Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное с амплитудно- импульсной модуляцией Советский патент 1980 года по МПК H02M7/515 

3 преобразованной электрической энергии реализуется с меньшими коммутационным потерями за счет меньшего чиспа тактов интервалов и имеет более простую систему управления. Из различных способов А ИМ наиболее полно удовлетворяет основным требовани способ формирования выходного напряжега1я с помснцьго преобразователей с проме жуточным звеном высокой частоты З. Силовая часть такого преобразователя содержит однофазный инвертор, согла- сующий трансформатор, работающий на частоте выше выходной частоты, и коммутатор. Формирование выходного напряжения преобразователя осуществ/;(яется переключением обмоток на вторичной стороне трансформатора полупроводниковыми ключами коммутатора. В таком режиме работы удается увеличить частоту напряжения на первичной обмотке тр)ансформатора и, следовательно, уменьшить его массо-габаритные показатели. Возможно построение ВТИП с применением трех независимых однофаз1щ 1Х инверторов, а также на базе схем, в которых используют два одинаковых однэфазных. инвертора, включенных, по схеме открытого треугольника и, наконец, с помощью одного однофазного инвертора и нескольких комплектов коммутаторов, чи ло которых равно числу выходньк фаз вт ричного источника. Известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переметшое с амплитудно-импульсной модуляпией вы ходного напряжения, содержащий (зднофаз ный инвертор высокой частоты, В з1ходом нагруженный на первичную обмотку согласующего высокочастотного трансформа тора, вторичная обмотка которого выполнена с отпайками, образующими вмес те с двумя концами этой обмотки N 6р 1, где р -целое число выходных выводов трансформатора, расположйШ1Ь Х симметрично относительно сред1 етч5 вывода,коммутатор на полнеете.ю управляемых ключах с двусторонней проводимост объединенных в группы, одни силовые концы которых соединены с выходными выводами Трансформатора, а точки сое динения других силовых концов этих клю чей, объединенных в группы, образуют два выходных В1лвода прс образователя, а также блок управления, включающий последовательно соединенные задающий генератор и многоканальный расгг эеделитель импули:ов, выходь которых связаены соответственно с управляюлиими входами ключей однофазного инверггора и коммутатора 4 |. Недостатком данного преобразователя является нерационально увеличенное число ключей его силовой части. Целью изобретения является упрсяце- ние известного преобразователя. Это достигается тем, что каждая группа .коммутатора содержит ( N -1) ключей, распределитель импульсов выполнен (2N-2) канальным, каждый его i -ый канал из числа нервь х (К-1) каналов совместно с (2 N - -1)-ым каналом связаны, с управляющим входом соответствующего ключа первой группы коммутатора через логический элемент ИЛИ. Одновременно каждый i-ый канал из л f UJ 1 ) л чиспа первых каналов совместно с f-v -И il ым каналом и каж„ „ „ 2 а J дьти К-ыи его канал из числа остальначиная :. каналов, 3 канала совместно с (А.tij налом связаны с управляющим входом соответствующего ключа второй группы коммутатора через логический элемент ИЛИ, третий выходной вывод преобразователя образован средним выходным выводом тра к;форматора, а числа витков симметрично расположенных п .-ых вьгходных выводов трансформатора с числами витков его крайних п выходных выводов связаны соотношением (3Ln-n rSmт-где - номер крайнего выходного вывода трансформатора, числетго равный Зр, п 1,2 ... К1- помер выходного вывода трансформатора при независимом отсчете от среднего вывода его вторичной обмотки в каждую от него сторону. На фиг. 1 приведена принципиальная схема описываемого преобразователя; на фиг. 2 - блок управления преобразователем; на фиг. 3 - временные диаграммы, пояснякмцие принцип получения ступенчатого напряжения на вторичной стороне тратюформатора и алгоритмы переключения ключей коммутатора; на. фиг. 4временные диаграммы, ноясняияцие принцип получения трехфазного напряжегшя с помощью однофазного инвертора. Исходя из тр)ебований к качеству выходного напряжения, для иллю ;трации выберем число N , т.