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

Изобретение osносится кэлекгротехни- КР и может Сыть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода.

Известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной, вспомогательный и m дополнительных однофазных инперторов, нагруженных на трансформаторы. Концы вторичной обмотки основной; трэнсформа- юрд подключены через клкн переменною юча, а ее промежуточный отвод через вторичные обмогки вспомоштельного, дополнительных трансфорМ Ипрпп и ключи переменноготока к выходным гц чодгэм преобразователя. Коэффициент транс орма- ции основного вспомогательного и 1-го дополнительного трансформатора относятся между собой как (3m+1 + l):3m:3m 1, i де 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 многоступенчатое напряжение. Например, при наличии трех инверторов: основного, вспомогательного и дополнительного преобразователь формирует 15-ти 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.

Однако этот преобразователь имеет недостаточно синусоидальную форму кривой выходного напряжения.

Наиболее близким по т ехнической сущности к предлагаемому являетсч преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, содержащий основной и два вспомогательных однофазных инверторов, нагруженных на трансформаторы. Концы вторичной обмотки основного трансформатора подключены через ключи переменного тока, а ее промежуточный отвод - через последовательно связанные вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов и ключи переменного тока к выходным выводам преобразователя, Коэффициенты трансформации основного и вспомогательных трансформаторов относятся между сЪбой как 14:3:1, а указанный промежутояный отвод делит обмотку по числу витков в отношении 9:5.

Недостатком данного преобразователя является невысокий коэффициент гармоник выходною напряжения.

Цель изобретения-улучшение качества

выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник.

Это достигается тем, что преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение содер0 жит основной и два вспомогательных однофазных инвертора, выходы которых подключены к первичным обмоткам соответственно основного и двух вспомогательных трансформаторов, каждый крайний

5 вывод вторичной обмотки подключен через соответствующий ключ переменного тока к каждому из выходных выводов преобразователя, а отвод от промежуточной точки соединен с указанными выводами через

0 последовательно соединенные вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов и ключи переменного тока, причем коэффициенты трансформации основного и вспомогательных трансформаторов отно5 сятся между собой как 15:3:1, а отвод от промежуточной точки вторичной обмотки основного трансформатора делит ее по числу витков в отношении 10:5.

На фиг, 1 представлена принципиаль0 пая схема силовой части преобразователя; на фиг. 2 - принципиальная схема блока управления преобразователем; на фиг, 3 - диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя; на фиг. 4-таблица истин5 ности программируемого постоянного запоминающего устройства.

Силовая часть преобразователя фиг. 1 содержит основной и два вспомогательных однофазных инверторов, выполненный со0 ответственно на ключах 1-4, 5-8, 9-12. Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки основного и вспомогательных трансформаторов 13, 14, 15. Секции 16, 17 основного трансформатора 13 и вторичные

5 обмотки 18, 19 вспомогательных трансформаторов 14, 15 соединены между собой и подключены через ключи переменного тока 20-28 к выходным выводам А, В, С преобразователя.

0 Блок управления преобразователем фиг. 2 содержит задающий генератор 29, выход которого подключен ко входу двоичного счетчика импульсов 30 с коэффициентом пересчета, равным 42. Выходы счетчика

5 30 нагружены на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 31. Выходы 32-46 последнего соединены через триг rep 47, логические элементы НЕ 48-57, элементы 2-2И-2ИЛИ 58- 62 и блок буферных усипителей 63 с

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

На фиг. 3 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 вспомогательного инверторов);

75-77 - 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 (фиг. 3), которая поступает на выход двоичного счетчика 30. С выхода счетчика 30 импульсы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 31, логические состояния выходов 32-46 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице на фиг. 4. 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 42 равных интервала, что соответствует 42-м логическим состояниям элемента 31.

На первом интервале с выхода 32 элемента 31 сигнал логической единицы табл. фиг. 4 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 выходов 33, 34, 37 элемента 31 сигналы логических единиц проходят через открытые сигналы триггера 47 элементы 58, 59, 62 усиливаются блоком 63 и отпирают ключи 1,4,5,11 основного и вспомогательных инверторов, С выходов 35, 36 сигналы логических нулей запирают элементы 60, 61,а следовательно, и силовые ключи 7, 9. Выходные сигналы элементов 58-62 инвертируются элементами 53-57 и отпирают силовые ключи 8, 10 и запирают ключи 2,3,6,12. Сигналы логических единиц с выходов 40, 41. 45 элемента 31 отпирают

ключи 22,23, 27. Остальные ключи переменного тока 20, 21, 24-26, 28, заперты сигналами логических нулей с выходов 38, 39, 42-44, 46 элемента 31. Формирование им- пульсов управления силовыми ключами на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 64-86, фиг. 3 и таблицей истинности элемента 31 (фиг. 4).

