающая связь между их входами и выходами, определяется следующими логическими выражениями

мь

DmD

MS .

10

, Qu

10

50

M

i q.in in т - - i ч- iv ;45

Mi«-M i « Индекс i для фазы А равен 1, для фазы В , для фазы С .

Следует учесть, что если результирующий индекс при Q (адрес выхода регистра 3 сдвига) оказывается больше двенадцати - числа триггеров 4-15s то следует осуществить замену адреса путем уменьшения его на 12, с одновременной инверсией выхода (Qj-Q ц4,г Q,). причем эта операция повторяется необходимое число раз, до удовлетво55

рения поставленному условию. Аналогично, щщекс га для фазы А равен 1, для фазы В и для фазы С , a

На фиг. 1 приведен один из возмож25 и 26 и два элемента 2ШШ-НЕ 27 и 28. Канал узла 19, предназначенный, например, для формирования сигналаМдЭ содержит последовательно соединенные

о

5

0

0

5

5

элементы ЗИ-НЕ 23, на выходе которых формируют сигнал , и элемент ЗИ

25,

где будет сформирован сигнал М . „. ,Пля формирования сигнала Мд5 выход элемента ЗИ 25 подключает К входу элемента 2ШШ-НЕ 27, второй вход которого подключен к инверсному выходу Q триггера 15. В резуль- ате будет сформирован сигнал, опре- де.яемып логическим выражением М «

-M..i-Qtl . Аналсгпчнь1М образом выпол неиы связи между элементами ЗИ-НЕ 24, ЗИ 26 и 7ИДИ-НЕ 28 в каналах узла 19 предназначенных для формирования управляющих сигналов М Д4 и МдЈ.

Выходы узлов 19-21 формирования управляющих сигналов и выходы триггеров 4,t2 и 8 регистра 3 связаны через усилительно-развязывающий узел 29 с управляющими входами И: ...М- соответствующих ключей силовой части преобразователя, приведенной на фиг.2. В ее состав входят три мостовые ин- верторные ячейки 30-32, выполненные в виде двух основных стоек ключей 33- 44 (например, на транзисторах, шунтированных диодом) и третьей вспомогательной стойки ключей 45-50 переменного тока. Точки соединения ключей 33-44 основных стоек подключены к основным первичным обмоткам 51-53 соответствующих выходных трансформаторов 54-56, а точка соединения ключей 45- 50 вспомогательной стойки - к одному из концов дополнительной обмотки 57- 59, другой конец которой подсоединен к разноименному концу соответствующей основной первичной обмотки 51-53. Вторичные обмотки 60-62 трех трансформаторов 54-56 соединены в звезду.

Принцип работы преобразователя по- ясняется временными диаграммами, представленными на фиг. 3. На этом чертеже показаны: U, - сигнал с выхо5 . 1577025

Да задатчика 1 частоты, синхронизирую- и до 0,645U , а его основная гармо- щего работу отдельных узлов и элемен- ника изменяется при этом от 1,21У1) тов устройства и определяющего выход- до и§9оцт т.е. данный способ регуную частоту преобразователя. 11„ - сиг-

а лирования позволит обеспечить стабилк- нал с выхода делителя частоты на два,

поступает на вход регистра 3 сдвига, на выходах триггеров 4-15 которых будут сформированы парафазные сигналы «Q f Q,4 выходной частоты, сдвинутые между собой на угол F/12 (U4-U fj-) . Каждый из триггеров 16-18 синхронизирован соответствующим сиг10

зацию выходного напряжения преобразователя при изменении нагрузки, а также напряжения питания в диапазоне ±15%. Качество выходного напряжения, определяемое коэффициентом гармоник Кг, при этом изменяется от 0,094 до О, 163 (при о/ 0, y,-1f06Un, а Кг 0,197). По сравнению с известным устройством в этом же диапазоне регули Ј-,/ рования выходного напряжения К изме- зываются сдвинутыми на угол ft/24 по„ no/ n ,nQ r тт

няется от 0,094 до 0,408, а при U

1,06UmКг 0,28. Уменьшение величины Кг позволит уменьшить соответственно

20

налом с выхода регистра 3 сдвига. При этом выходные сигналы U1t-U

25

отношению к сигналам Q4,Q ,, и Q ,г соответственно. Для обеспечения ВДР выходного напряжения преобразователя сигнал S с выхода модулятора 22 ширины импульсов изменяет свою скважное Длительность d этого сигнала ( на фиг. 3) пропорциональна величине U/, определяющей величину выходного напряжения .

После осуществления логических операций над полученными последовательностями импульсов на выходах соответствующих элементов узлов 19-21 формирования управляющих сигналов будут по-30 лучены новые последовательности импульсов, определяемые приведенными выше логическими выражениями. Номер каждого элемента 23-28 в узле 19 соответствует индексу полученного на его ,, выходе сигнала, некоторые из которых приведены на фиг. 3. В результате ключи 33-50 преобразователя будут переключаться в соответствии с разработанным алгоритмом. Регулировочные паузы 40 длительностью с/ вводятся при этом на определенном участке проводимости только ключей 35,36,39,40,43,44 (U25 и U ), а противотактные этим паузам включения - у ключей 45-50 (UJ7, на фиг. 3). Тем самым полностью устранены противотактные переключения ключей в одной стойке - причина вызывающая резкое увеличение динамических потерь, обусловленных сквозными токами в транзисторах мостовых схем преобразователей.

