Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение Советский патент 1991 года по МПК H02M7/539 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в системах вторичного электропитания и электропривода.

Цель изобретения - повышение качест-, ва выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник.

На фиг. 1 показана принципиальная схема силовой части преобразователя; на фиг, 2 - принципиальная схема блока управления преобразователем; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя.

Силовая часть преобразователя содержит основной и вспомогательный однофазные инверторы, выполненные соответственно на управляемых ключах 1-4 и 5-8. Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки основного 9 и вспомогательного 10 трансформаторов. Секции 11-14 вторичной обмотки основного трансформатора 9 и вторичная обмотка 15 вспомогательного трансформатора 10 соединены через основные и дополнительные ключи переменного тока 16-27 с выходными выводами А, В, С преобразователя.

Блок управления преобразователем содержит задающий генератор 28, выход которого соединен через триггер 29 и блок буферных усилителей 30 с управляющими входами ключей 1-4 основного инвертора. Кроме того, выход задающего генератора 28 подключен через делитель частоты 31 с изменяемым коэффициентом деления к входу двоичного счетчика 32, нагруженного на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 33. Выходы 34-47 последнего соединены через логические элементы НЕ 48-54, триггер 55, логические элементы 2-2И-2ИЛИ 56-64 и блок 30 буферных усилителей с управляющими входами силовых ключей 5-8 и 16-27 преобразователя, причем номера выходов блока 30 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены.

На фиг. 3 диаграммы 65-87 представляют формы импульсов на выходах следующих элементов:

65 - задающего генератора 28;

66, 67 - прямого и инверсного выходов триггера 29 (импульсы управления ключами 1, 4 и 2, 3 инвертора);

68 - делителя частоты 31;

элементов 56,50,57,51 (импульсы управления ключами 5-8 соответственно);

73-74 - трансформаторов 9, 10;

75-82 - элементов 53, 54 и 59-64 (импульсы управления ключами 16-23);

83-86 - на выходах 44-47 устройства 33 (импульсы управления ключами 24-27);

87 - преобразователя (выходное фазное напряжение UA).

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 28 формирует последовательность импульсов 65, которая поступает на вход триггера 29. Сигналы 66, 67

0 его прямого и инверсного выходов усиливаются блоком буферных усилителей 30 и поступают на управляющие входы силовых ключей 1-4 основного инвертора. Кроме того, импульсы задающего генератора 28 де5 лятся по частоте делителем частоты 31, например, на два и поступают на вход двоичного счетчика 32 с коэффициентом пересчета, равным 30. С выходов счетчика 32 импульсы поступают на адресные входы

0 программируемого постоянного запоминающего устройства (ЗУ) 33, логические состояния выходов 34-47 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице.Выходные сигналы уст5 ройства 33 разрешают или запрещают прохождение импульсов 65, 66 с прямого и инверсного выходов триггера 29 на входы блока 30. Причем уровень логического нуля на его входе обеспечивает закрытое состо0 яние силового ключа преобразователя, а уровень логической единицы - открытое.

Триггер 55 и логические элементы 58,52 обеспечивают инвертирование импульсов прямого и инверсного выходов триггера 29,

5 поступающих на входы элементов 53, 54 и 59-64 через каждый полупериод выходного напряжения преобразователя. Такая смена последовательностей определяется алгоритмами работы ключей 5-8 и 16-23 преоб0 разователя (диаграммы 69-72 и 75-82 на фиг. 3).

