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

(Л

С

Использование: преобразование постоянного напряжения в переменное трехфазное кзазисинусоидальное напряжение для систем вторичного электропитания и электропривода. Сущность изобретения: основной однофазный инвертор на ключах 1-4 и вспомогательный однофазный инвертор на ключах 5-8 генерируют переменное напряжение повышенной частоты с нулевыми паузами. С помощью основного трансформатора 9 с тремя вторичными обмотками 11-13 и вспомогательного трансформатора с двумя вторичными обмотками 14 и 15 указанные напряжения суммируются посредством ключей переменного тока 16-27 и формируется 15-ступенчатое фазное напряжение на выходе преобразователя. 4 ил. §

-ч о Ч

Iе

Ы со

fe

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

По основному авторскому свидетельст- ву № 1545311 известен преобразователь по- стоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение. Он содержит основной и вспомогательный одно- фазные инверторы, нагруженные на основной и вспомогательные трансформаторы. Основной трансформатор содержит три вторичные обмотки, соединенные последовательно. Крайние выводы этих обмоток соединены через ключи переменного тока, а общие промежуточные выводы обмо- ток - через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока с выходными выводами преобразователя. Числа витков вторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов относятся между собой как 2:3:2.1:1. Оба инвертора работают на разных повышенных частотах. Напряжения вторичных обмоток трансформаторов алгебраически суммируются и с помощью ключей переменного тока демодулируются в трехфазное 11-ти ступенчатое напряжение,

Недостатком данного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения.

Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем уменьшения высших гармоник,

Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь постоянного на- пряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение содержит основной и вспомогательный однофазные инверторы, выходами соединенные с первичными об- .мотками основного и вспомогательного трансформаторов, первый из которых содержит три вторичные обмотки, а второй - две, а также четыре группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, одни силовые выводы которых подключены к со- ответствующим выходным выводам преобразователя, а другие силовые выводы ключей каждой группы объединены и образуют четыре общие точки, из которых первая и четвертая соединены с началом первой и концом третьей вторичных обмоток основного трансформатора,объединенные начало второй и конец первой, а также начало третьей и конец второй вторичных обмоток основного трансформатора соеди- нены порознь через вторичную обмотку вспомогательного трансформатора с общими точками второй и третьей групп ключей

переменного тока соответственно, причем числа витков первой, второй и третьей вторичных обмоток основного трансформатора и вторичных обмоток вспомогательного трансформатора относятся между собой как 4:3:3:2:2.

На фиг.1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя; на фиг.2 - принципиальная схема блока управления преобразователем; на фиг.З - диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя; на фиг,4 - таблица истинности программируемого постоянного запоминающего устройства.

Силовая часть преобразователя (фиг.1) содержит основной и вспомогательный однофазные инверторы, выполненные соответственно на ключах 1-4 и 5-8. Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов 9,10. Вторичные обмотки 11-13 основного трансформатора 9 и вторичные обмотки 14,15 вспомогательного трансформатора 10 соединены между собой и подключены через ключи переменного тока 16-27 к выходным выводам А,В,С преобразователя.

Блок управления преобразователем фиг.2 содержит задающий генератор 28, выход которого подключен ко входу двоичного счетчика импульсов 29 с коэффициентом пересчета, равным 30. Выходы счетчика 29 на- гружены на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 30, выходы 31-46 которого соединены через триггер 47, логические элементы НЕ 48-53 элементы 2-2И-2ИЛИ 54-56 и блок буферных усилителей 57 с управляющими входами силовых ключей преобразователя, причем номера выходов блока 57 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены.

На фиг.З диаграммы 58-79 представляют формы импульсов на выходах следующих элементов:

58 - задающего генератора 28,

59-64 - на выходах элементов 54-56 и 51-53 (импульсы управления ключами 1-8 инверторов),

65,66 - трансформаторов 9,10,

67-78 - на выходах 35-46 элемента 30 (импульсы управления ключами 16-27),

79 - преобразователя (форма выходного фазного напряжения).

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 28 формирует последовательность импульсов 58 (фиг.З), которая поступает на вход двоичного счетчика 29. С выхода счетчика 29 импульсы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 30, логические состояния выходов 31-46 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице на фиг.4. Выходы элемента 30 нагружены на входы блока буферных усилителей 57, причем уровень логического нуля на его входе обеспечивает закрытое состояние силового ключа преобразователя, а уровень логической единицы - открытое. Полупериод выходного напряжения 79 преобразователя можно разделить на 30 равных интервалов, что соответствует 30 логическим состояниям элемента 30.