Таким образом, предлагаемое устройство позволит обеспечить регулирование выходного напряжения преобразо- 55 вателя. При увеличении относительной- длительности регулировочной паузы d от 0 до 1 действующее значение выходного напряжения уменьшается от 0,866

установленную мощность выходного фильтра преобразователя, увеличить быстродействие.

Формула изобретения

Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в квазисинусоидальное трехфазное, включающим три мостовые инверторные ячейки, каждая в виде двух основных стоек ключей с управляющими входами И .- , М: и Mj , М- соответственно и третьей вспомогательной стойки ключей переменного тока с управляющими входами И: , М- , где ,B,C - индекс фазы, причем точки ссединения ключей основных стоек каждой инверторной ячейки подключены к основной первичной обмотке соответствующего выходного трансформатора, точка соединения ключей вспомогательной стойки подключена к одному концу дополнительной первичной обмотки, другой конец которой соединен с разноименным по полярности концом основной первичной обмот- 45 ки этого трансформатора, содержащее последовательно соединенные задатчнк частоты, делитель частоты на два и двенадцатнканапьный регистр сдвига, парафазные выходы Q ,Q , . . , О .,Q.,..,, Q., Q;i которого подключены к одним соответствующим входам трех аналогично выполненных узлов формирования управляющих сигналов, к другим их входам подключены выходы D, ,D ,,,... ,D3, Dj трех триггеров, установочные I- и К-входы которых соединены с выходами двенадцатиканального регистра сдвига так, что 1-rQ.p , ,

10

0

5

0 , 0

5

установленную мощность выходного фильтра преобразователя, увеличить быстродействие.

Формула изобретения

Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в квазисинусоидальное трехфазное, включающим три мостовые инверторные ячейки, каждая в виде двух основных стоек ключей с управляющими входами И .- , М: и Mj , М- соответственно и третьей вспомогательной стойки ключей переменного тока с управляющими входами И: , М- , где ,B,C - индекс фазы, причем точки ссединения ключей основных стоек каждой инверторной ячейки подключены к основной первичной обмотке соответствующего выходного трансформатора, точка соединения ключей вспомогательной стойки подключена к одному концу дополнительной первичной обмотки, другой конец которой соединен с разноименным по полярности концом основной первичной обмот- 5 ки этого трансформатора, содержащее последовательно соединенные задатчнк частоты, делитель частоты на два и двенадцатнканапьный регистр сдвига, парафазные выходы Q ,Q , . . , О .,Q.,..,, Q., Q;i которого подключены к одним соответствующим входам трех аналогично выполненных узлов формирования управляющих сигналов, к другим их входам подключены выходы D, ,D ,,,... ,D3, Dj трех триггеров, установочные I- и К-входы которых соединены с выходами двенадцатиканального регистра сдвига так, что 1-rQ.p , ,

15770 K2-Qg, f2, 1tr их счетные вхо ды соединены с выходом задатчика частоты, который подключен также к модулятору ширины импульсов, выходом S соединенному с оставшимся входом узлов формирования управляющих сигналов, вы- ходы которых предназначены для подключения к управляющим входам М

П1( соответствующих ключей преобразователя, выходы двеиадцатиканального регистра сдвига предназначены для под ключения к управляющим входам Mj, - и М ключей первой основной стойки непосредственно так, что М Q-, 5 Mj ( , где (9,1 7) соответственно. для (B,C)j если результирующий индекс при , то его величина уменьшается на 12 с одновременной ик- арсией адреса выхода регистра сдвш1 2G

.5

Ю

5 G

5

8

целью улучшения энергетических показателей, а также качества выходного напряжения преобразователя за счет уменьшения его коэффициента гармоник и упрощения, связи между входами и выходами узлов формирования управляющих сигналов выполнены реализующими следующие логические выражения;

M3 °PmPmMS QutQ.,; .,s

и.

xJs ni

Mj +Q

МОГНЬ+(Ь

где (J,5 соответственно для j A(B,C),

причем если индекс при , то его г j личина уменьшается на 3 с одновремен ной инверсией данного выходного г тФиг. l

Фие.3

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - улучшение энергетических показателей, качества выходного напряжения преобразователя за счет уменьшения его коэффициента гармоник и упрощения. Устройство для управления преобразователем содержит задатчик частоты, двенадцатиканальный регистр сдвига, модулятор ширины импульсов, три дополнительных триггера и три идентичных узла формирования управляющих сигналов. В устройстве связи между входами и выходами узлов формирования управляющих сигналов, предназначенных для подключения к управляющим входам ключей инверторных ячеек, выполнены особым образом. Устройство обеспечивает управление преобразователем постоянного напряжения в трехфазное, содержащим три однофазные инверторные ячейки с трансформаторным выходом. Каждая ячейка выполнена по схеме мостового инвертора и снабжена стойкой дополнительных ключей с двусторонней проводимостью, подключенной к второй дополнительной первичной обмотке трансформатора. Регулирование выходного напряжения осуществляется методом частичного широтно-импульсного регулирования в диапазоне ±15%. Качество напряжения определяемое коэффициентом гармоник изменяется при этом в диапазоне от 0,094 до 0,163. 3 ил.