Устройство формирования -фазной системы напряжений Советский патент 1977 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для управления вентильными преобразователями и может быть использовано в различных элек тротехнических установках как источник m - фазного симметричного напряжения, в частности в полупроводниковых m - фазных преобразователях частоты с непосредственной связью. Известны устройства формирования m фазной системы напряжений 1, 2, 3, 4j,K недостаткам этих устройств следует отнести наличие асимметрии выходных напряжений по фазам, что приводит к неравномерной нагрузке тиристорных преобразователей а следовательно, исключает их применение в tn - фазных системах автоматического регулирования применение большого числа намоточных изделий ведет к значительному рассеиванию полезной мощности, возрастанию внутренних потерь из-за вихревых токов, потерь на гистерезис и других факторов; работу в узком диапазоне частот, что обусловлено применением трансформаторов; неоднородность гармонического состава изза значительного уровня гармоник. Ближайшим аналогом (прототипом) предлагаемого устройства является многофазный статический преобразователь 1 , Устройство содержит преобразователь напряжение-частота, функцию которого выполняет генератор стандартной частоты, кольцевой счетчик импульсов, дешифратор (логическая схема) и формирователи по числу фаз, функцию которых выполняют инверторы, В устройстве применен междуфазный трансформатор, назначение которого - обеспечить строго определенное соотношение амплитуд, фаз и длительность импульсов, что снижает асимметрию выходного напряжения. Устройство предусматривает включение фильтров для устранения гармоник вые-шего порядка, которые могут возникнутьна его выходе. Упомянутые инверторы (.формирователи) выполнены на трансформаторах. Однако в этом устройстве при нагреве обмоток трансформатора может произойти нарушение баланса фаз на выходе статического преобразователя, что приводит к асимметрии выходного напряжения; применение большого числа намоточных изделий обуславливает возрастание внутренних потерь и уменьшение к.п.д. Цель изобретения - повышение симметри выходного напряжения Jувеличение к.п.д. за счет снижения внутренних потерь. Поставленная цель достигается тем, что устройство формирования ступенчатого синусоидального напряжения, содержащее преобразователь напряжение-частота, счетчик импульсов, дешифратор и формирователи по числу фаз, снабжено дополнительным счетчиком, дополнительным дешифратором, триггерами по количеству фаз формируемого напряжения и дополнительными ключами, количество которых определяется фазностью формируемого напряжения, причем выход каждого формирователя подключен к суммирующей точке каждой фазы через соответст вующие дополнительные ключи, цепи управления которых связаны с дополнительным дешифратором, управляюш;Им также через соответствующие триггеры дополнительными выходными ключами, а выход дополнительного дешифратора связан со- счетчиком через дополнительный счетчик. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - диаграмма состояний элементов устройства для трехфазной системы напряжений. Устройство формирования гп - фазной системы напряжений содержит преобразова-iтель напряжение-частота (ПНЧ), выход которого соединен со входом счетчика Сг Выход счетчика Ср, через дешифраторВШ, имеющий число выходов 1 - п , определяющих число ступеней для аппроксимации синусоиды на участке St/tn , присоединен ко входам формирователей Ф - Ф , каждый из которых выполнен на транзисторных клю, чах, кл. .( - кл л и резисторах Ц т Количество формирователей равно числу фаз Выход первого формирователя Ф| подключек к суммирующим точкам А, В, ... У , Z , 1 - гп фаз соответственно через клю1 кл , 2 кл. . . . { m -1) кл где (здесь и далее) первая цифра (символ) - номер фазы, а вторая цифра (символ - порядковый номер формирователя. Выход второго формирователя Ф подкл1р чен к суммирующим точкам А, В, С,... У , Z , через ключи 1 кл , 2 кл ... (m-l) клКЛ.2 соответственно. Выход (m-l) го формирователя Фт-i подключен к суммит рующим точкам А, В, С, ... У , S, , соответственно через ключи 1 кл. , 2кл. ... И1 кл(,7-) И наконец, выход иг -го формирователя 4 заведен к суммирующ точкам А, В, ... У , 2 , соответственноче(рез ключи 1 , 2 кл . . . (m-l) кг, И1 кЛр . При необходимости получения двухполупериодного напряжения к суммирующим точкам А, В ... У , Е подсоединяются инверторы И , Hg ... MC., Ит соответственно через парыключей К -К,, Kg -К,.... К(2п1-5) - К(гт-2). (2т-)- S.m Ж дый КЗ т - выходов дешифратора ДШ подключен к управляющей цепи соответствую- ющего ключа 1 кл - m в каждой фазе устройства. Вход дешифратора ДШ, соединен со счетчиком Сгд , подключенным к счетчику Cpj . Дешифратор ЛШ каждым из m - выходов подключен также к счетным входам соответствующих триггеров Т - Т|п , Выход 1 триггера Т. включен в управляющую цепь ключа К , а выход О триггера Т - в управляющую цепь ключа Kg первой фазы. Выход 1 триггера Т включен в управляющую цепь ключа Kj , а выход О триггера Tj - в управляющую цепь ключа К второй фазы. Выход 1 триггера ) подключен к управляк щей цепи ключа ) фазы. И наконец, выход ± триггера Т подключен к управляющей цепи ключа K grn--) выход О триггера - к управляющей цепи ключа фазы. С выхода преобразователя ПНЧ импульсы с частотой f поступают на вход счетчика , количество состояний которого определяется числом ступеней, которым аппроксимируется участок синусоиды на интервале-а/т . С выхода счетчика C через дешифратор ДШ сигналы поступают на входы формирователей Ф - Ф, на которые поступает также напряжение Ид , величина которого определяет амплитуду выходного напряжения устройства. Каждый из формирователей Ф-) - Фр1 вырабатывает свой участок полуволны ступенчатого напряжения длительностью ft/m и с частотой f/n Формирователь Ф - на интервале О т (t/jti формирователь Ф - на интервалете/т-т Sti/m; . . ., формирователь Ф(т--1) - на интервале (.OiT , и формирователь Ф, на интервале 4 ТГ . Указанные участки полуволны ступенчатого напряжения с выходов всех формирователей Ф 4 т подаются на входы всех суммирующих точек А, В, . . . У , Z , через соответствующие ключи 1 кл 1 - m кл гп в заданной последовательности, которая обеспечивается порядком подачи управляющего сигнала с выходов 1т Inдешифратора ДШр к этим ключам. На каждь1й из выходов устройства с суммирующих точек А, В, ... У , И , подается прямое и инвертированное напряжение через соответствующие пары ключей К - Kg , Kj - К , ... %тчг г.т инверторы И - Hfj,, Указанные пары ключей управляются соответствующими выходами 1 - m дешифратора ДШд через триггеры Т - Т . Частота напряжения на выходе триггеров Т - Т равна f/ 2 m П, а сигналы сдвинуты на угол, кратный 1г/ки, Таким образом, на выходе каждой из жфаз устройства формируется двухполярное ступенчатое напряжение, аппроксимирующее синусоидальное. Фазовый сдвиг между напряжениями кратен ft/m частота напряженияР/ ГПЛ и амплитуда пропорциональна амплитуде входного напряжения Од