На первом интервале с выхода 31 элемента 30 сигнал логической единицы табл. фиг.4 устанавливает триггер 47 алогическое состояние 1, которое сохраняется в течение первого полупериода выходного напряжения преобразователя. Выходные сигналы триггера 47 управляют работой элементов 54-56, через которые проходят сигналы с выходов 32-34 на управляющие входы ключей 1-8 инверторов. С выходов 32,33 элемента 30 сигналы логических единиц проходят через открытые сигналом триггер, 47 элементы 54,55 усиливаются блоком 57 и отпирают ключи 1,4,5. С выхода 34 сигнал логического нуля запирает элемент 56, а следовательно, и ключ 7. Выходные сигналы элементов 54-56 инвертируются элементами 51-53, отпирают клю 8 и запирают силовые ключи 2,3,6. Сигналы логических единиц с выходов 38,39.42 элемента 30 отпирают ключи 19,20,23. Остальные ключи переменного тока 16-18,21 22.24-27 заперты сигналами логических нулей с выходов 35-37,40,41,43-46 элемента 30. Формирование импульсов управления силовыми ключами на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 58-78 фиг.З и таблицей истинности элемента 30, фиг.4.

В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 9,10 формируются напряжения 65,66 фиг.З, а на фазе нагрузки, соединенной звездой 15-ти ступенчатое напряжение 79. Для получения формы выходного напряжения, представленной на диаграмме 79, числа витков вторичных обмоток 11-13 основного трансформатора 9 и вторичных обмоток 14,15 вспомогательного трансформатора 10 должны относится между собой как 4:3:3:2:2.

Силовая схема преобразователя работает следующим образом.

На первом интервале замыкают ключи 1,4,5.8,19,20,23 (диаграммы 59,61,64,70,71,74). Через замкнутые ключи

0

23,19 к выходным выводам А,В преобразователя прикладывается сумма напряжений обмоток 13,15 трансформаторов 9,10 равная 5U. К выводам В,С через ключи 19,20 - сумма напряжений обмоток 11-13, равная (-10U), а к выводам С,А через ключи 20, 23 алгебраическая сумма напряжений обмоток 11,12,15, равная 5U. При этом фазные напряжения нагрузки, соединенной звездой соответственно равны:

UAB -UCA 5U -5U п о

5

0

5

UB

UBC -UAB -10 U -5 U

-5U

33

Uc -( JA+UB) 5U

т.е. формируются нулевая, десятая отрицательная и десятая положительная ступени фазных напряжений UA, UB, Uc.

На втором интервале замыкают ключи 1,4,5,7,19,20,22 исчезает напряжение на обмотках 14.15 вспомогательного трансформатора 10. Через ключи 22,19 к выводам А,В прикладывается сумма напряжений обмоток 12, 13 равная 6U, к выводам В,С через ключи 19,20 вновь прикладывается сумма напряжений обмоток 11-13 равная (-10U), к выводам С,А через ключи 20,22 напряжение обмотки 11, pvBnoe4U. Фазные напряжения

0

становятся равными

2JJ

3

16 U 14 U

3 3

формируются первая положительная, отрицательная и 9 положительная ступени фазных напряжений UA, UB, Uc,

На следующих интервалах работа пре5 образователя происходит аналогично описанному и в соответствии с диаграммами 58-78, фиг.З и таблицей истинности элемента 30, фиг.4.

Подключение любой ветзи схемы с по0 мощью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разности потенциалов фаз в течение каждого интервала.

5 Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.

Предложенный преобразователь обес0 печивает следующие преимущества:

потерь от высших гармоник.

счет уменьшения или исключения выходных фильтров.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в переменное трехфазное квазисинусоидальное напряжение по авт. св. № 1545311, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения высших гармоник, числа витков первой, второй и третьей вторичных обмоток основного трансформатора и вторичных обмоток вспомогательного трансформатора относится между собой как 4:3:3:2:2.

fe I

LTU U LT

-cmumur

иитги

aU TJTJTriTU CrU

LZj LJtrtrrr тгптг

отгтптитт tJiJLiJTrDUU DTJ D a OTzrcraит г i -

Tzrcajnm

п

сиз си

си . LTarrizir TrLrj .г a u и атгци

CJ U U TJ U LT СГОТШТСГиТГ U U U U U J С

a mjuirujTiu и и отгаит1.г ии u u a итгс

ГТТТП П ГТТТТТГТТ1ГТТ7ТГГГТПТГГТГГЛТ1 ГПТГГТП

LTUTI-сттгсгпгт-тгиз TUTJ-Q-LZTJ UJOTT l-J-Q-

i---CrCJ;

-TTir i #

J /г

тт i -

С

с

-,J

i-- J 2

:j,i J

SA9I9Z.I