Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное Советский патент 1980 года по МПК H02M7/537 

зисторов, что приводит к снижению КПД и ухудшению энергетических показателей.

В некоторых случаях для обеспечения возврата активной мош,ности в питающую сеть (при рекуперативном торможении) преобразователи по структуре конвертор- инвертор снабжают дополнительным инвертором, цеиью питания подключаемым к выходным зажимам моста обратного тока инвертора 2. Однако такое решение достаточно сложно. /

Наиболее близким но существу технического решения к изобретению является преобразователь 3. Он содержит промежуточное высокочастотное инвертирующее звено, которое выполнено в виде трех однофазных инверторов, схему управления, обеспечивающую сдвиг фазных напряжений на 120 эл. град, с частотой напряжения /ь К выходным выводам инвертирующего .звена подключены первичные обмотки трансформаторов, вторичные обмотки которых подсоединены одноименными концами к входным выводам двух диодных мостов. На выходах этих диодных .мостов включены закорачивающие, полностью управляемые ключевые элементы, управляющие входы которых подключены к задающему генератору другой модулирующей частоты /мСредние точки вторичных обмоток упомянутых трансформаторов образуют трехфазный выход преобразователя, где имеет место напряжение с двухполярной ШИМ. Частота основной гармоники выходного напряжения (тока) при этом равна /2 |/i-

/м 1

К недостаткам такого преобразователя следует отнести относительную сложность его силовой части.

Целью настоящегопредложения является упрощение преобразователя путем уменьшения числа вторичных обмоток.

Поставленная цель достигается тем, что в известном преобразователе, содержащем инвертор одной частоты с двумя выходными трансформаторами, каждый из которых имеет вторичную обмотку со средней точкой, причем одни разноименные концы этих обмоток подсоединены к двум входным выводам одного трехфазного моста, другие разноименные концы - к двум входным выводам другого трехфазного моста, два выходных вывода преобразователя образованы средними точками этих обмоток, а выходы диодных мостов защунтированы ключевыми элементами, управляющие входы которых связаны с задающим генератором другой частоты, третий выходной вывод преобразователя подключен к точке соединения третьих входных выводов трехфазных мостов.

Инвертор может быть выполнен как в виде двух однофазных инверторов, так и в виде мостового трехфазного инвертора. В последнем случае весь преобразователь упрощается за счет уменьшения числа силовых элементов в инверторе, поэтому в дальнейшем рассматривается именно такой вариант.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого преобразователя с промежуточным высокочастотным инвертирующим звеном в виде трехфазного мостового инвертора (а) и один из вариантов

выполнения такого звена в виде двух однофазных инверторов с фазовым сдвигом выходных напряжений на 120 эл. град. (б). На фиг. 2 показаны временные диаграммы, поясняющие принцин работы преобразователя; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие нринцип формирования регулируемого (линейного и фазного) напряжения трехфазного мостового инвертора при симметричном законе переключения

транзисторов (а) и при несимметричном законе (б); на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы регулнруемого по напряжению преобразователя.

Преобразователь (фиг. 1) содержит промежуточное высокочастотное инвертирующее звено 1, выполненное в виде трехфазного мостового инвертора на транзисторах 2-7 и диодах 8-13 обратного тока, между

выводами инвертора включены первичные обмотки 14, 15 трансформаторов 16, 17. Управляющие входы 18-23 транзисторов инвертирующего звена подключены к системе 24 управления (СУЙ). Вторичные обмотки

25, 26 трансформаторов 16, 17 подсоединены к входам диодных мостов 27, 28 разноименными концами. Обмотка 25 подключена к входному выводу диодного моста 28 своим концом, а к входному выводу диодного моста 27 - своим началом, а обмотка 26 - наоборот, началом к мосту 28 и концом к мосту 27. На выходах этих диодных мостов по постоянному току включены магнитно-транзисторные ключевые элементы,

выполненные на силовых транзисторах 29, 30, последовательно с эмиттерколлекторными переходами которых включены первичные обмотки трансформатора 31 тока, вторичные обмотки которого через вспомогательные транзисторы 32, 33 подсоединены к эмиттербазовым переходам силовых транзисторов 29, 30. Управляющие входы 34, 35 вспомогательных транзисторов подключены к системе 36 управления ключевыми

элементами (СУК). Средние точки 37, 38 вторичных обмоток 25, 26 трансформаторов образуют два выходных вывода преобразователя, а третий - 39 образован точкой соединения диодов 40, 41 одного из мостов с точкой соединения диодов 42, 43 другого моста.

Для стабилизации коэффициента насыщения транзисторов 29, 30 при изменении нагрузки преобразователя ключевые элементы выполнены по схеме с нспользованием трансформатора тока. Для ликвидации возможности возникновения сквозных токов между закорачивающими транзисторами в момент нереключения диодных мостов все обмотки упомянутого трансформатора тока выполнены на общем сердечнике.