Предложенное устройство формирования m - фазной системы напряжений обеспечивает возможность получения синусоиды напряжения на выходе каждой фазы из одних и тех же аппроксимированных участков полуволны. Благодаря этому достигается высокая степень стабильной симметрии ГП фазной системы напряжений, на которую искажения, возникающие в процессе формиро-i вания напряжения, не будут оказывать никакого влияния. При этом обеспечивается возможность кспользования предложенного устройства в системах автоматического регулирования. Кроме того, благодаря отсутствию намоточных изделий значительно снижены внутренние потери, величины которых на электронных компонентах значительно мень ше, чем в трансформаторах. При этом достигается значительное увеличение к.п.д. преобразователя. Отсутствие трансформаторов улучшает также гармонический состав выходного напряжения, приводит к устранению гармоник высшего порядка. Это. в свою очередь, освобождает от необходимости применения на выходе фильтров.

Формула изобретения

Устройство формирования m - фазной системы напряжений, содержащее преобразователь напряжение-частота, счетчик импульсов, дешифратор и формирователи по числу фаз, отличающееся тем, что, с целью повышения симметрии выходчого напряжения и к.п.д., оно снабжено дополнительным счетчиком, дополнительным дешифратором, триггерами по количеству фаз формируемого напряжения и дополнительными ключами, количество которых определяется фазностью формируемого напряжения, причем выход каждого формирователя подключен к суммирующей точке каждой фазы через соответств тошие дополнительные ключи, цепи управления которых связаны с дополнительным дешифратором, управляющие также через соответствующие триггеры дополнительными выходными ключами, а вход дополнительного дешифратора связан со счетчиком через дополнительный счетчик

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Патент США № 3448366 кл. 3215, 1969 г. Многофазный статический преобразователь - прототип.

2.Патент Великобритании № 1149406, кл. Н 2 F , 1969 г.

3.Патент Франции № 138803,кл. Н О2 ГП , 1965 г.

4.Авторское свидетельство № 388344, кл. Н О2 р 13/16, 1973 г. USinui t(2y-l} 3..

№T

r n

n

ДШ1

Uf

I /r/2/ -/;

,.)

A-2m

u,

m

у m

ДШу

,7

ЗГнг

n

u

тТ

иг.1