В первый полупериод сигналом логической единицы с выхода 36 ЗУ 33 триггер 55 устанавливается в состояние 1 и на выход

5 элемента 58 проходит прямая последовательность импульсов с выхода триггера 29. Полупериод выходного напряжения 87 можно разделить на 30 равных интервалов, что соответствует 30 состояниям ЗУ 33. На пер0 вом интервале в соответствии с таблицей сигналы логических единиц с выходов 34, 35 устройств 33 проходят через открытые сигналом триггера 55 элементы 56, 57, усиливаются блоком 30 и отпирают сило5 вые ключи 5, 7 вспомогательного инвертора. Выходные сигналы элементов 56, 57 инвертируются элементами 50, 51 и запирают ключи 6, 8. Сигналы логических единиц с . выходов 39, 40 обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов с

выхода триггера 29 через элементы 60, 61 и инверсной последовательности импульсов через элементы 59, 62 и блок 30 на управляющие входы ключей 19, 20 и 18, 21 соответственно. Кроме того, сигналы логических единиц с выходов 44, 45 усиливаются блоком 30 и отпирают ключи переменного тока 24, 25. Остальные силовые ключи преобразователя заперты сигналами логических нулей с соответствующего выхода элемента 33. Формирование импульсов управления всеми силовыми ключами на следующих интервалах происходит аналогично в соответствии с диаграммами 65-87 на фиг. 3 и таблицей истинности элемента 33. В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 9,10 формируются напряжения 73, 74, а на фазе нагрузки, соединенной звездой, - пятнадцатиступенчатое напряжение 87, близкое по форме к синусоидальному. Амплитуды ступеней с первой по пятнадцатую этого напряжения равны 2/3 U,4/3U,2U,8/3U, 10/3U, 11/3U.4U. 13/3U, 14/3U, 5U, 16/3U, 17/3U, 611, 19/3U, 20/3U, где U - амплитуда напряжения на вторичной обмотке 15 вспомогательного трансформатора 10.

Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней числа витков внутренних секций 12, 13, витков крайних секций 11,14 вторичной обмотки основного трансформатора 9 и витков вторичной обмотки 15 вспомогательного трансформатора 10 должны относится как 3:2:1, причем это соотношение выполняется при любом числе промежуточных отводов вторичной обмотки основного трансформатора 9.

На первом подынтервале первого интервала открыты ключи 1, 4, 5, 7, 19, 20, 24, 25 (диаграммы 66, 69, 71, 78, 79, 83, 84). При этом напряжения на секциях 11, 14 и 12,13 основного трансформатора 9 равно 2U и 3U соответственно, а на вторичной обмотке 15 вспомогательного трансформатора 10 равно нулю. Через замкнутые ключи 25, 24, 19 к выходным выводам А, В прикладывается сумма напряжений секций 13, 14, равная 5U, к В, С через ключи 19, 20-сумма напряжений секций 11-14, равная (-10U), к выводам С, А через ключи 20, 24, 25 - сумма напряжений секций 11, 12, равная 5U. При соединении нагрузки звездой фазные напряжения равны:

.. ... UAB -UCA ...5 U -5U п .

UB

UBC -Цдв - 10 U - 5 U

-5U;

Uc - (UA + UB) -(0-5U)5U.

На втором подынтервале первого ин- 5 тервала замыкают ключи 2,3, 5.7,18, 21,24, 25, меняется полярность напряжений на обмотках основного трансформатора 9, а напряжение на обмотке 15 вспомогательного трансформатора 10 остается равным нулю.

0 К выходным выводам А, В прикладывается сумма напряжений секций 12,11, равная 5U, к выводам В, С - сумма напряжений секций 11-14, равная (-10U), к выводам С,А - сумма напряжений секций 14, 13, равная 5U, поэ5 тому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними, В дальнейшем на первом интервале при любом коэффициенте деления делителя частоты 31 работа ключей повторяется для нечетных и четных

0 подынтервалов соответственно и формируются нулевая, десятая отрицательная и десятая положительная ступени фазных напряжений UA. UB, Uc соответственно. На первом подынтервале второго ин5 тервала замыкают ключи 1,4, 5, 8, 19, 20, 24, 25, вновь меняется полярность напряжений на секциях 11-14 основного трансформатора 9, появляется напряжение на обмотке 15 вспомогательного трансформатора 10, рав0 ное U. К выводам А, В прикладывается сумма напряжений обмотки 15 и секций 13, 14. равная 6U, к выводам В, С - сумма напряжений секций 11-14, равная (-10U), к выводам ., С. А - алгебраическая сумма напряжений

5 секций 11, 12 и обмотки 15, равная 4U. При этом фазные напряжения становятся равными з U ,- U ,-тг- U , , т.е. формируются первая - положительная, одиннадцатая 0 отрицательная и девятая - положительная ступени фазных напряжений.