Принцип формирования выходного напряжения нерегулируемого по напряжению варианта преобразователя поясняется временными диаграммами на фиг. 2, где показаны: f/14, t/15 - форма напряжения на обмотках 14, 15 транс1|)0рматоров 16, 17, с частотой fi, фазовый сдвиг между напряжениями составляет 120 эл. град, (период TI 1/fi); Usi, f/35 - сигналы управления, подаваемые на входы вспомогательных транзисторов 32, 33 соответственно, с частотой /„ (период Г„ //„); - форма выходного фазного напряжения преобразователя. Выходная частота основной гармоники напряжения (показана пунктиром) равна /2 Ifi -/м1 (период Т l/f2).

При регулировании соотношение частот fj/fw целесообразно изменять в диапазоне 0,,2, при этом частоту /i выбирают фиксированной, а регулирование fg осуществляется за счет изменения /„ по заданному закону (хотя в общем случае это не принципиально) . Для обеспечения улучщенного качества выходного тока преобразователя частоту промежуточного инвертирующего звена целесообразно выбирать в 5-10 раз выще максимально требуемого значения выходной частоты /2В случае нерегулируемого по напряжению варианта преобразователя на управляющие входы 18-f-23 транзисторов инвертора I (фиг. 1,а) подают трехфазную систему сигналов от СУЙ, обеспечивающей нростейщий 180-градусный закон управления. Регулирование напряжения преобразователя может быть осуществлено несколькими способами. Одним из возможных алгоритмов управления транзисторами инвертора 1 является так называемый «симметричный алгоритм. Суть его состоит в том, что в интервале угла проводимости каждого ключа инвертора от л/3 до 2я/3 осуществляют широтно-импульсную модуляцию путем введения симметричнорегулируемого угла а. Следует отметить, что когда в зоне я/3 - 2я/3 угла проводимости каждого ключа инвертора начинает протекать инверсный ток, в выходном напряжении появляются искажающие импульсы, которые приводят к изменению параметров спектра. Избежать искажающего .действия реакции нагрузки можно при соответствующей модификации алгоритма, т. е. путем введения дополнительных импульсов, в алгоритмах переключения каждого из ключей на интервале (4я/3-г-Зя/2) -f (i-1)2я/3, на фиг. 3,а они

заштрихованы. К недостаткам такого снособа регулирования можно отнести увеличенное число переключений транзисторов инвертора.

В том случае, когда потребитель безразличен к фазовым уходам напряжения, энергетически целесообразнее применять «несимметричные алгоритмы. При этом число переключения ключей инвертора

уменьщается.

На фиг. 3 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип формирования регз чируемого напряжения по «симметричному (фиг. 3,а) и «несимметричному

(фиг. 3,6) алгоритмам при работе на активную нагрузку. Здесь а - угол регулирования напряжения.

На фиг. 4 приведены диаграммы, поясняющие принцип формирования регулируемого напряжения преобразователя. На ней представлены: Ua, f/is - форма напряжения на обмотках 14, 15 трансформаторов 16, 17; f/s/u f/35 - сигналы управления, подаваемые на входы 22, 23 вспомогательных транзисторов соответственно; f/s -f/sg - форма выходного фазного напряжения преобразователя.

По сравнению с известным решением,

нромежуточное инвертирующее звено высокой частоты которого выполнено в виде трех однофазных инверторов и трех трансформаторов, предлагаемый преобразователь имеет на одну инверторную ячейку и

на один однофазный трансформатор меньше. Это упрощает устройство. В случае выполнения промежуточного высокочастотного звена в виде трехфазного мостового инвертора вместо трехфазного трансформатора, согласно предложению, включают два однофазных, что трощает преобразователь и делает его более технологичным (изготовление трехфазного трансформатора на частоты порядка десятков кГц встречает

значительно большие технологическне трудности, чем тороидальных однофазных трансформаторов). Так как трансформаторы промежуточного высокочастотного инвертирующего звена работают на частотах,

примерно на порядок более высоких, чем максимальная выходная частота преобразователя, и независящих от нее при регулировании этой частоты (fz), последннй обладает уменьщенными массой и габаритами. Кроме этого, преобразователь обеспечивает улучщенное качество выходного тока.

Предложенный преобразователь может применяться во всех тех случаях, где требуется преобразование постоянного напряжения одного уровня в трехфазное напряжение другого уровня, заданной фиксированной или регулируемой частоты от долей Гц до единиц кГц с одновременным регулированнем напряжения.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное, преимущественно для частотно-управляемого электропривода, содержащий инвертор одной частоты с двумя выходными трансформаторами, каждый из которых имеет вторичную обмотку со средней точкой, причем одни разноименные концы этих обмоток подсоединены к двум входным выводам одного трехфазного моста, другие разноименные концы - к двум входным выводам другого трехфазного моста, два выходных вывода преобразователя образованы средними точками этих обмоток, а выходы диодных мостов защунтированы ключевыми элементами, управляющие входы которых связаны с задающим генератором другой частоты, отличающ и и с я тем, что, с целью упрощения путем уменьшения числа вторичных обмоток, третий выходной вывод преобразователя подключен к точке соединения третьих входных выводов трехфазных мостов. Источники информации,

ирииятые во внимаиие при экспертизе

1.Патент США № 3573601, кл. 321-9, 1971.

2.Заявка Японии № 49-15289, кл.56В4, 1974.

3. Авторское свидетельство по заявке № 2387203/07, кл. П 02М/537, 1975.

Г

20 е(21

2 riT

Y

J3 mimu W

%

5 35