Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение Советский патент 1992 года по МПК H02M7/539 

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

Известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы. Промежуточный отвод вторичной обмотки основного трансформатора делит ее по числу витков в отношении 3:4, а коэффициенты трансформации основного и вспомогательного трансформаторов относятся между собой как 7:1. Основной и вспо- могательный инверторы работают на разных частотах выше выходной. Напряжения вторичных обмоток трансформаторов алгебраически суммируются и с помощью ключей переменного тока демодулируются в трехфазное 11-ступенчатое напряжение.

Недостатком данного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является прёобразо- ватель постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной, вспомогательный и m дополнительных однофазных инверторов, нагруженных на трансформаторы. Концы вторичной обмотки основного трансформатора подключены через ключи переменного тока, а ее промежуточный отвод - через вторичные обмотки вспомогательного, дополнительных трансформаторов и ключи переменного тока к выходным выводам преобразователя. Коэффициенты транс- Формации основного вспомо. ательного и 1-го дополнительного трансформатора относятся между собой как ( + 1):3m:3m , где I 1,2,3..: . Все инверторы работают на частотах выше выходной. Напряжения вторичных обмоток трансформаторов алгебраически суммируются и с помощью ключей переменного тока демодулируются в трехфазное N-ступенчатое напряжение. Например, при наличии трех инверторов: основного, вспомогательного и дополнительного, преобразователь формирует 15- ступенчатое напряжение, содержащее значительное количество высших гармоник. Дальнейшее улучшение формы кривой выходного напряжения требует увеличения числа дополнительных инверторов, что усложняет схему преобразователя и понижает его надежность.

Недостатком известного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения.

Цель изобретения-улучшение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник.

Поставленная цель достигается тем, что

преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной и два вспомогательных однофазных инвертора, выходы которых соединены с первичными обмотка0 ми соответственно основного и двух вспомогательных трансформаторов, концы вторичной обмотки первого из которых подключены через ключи переменного тока к каждому из выходных выводов преобразо5 вателя, а ее промежуточный отвод соединен с указанными выводами через последовательно соединенные, вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов и ключи переменного тока. Коэффициенты транс-1

0 формации основного и вспомогательных трансформаторов относятся между собой как 14:3:1, а промежуточный отвод вторичной обмотки основного трансформатора делит ее по числу витков в отношении 9:5.

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

0 преобразователя.

Силовая часть преобразователя (фиг.1) содержит основной и два вспомогательных однофазных инвертора, выполненных соответственно на ключах 1-4, 5-8, 9-12. Выхо5 ды инверторов нагружены на первичные обмотки основного и вспомогательных трансформаторов 13-15. Секции 16 и 17 основного трансформатора 13 и вторичные обмотки 18 и 19 вспомогательных

0 трансформаторов 14, и 15 соединены между собой и подключены через ключи 20-28 переменного тока к выходным выводам А, В, С преобразователя.

Блок управления преобразователем

5 (фиг.2) содержит задающий генератор 29, выход которого подключен к входу двоичного счетчика 30 импульсов с коэффициентом пересчета, равным 39. Выходы счетчика 30 нагружены на. адресные входы программи0 руемого постоянного запоминающего устройства 31. Выходы 32-46 последнего соединены через триггер 47, логические элементы НЕ 48-57, элементы 2-2И-2ИЛИ 58- 62 и блок буферных усилителей 63 с

5 управляющими входами силовых ключей преобразователя, причем номера выходов блока 63 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены.

На фиг.З диаграммы 64-87 представляют формы импульсов на выходах следующих

элементов: 64 -- задающего генератора 29; 65-74 - на выходах элементов 58-62, 53-57 (импульсы управления ключами 1-12 основного и вспомогательных инверторов);ч75-77 -трансформаторов 13-15: 78-86 - на выходах 38-46 элемента 31 (импульсы управления ключами 20-28); 87 - преобразователя (форма выходного фазного напряжения).

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 29 формирует последовательность импульсов 64 (фйг.З), которая поступает на выход двоичного счетчика 30 с коэффициентом пересчета, равным 39. С выхода счетчика 30 импульсы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 31, логические состояния выходов 32-45 которого в зависимости,от кода ад- реса представлены в таблице. Выходы элемента 31 нагружены на входы блока буферных усилителей 63, причем уровень логического нуля на его входе обеспечивает закрытое состояние силового ключа преобразователя, а уровень логической единицы - открытое. Полупериод выходного напряжения 87 преобразователя можно разделить на 39 равных интервалов, что соответствует 39 логическим состояниям элемента 31.