На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично, соответственно диаграммам 65-87 итаб5 лицы истинности.

Подключение любой ветви схемы с помощью управляемых ключей с двусторонней проводимостью обеспечивает возможность прохождения тока в двух

0 направлениях и постоянство разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обусловливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой

5 кривой выходного напряжения.

Формула изобретения 1. Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, к выходу которых подключены первичные обмотки соответственно основного и вспомогательного трансформаторов, три группы основных 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 три общие точки, из которых первая и третья соединены соответственно с началом и концом вторичной обмотки основного трансформатора, а вторая общая точка основных ключей переменного тока соединена с началом вторичной обмотки вспомогательного трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник, вторичная обмотка основного трансформатора выполнена с N+1 отводами симметричными относительно ее середины, где N - любое целое число, причем при четном N один из отводов выполнен от средней точки вторичной обмотки основного трансформатора, при этом конец вторичной обг мотки вспомогательного трансформатора через N+1 введенных дополнительных ключей переменного тока соединен с отводами вторичной обмотки основного трансформатора.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что числа витков каждой

внутренней секции вторичной обмотки основного трансформатора, крайней секции этой обмотки и вторичной обмотки вспомогательного трансформатора относятся как 3:2:1.

Фиг.2

ШШШ1Ш1 JLill.liiliJ.I til II Illlll МИШИН ПНИ 111 ИИ IИ11 till I Ull Ull 11III

65

бб ШДШДДПДПШШПпппппппппппппрпгтппппппппппп

йтПтомппппЖ пппппппппппппппппппппппппппппГ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник, Преобразователь содержит основной однофазный инвертор на управляемых ключах 1-4 и вспомогательный однофазный инвертор на управляемых ключах 5-8. На выходах инверторов включены первичные обмотки основного 9 и вспомогательного 10 трансформаторов, вторичные обмотки которых 11-14 и 15 через основные 16-21 и 25-27 и дополнительные 22-24 ключи переменного тока соединены между собой и с выходными выводами А, В, С преобразователя. При определенном алгоритма управления управляемыми ключами 1-8 и ключами переменного тока 16-27 на выходе инвертора формируется 15-ступенчатое фазное напряжение, близкое к синусоидальному. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл. Г te О Ј Ы 1 фиг.1

l -I l-i-I U I I I I I I I И I i in i I i I I I n I n n I n I I I I

69tL 70

77 hiin n n 72

-rn n ni-t i1 n i- i-i П f-I I-I П I-I

i-i n n n n i-i i-i n

nm m n . i-i i-i n i-i .n n n r-

73

В

75 ТВ П ТВ ТВ

т

В 8Z

1ҐштРтРтга W п if J1 и и Ъ г

ппллшш п п пппппппппп пп

ии

пппплпг

ппппппппппппппппппппп

ппппппп

пппппппппппппппп

ппппппппппппппппп

зппппттппппгшгшп

nnnnnnnnnnnnnnnnr

oimncL

ППППППППППППППППГТПППГП

жшлдл.

ппппппппппппппппппппп

ппп ппп

ппп ппп

ппп ппп

ппп ппп

finn ппп

ппп ппп

ппп ппп

и и Ъ г

ии

пппплпг

ппппппп

ппппппппппппппппп

nnnnnnnnnnnnnnnnr

ппп ппп

ппп ппп

ппп ппп

ппп ппп

ч t t t