Устройство для управления трехфазным преобразователем постоянного напряжения Советский патент 1990 года по МПК H02M7/48 

СО

с

Изобретение относится к преобразовательной технике. Цель изобретения - улучшение качества преобразованного напряжения за счет уменьшения коэффициента гармоник. Устройство содержит задатчик частоты 1, двенадцатиканальный регистр сдвига 3, модулятор ширины импульсов 22, три дополнительных триггера 16, 17, 18, установочными входами подключенных к выходам регистра сдвига 3, и три идентичных узла формирования управляющих сигналов. Регулирование величины напряжения обеспечивается за счет соответствующих переключений ключей ячеек методом частичного широтно-импульсного регулирования. 3 ил.

ел о

00

о с

N

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

Целью изобретения является улучшение качества преобразованного напряжения за счет уменьшения его коэффициента гармоник.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для управления преобразователем; на фиг. 2 - схема силовой части трехфазного преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства для управления преобразователем, и форма выходного фазного напряжения.

Устройство для управления трехфазным преобразователем постоянного напряжения включает задатчик 1 частоты, подключенный к делителю 2 частоты на два, выход которого подсоединен к счетному входу двенадцатиканального регистра 3 сдвига с парафазными выходами Qi, Qi...Qi2, Qi2. Указанный регистр 3 сдвига может быть выполнен, например, на двенадцати триггерах 4-15 (на фиг. 1 показано только четыре триггера 4, 5 и 14, 15) с перекрестной связью. В состав устройства входят также три дополнительных JK-триггера 16-18, счетные входы которых объединены и подключены к выходу задатчика 1 частоты. Установочные J- и К-входы триггеров 16-18 подключены к соответствующим выходам двенадцатиканального региСтра 3 сдвига

так.ЧТр , Kl Q4,,, ,

, a выходы Di, Di...D3, Оз этих триггеров 16-18 подключены к входам трех аналогично выполненных узлов 19-21 формирования управляющих сигналов Mji - Mj5. К остальным входам узлов 19-21 подключены соответствующие выходы триггеров 4-15 регистра 3 сдвига и S-выход модулятора 22 ширины импульсов. Последний может быть выполнен автономным или синхронизированным от задатчика 1 частоты.

Каждый узел 19-21 содержит два элемента ЗИ-НЕ 23 и 24, два элемента 2И 25 и 26, элемент ЗИ-2ИЛИ-27 и два элемента 2ИЛИ-НЕ 28 и 29. На выходах элементов2И 25 и 26 формируются управляющие сигналы MAI и МАЗ, определяемые логическими выражениями MAi QiQi2, MA3 QiQi2. Канал узла 19, предназначенный для формирова- ния управляющего сигнала MAS. содержит элементы ЗИ-НЕ 23 и 24 и элемент ЗИ- 2ИЛИ 27, соединенные таким образом, что на выходе последнего формируется управ

0

5

5

5

ляющий сигнал, определяемый логическим вы- ражением MA5 DiD2S Q2Qii+ DiD2S Q2Qii, Для формирования управляющих сигналов МА2 и МА4 используются два дополнительных элемента 2ИЛИ-НЕ 28 и 29, к входам которых подключены выходы злементов 2И 25 и 26 и ЗИ-2ИЛИ 27. На выходе элемента 2ИЛИ-НЕ28 при этом формируется сигнал МА2 МА1+МА5, а на выходе элемента 2ИЛИ-НЕ 29 - сигнал МА4 МАЗ+МА5.