На первом интервале с выхода 32 элемента 31 сигнал логической единицы (см. таблицу) устанавливает триггер 47 в логическое состояние 1, которое сохраняется в течение первого полупериода выходного напряжения преобразователя. Выходные сигналы триггера 47 управляют работой элементов 58-62, через которые проходят сигналы с выходов 33-37 на управляющие входы ключей 1-4 и 5-12 основного и вспомогательных инверторов. С выходоа ЗЗ, 35 и 36 элемента 31 сигналы логических единиц проходят через открытые сигналам триггера 47 элементы 58, 60 и 61, усиливаются блоком 63 и отпирают ключи 1,4,7 и 9 основного и вспомогательных инверторов, С выходов 34 и 37 сигнал логического нуля запирает элементы 59 и 62, а следовательно, и силовые ключи 5 и 11. Выходные сигналы элементов 58-62 инвертируются элементами 53-57 и отпирают силовые ключи 6 и 12 и запирают ключи 2, 3. 8;и 10. Сигналы логических единиц с выходов 40,41 и 45 элемента 31 отпирают ключи 22, 23 и 27. Остальные ключи 20. 21, 24-26 и 28 переменного тока заперты сигналами логических нулей с выходов 38. 39, 42-44 и 46 элемента 31. Формирование импульсов управления силовыми ключами на следующих

интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 64-86 (фиг.З) и таблицей истинности элемента 31,

В результате работы инверторов на об- мотках трансформаторов 13-15 формируются напряжения 75-77 (фиг.З), а на. фазе нагрузки, соединенной звездой - 19-ступен- чатое напряжение 87. Для получения формы выходного напряжения, представленной на диаграмме 87, напряжения на каждой из секций 16 и 17 основного трансформатора 13 должнь быть равны 9U и 5U, а напряжения на каждой из вторичных обмоток. 18 и 19 вспомогательных трансформаторов 14 и 15 соответственно 3U и U.

Силовая схема преобразователя работает следующим образом.

i

На первом интервале замыкают ключи 1, 4, 6, 7, 9, 12, 22.23 и 27 (диаграммы 65. 68, 69.71,74,80,81,85). Через замкнутые ключи 22 и 23 к выходным выводам А и В преобразователя прикладывается алгебраическая сумма напряжений секции 16 основного трансформатора 13 и обмоток 18.и 19 вспомогательных трансформаторов 14 и 15. равная 7U, к выводам В и С через ключи 23 и 27 - сумма напряжений секций 16 и 17, равная (-14U). а к выводам Си А через ключи 27 и 22 - сумма напряжений секции 17 и обмоток 18 и 19, равная 7U. При этом фазные напряжения нагрузки, соединенной звездой равны

35 - UAB--UCA 7U - 7U ,п UA--

40,

ив UBC-UAB -14U-7U 7U.

on Uc -(UA+ UB )

т.е. формируются нулевая, тринадцатая от.- рицательная и тринадцатая положительная ступени фазных напряжений.

На втором интервале вместо ключей 6, 9 и 12 замыкают ключи 5,10 и 11, исчезает

напряжение на обмотке 18 вспомогательного трансформатора 14. Через ключи 22 и 23 к выводам А и В прикладывается алгебраическая сумма напряжений секции 16 и обмотки 19, равная 8U, к выводам В и С

через ключи-23 и 27 вновь прикладывается сумма напряжений секций 16 и 17 равная (-14U), к выводам С и А через ключи 27 и 22 - сумма напряжений секции 17 и обмотки 19, равная 6U. Фазные напряжения старавными

2 и- 22

„. 20 U. -у

U

т.е. формируются первая положительная, четырнадцатая отрицательная, двенадцатая положительная ступени фазных напряжений UA, UB, UcНа следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 64-87 (фиг.З) и таблицей истинности элемента 31.

Подключение любой ветви схемы с помощью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью 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.

Предлагаемый преобразователь имеет лучшую форму кривой выходного напряжения: 39 ступеней в полупериоде вместо 30 ступеней в известном преобразователе.

Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной и два

вспомогательных однофазных инвертора, выходы которых соединены с первичными обмотками соответственно основного и двух вспомогательных трансформаторов, концы вторичной обмотки основного трансформатора подключены через ключи переменного тока к каждому из выходных выводов преобразователя, а ее промежуточный отвод соединен с указанными выводами через последовательно соединенные

вторичные обмотки вспомогательных транс- фррматоров и три ключа переменного тока. отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник, коэффициенты трансформации основного и вспомогательных трансформаторов соотносятся между собой как 14:3:1, а промежуточный отвод вторичной обмотки основного трансформатора делит ее по числу витков в соотношении 9:5.

J/

«г

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем уменьшения гармоник. Преобразователь содержит основной и два вспомогательных инвертора, выполненных на ключах 1-4 и Ш$-1 5-12 соответственно. Концы вторичной обмотки основного трансформатора 13 соединены через ключи 20, 21. 23, 24, 26, 27 переменного тока, а ее промежуточный отвод через последовательно соединенные вторичные обмотки 18 и 19 вспомогательных трансформаторов 14 и 15 и ключи 22,25Ч, 28 переменного тока с выходными выводами А, В, С преобразователя. Коэффициенты трансформации основного и вспомогательных трансформаторов 13-1.5 относятся между собой как 14:3:1 , а промежуточный отвод вторичной обмотки делит ее на секции 16, 17 с числом витков в отношении 9:5. Все инверторы работают на повышенных частотах, кратных частоте выходного напряжения. Напряжения вторичных обмоток трансформаторов 13-15 алгебраически суммируются и с помощью ключей переменного тока 20-28 демодулируются в трехфазное 19-ступенчатое/напряжение, близкое по форме к синусоидальному. 1 табл., 3 ил. to , I со о

-if -45

-/ -f

I

-#

//

«

/ i/

-П

to

ft -if -x

t

&

Put.Ј

Ф«,з