В результате работы инверторов на обмотке трансформаторов 13-15 формируются напряжения 75-77 (фиг. 3), а на фазе нагрузки, соединенной звездой многоступенчатое напряжение 87. Для получения

формы выходного напряжения, представленной на диаграмме 87, напряжения на каждой из секций 16,17 постоянного трансформатора 13 должны быть равны 10U и 5U, а напряжения на каждой из вторичных обмоток 18, 19 вспомогательных трансформаторов 14 и 15 соответственно 3U и U т.е. коэффициенты трансформации и вспомогательных трансформаторов относятся между собой как 15:3:1, а промежуточный отвод

вторичной обмотки основного трансформатора делит ее по числу витков в отношении 10:5.

Силовая схема преобразователя работает следующим образом.

На первом интервале замыкают ключи 1,4, 5, 8, 10,11, 22,23, 27 (диаграммы 65, 67, 69, 70, 72, 73, 80, 81, 85). Через замкнутые ключи 22. 23 к выходным выводам А, В преобразователя прикладывается алгебраичеекая сумма напряжений секции 16 основного трансформатора 13 и обмоток 18, 19 вспомогательных трансформаторов 14, 15, равная 8U, К выводам В, С через ключи 23,27 сумма напряжений секций 16, 17 равная (-15U), а к выводам С, А через ключи 27, 22 сумма напряжений секции 17 и обмоток 18, 19, равная 71). При этом фазные напряжения нагрузки, соединенной звездой равны:

.. ЦАв -UCA 8 U -7U . Ц ,

ид- 3з-у, .. -15 U 8U 23,.

UB-g-g T U

UC -(UA+UB)U,

т.е. формируются первая положительная, 15-я отрицательная и 14-я положительная ступени фазных напряжений. На втором интервале вместо ключей 8, 10, 11 замыкают ключи 7, 9, 12, исчезает напряжение на обмотке 18 вспомогательного трансформатора 14, Через ключи 22,23 к выводам А, В прикладывается сумма напряжений секции 16 и обмотки 19, равная 9U, к выводам В, С через ключи 23, 27 вновь прикладывается сумма напряжений секций 16, 17, равная (-15U), к выводам С, А через ключи 27, 22 сумма напряжений секций 17 и обмотки 19, равная 6U. Фазные напряжения становятся равными U, 8U, 7U, т.е. формируются 2-я положительная, 16-я отрицательная, 13-я положительная ступени фазных напряжений UA, UB, Uc.

На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 64-87 (фиг. 3) и таблицей истинности элемента 31 {фиг. 4).

Подключение любой ветви схемы с помощью управляемых ключей с двусторонней 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 без усложнения схемы преобразователя: 42 ступени в полупериоде, вместо 39-ти ступеней в прототипе.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное

напряжение, содержащий основной и два вспомогательных однофазных инвертора, выходы которых подключены к первичным обмоткам соответственно основного и двух вспомогательных трансформаторов, каждый крайний вывод вторичной обмотки основного трансформатора через соответствующий ключ переменного тока соединен с каждым из выходных выводов преобразователя, а отвод от промежуточной точки этой обмотки соединен с первым выводом цепочки из последовательно соединенных вторичных обмоток вспомогательных трансформаторов, второй вывод которой соединен через соответствующий

ключ переменного тока с каждым из выходных выводов преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник, коэффициенты трансформации основного и вспомогательных трансформаторов относятся между собой как 15:3:1, а промежуточный отвод вторичной обмотки основного трансформатора делит ее по числу витков в

отношении 10:5.

Использование: преобразование постоянного напряжения в переменное трехфазное напряжение для систем вторичного электропитания и электропривода. Сущность изобретения: основной однофазный инвертор на ключах 1-4 генерирует напряжение, тройной частоты на обмотках основного трансформатора 13. Первый и второй вспомогательные однофазные инверторы на ключах 5-8 и 9-12 соответственно генерируют на обмотках первого 14 и второго 14 вспомогательных трансформаторов напряжения повышенной частоты с нулевыми паузами на определенных интервалах времени. С помощью ключей переменного тока 20-28, коммутируемых по определенному алгоритму, на выходных выводах А, В, С формируется 21 - ступенчатое квазисинусоидальное фазное напряжение. 4 ил. SO сл 00 со о

SJ

0tt«.3