Два других узла 20 и 21 формирования управляющих сигналов выполнены аналогично, с учетом фазового сдвига на угол 2 я/З сигналов с выходов распределителя i импульсов и триггеров 16-18. В общем виде логические выражения, определяющие связи в каждом из них, можно представить в виде:

Mjj QiQI+ii; Mj3 QiQi-Hi;

0 Mj5 DmDm+lSQKiQi+io+DmDm+iSQI+iQI+io; Mj-f-2 Mj+1+Mj5; Mj4 Mj3+Mj5.

Для фазы A ) индексы m и i равны 1. Для фазы В , , для фазы С , . Следует учесть, что если результирующий индекс сигнала Q окажется более двенадцати (числа J К-триггеров 4-15 распределителя импульсов) или сигнала D более трех (числа дополнительных J К-триггеров 16-18), то его значение равно результирующему минус соответственно 12 или 13 с одновременной инверсией данного сигнала. Такая операция может осуществляться неоднократно, до удовлетворения поставленному условию. Выходы Mji ,Mj2 ,Mj3 ,Mj4 ,Mj5 узлов 19-21 связаны через усилительно-развязывающий узел 30 с управляющими входами соот- ветствующих ключей силовой части преобразователя.

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное (фиг. 2), для управления которым используется предлагаемое устройство, содержит три однофазные инвер- торные ячейки 31-33, выполненные в виде двух стоек ключей 34-45, причем ключи 34- 39, подключенные к первой (например, плюсовой) шине 46 питания преобразователя, выполнены в виде полностью управляемых ключей переменного тока, а смежные с ними ключи 40-45 стоек - в виде встречно-па- раллельно включенных, наприме{5, транзистора и диода. Средние точки стоек ключей 34-45 инверторных ячеек 31-33 подключены к концам первичных обмоток 47-49 соответствующих трансформаторов 50-52, а средние точки обмоток 47-49 подключены через ключи 53-55 (выполненные также, как ключи40-45, в виде встречно-параллельно включенных транзистора и

5

0

5

0

0

диода) к первой шине 46 питания преобразователя. Вторичные обмотки 56-58 трансформатора 50-52 соединены в звезду.

Принцип работы устройства для управления преобразователем поясняется временными диаграммами (фиг. 3).

Задатчик 1 частоты синхронизирует работу устройства. Импульсы вида Ui с его выхода поступают на вход делителя 2 частоты, а также определяют частоту работы модулятора 22 ширины импульсов. Импульсы U2 поступают на счетный вход регистра 3 сдвига импульсов. Фазовый сдвиг между последовательностями симметричных пря- моугольныхимпульсов01,а2,...012,...012 составляет . Каждый триггер 16-18 синхронизирован соответствующим сигналом с выхода регистра 3 сдвига импульсов, а на их счетные входы поступает последовательность импульсов Ui. В результате выходные сигналы Ui6-Ui8 оказываются сдвинутыми на угол п /24 по отношению к сигналам Q, Qs и Qi2 соответственно.

Для обеспечения регулирования величины выходного напряжения преобразователя в соответствии с сигналом Da изменяется длительность а сигнала на выходе модулятора 22 ширины импульсов. Этот сигнал, а также сигналы с выходов регистра 3 сдвига импульсов и триггеров 16- 18 поступают на входы трех узлов 19-21 формирования сигналов управляющих, ключами 34-45 и 53-55 преобразователя. После осуществления логических операций над последовательностями импульсов на выходах элементов 25-29 получают новые последовательности управляющих импульсов (сигналов), определяемые приведенными логическими выражениями. Номер каждого элемента 23-29 в узле 19 соответствует индексу полученной последовательности импульсов, некоторые из которых представлены на фиг. 3. В результате ключи 34-45 и 53-55 преобразователя переключаются в соответствии с разработанным алгоритмом. Регулировочные паузы а и дополнительные импульсы вводятся при этом на определенном интервале проводимости ключей 34-39 и 53-55. При симметричной нагрузке преобразователя, соединенной в звезду без нулевого провода, фазное напряжение на нагрузке (при соответствующей величине регулировочной паузы а ) имеет вид UA (фиг. 3).

Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет обеспечить.регулирование выходного напряжения в определенном диапазоне. При изменении

относительной величины регулировочной паузы а от О до 1 действующее значение выходного напряжения изменяется от 0,866 Um до 0,645 Urn. Основная гармоника выходного напряжения при этом изменяется от 1,219 Dm до 0,901 Um. Данный способ регулирования позволит обеспечить стабилизацию выходного напряжения преобразователя при изменении напряжения питания в диапазоне ± 15%, т.е. достаточном для большинства автономных объектов. Качество выходного напряжения преобразователя, определяемое коэффициентом гармоник выходного напряжения Кг, при этом изменяется от 0,094 до

0,163 (при ai 0,5 Омакс . Ul 1,06 Умакс Кг

0,197). По сравнению с известным устройством в том же диапазоне изменения выходного напряжения Кг изменяется от 0,094 до 0,405, а при Ui 1,06 Умакс ,283. Уменьшение величины Кг позволит уменьшить установленную мощность выходного фильтра преобразователя, улучшить его массогабаритные показатели, увеличить быстродействие.

Предлагаемое устройство для управления преобразователем может найти применение при построении стабилизированных централизованных источников вторичного электропитания, когда требуется рбеспе0

5

0

5

чить согласование номинальных уровней напряжения нагрузки и питания и стабилизацию последнего при колебаниях напряжения питания в диапазоне ± 15% при высоком качестве выходного напряжения. Малое значен/,е Кгобеспечивается бесфильтровым путем, 5ез усложнения структуры силовой части преобразователя.

Формула изобретен и я Устройство для управления трехфазным преобразователем постоянного напряжения, включающим три однофазные инвер- торные ячейки с трансформаторным выходом, каждая из которых выполнена в виде двух стоек ключей с управляющими входами Mji...Mj4, где , В, С - индекс фазы, причем ключи с управляющими входами Mj2 и Mj4, подключенные к первой шине питания, выполнены в виде полностью уп- равляемых ключей переменного тока, а ключи с управляющими входами Mji и Mj3 , подключенные к второй шине питания, - в виде встречно-параллельно включенных транзистора и диода, средние точки стоек ключей подключены к концам первичной обмотки трансформатора, средняя точка которой через ключ с управляющим входом Mjs, также выполненным в виде встречно-параллельно включенного транзистора и диода, подсоединена к первой шине питания преобразователя, содержащее задатчик частоты, выходом связанный через делитель частоты на два со счетным входом двенад- цатиканального регистра сдвига, парафаз- ные выходы QI, Qi...Qi2, Qia которого подключены к соответствующим входам трех аналогично выполненных узлов формирования управляющих сигналов, выходы , Mj2 ,....Mj5 которых предназначены для подключения к соответствующим управляющим входам упомянутых ключей преобразователя, к выходу задатчика частоты подключен также модулятор ширины импульсов, S-выходом соединенный с одним из входов узлов формирования управляющих сигналов, к оставшимся свободным входам которых подключены выходы Di, D1...D3, Оз трех триггеров, установочные J- и К-входы которых соединены с выходами двенадцатиканального регистра сдвига так, что , , , К2 Qs, ,

Фаг. 2

0

5

0

. a их счетные входы объединены и подключены к выходу задатчика частоты, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества преобразованного напряжения за счет уменьшения козффициен- та гармоник, связи между входами и выходами узлов формирования управляющих сигналов выполнены реализующими следующие логические выражения:

MjrQiQl-m: Mj3 QiQiH-ii: Mj5 DmDm-t-iSQi+iQi-t-io+DmDm-nSQn-iQI-no,Mj2 Mji + Mj5;Mj4 Mj3 + Mj5 ,

где (9,17) и (3,5) соответственно для (B,C).

причем если результирующий индекс при Q больше двенадцати или трех при D, то его величина уменьшается соответственно на 12 или 3 с одновременной инверсией /данного выходного сигнала и такой переход может осуществляться неоднократно до удовлетворения поставленному условию.

и.

Ui

и,

U(S) Q, Oi

ts,

Q,i Uju,) U ()}

J 141(x4)

Uzf,

U2(M,,) )

и,Мг)