е. число выходных выводов трансформатора равным 7. В этом случае число выходных выводов трансформатора в каждую сторону от среднего вь вода его вторичной обмотки равно о число ключей в каждой группе коммутатора N- 1 -6 Описываемый преобразователь (см. фиг. 1) содержит однофазный инвертор 1 выполненный в виде мостового инвертора на ключах 2-5. Однофазный инвертор 1 нагружен на первичную обмотку 6 сог пасующего высокочастотного трансформатора 7. Его вторичная обмотка 8 выполнена со средним выводом 9 и отпайками 10-13, образующими вместе с двумя кон-цами 14 и 15 этой обмотки семь вьгход ных выводов 9-15 трансформатора. Выходные выводы трансформатора 7j кроме среднего 9, соединены с силовыми концами ключей 16-27 коммутатора 28, которые объединены, в две группы по шесть ключей. Один из трех выходных выводов преобразователя образован средним выводом 9 вторичной обмо ки 8 трансформатора, два других - точками объединения одних силовых концов ключей 16-21 и 22-27 двух групп коммутатора, другие силовые концы этих ключей соединены с выходными выводами 10-15 трансформатора 7. Блок управления 29 содержит задающий генератор 30, подключенный к многоканальному распределителю импул1- сов 31, выпол 1ениому 12-ти канальным, каж дый его 1 -ый канал из числа первых 6-ти каналов совместно с (13-4- )-ым каналом (т.е. 1-й канал совместно с 12-ым, 2-ой совместно с 11-ым и т.д.) связаны с управляющим входом соответствующего ключа первой группы ко мутатора (ключи 16-21) через логический элемент ИЛИ (32-37). Одновременно каждый i -ый канал распределителя импульсов из числа первых 4-Х каналов совместно с (5 - J, ) каналом (т.е. 1-й канал совместно с 4-ым и 2-й - совместно с 3-им каналом) и каждь й К -ый его канал из чис ла остальньк каналов, начиная с 5-го канала, совместно с (17- 1Ч)-ым каналом (т.е. 5-ый канал совместно с 12-ым, 6-ой - совместно с 11-ым каналом и т.д.) связлнь с управляющим входом соответствующего ключа второй группы коммутатора (ключи 22-27) через логический элемонт И ЛМ/38-43). Принцип фор)миропония ступенчатого выходного ипп 1яжоння на вторичной стор не трансформатп| П гюяс 1яется на фиг. 3 де П1 тактовые импуль сы на выходе енератора импульсов 30; Ujj-rU - сигналы управления, подавпемь е нп управляю цие -входы ключей 2-5 инвертора 1. U,j - форма напряжения на первичной обмотке 6 трансформатора 7; папряже шя на вТоричной стороне трансформатора при поочередном переключении его обмоток соответственно ключами 16-21 и 22-27 коммутатора 28; у у - алгоритмы переключения атт ключей и 22-27 коммутатора 28. Временные диаграммы, поясняющие принцип получения трехфазного напря кепия с помощью однофазного инвертора приведены на фиг. 4 где ) -форма напряжо тя на первичной обмотке 6 трансформатора 7; L),j - формы напряжения на вторчиной стороне трансформатора при поочередном переключении его обмоток соответственно ключами 16-21 и 22-27 коммутатора 28. Сдвиг фаз между и 1)32.01 составляет I и и- формы напряжения в фазах -aioii ijLOira.jni нагрузки, полученные при условии, что на вторичной стороне трптюформатора действует лишь напряжение ; у|| . напряжения в фаЪах нагрузки, попучега1ые при условш, что на вторичной стороне трансформатора действует лишь напряжецие .; ошг aaczi i oa напряжения в фазах нагрузки при од1 оврек енном действии обоих напряжетшн , и U, При построении выходных напряжений в фазах нагрузки был применен npFiHiwn наложения. Преобразователь работает следуюидам образом. При подключении питания к блоку управления i силовой части преобразователя замыкают ютючи 2.5 инвертора 1. Ка первичной обмотке 6 согласующего высокочастотного тратвпформатора 7 формируют положительный импульс напрях ения Uj . Полярностг, обмоток трансформатора такова, что при замыкании ключа 19 порвой группы коммутатора 28 формируют порвую ступень положительной полуволн,1 напряжения J ,о Одновремешто при зл 5ыкании ключа 23 второй группы коммутатора 28 (|х рмируют втт)рую ступ нь отрицательной полуволны напряжения При заклткпшм 77 ключей 3 и 4 инвертора 1 на обмотке 6 формируют отрицательный импульс на- пряжения Uj . Замыканием ключей 17 и 25 коммутатора формируют соот- ветстветгао вторую ступень положительной полуволны напряжения первую ступень л-рицательной полуволны на пряжения , Дальнейшее формирование ступеней пр исходит аналогично в соответствии с вре менными диаграммами, представленными на фиг. 3. Описываемый преобразователь может применяться во всех случаях, где требуется преобразование постоянного напряжения одного уровня в трехфазное напряжение другого уровня заданной фик сированной частоты. Выход1гую частоту можно регулироват за счет изменения частоты задающего генератора. Диапазон регулирования при этом ограничен нижней рабочей частотой согласующего трансформатора. Целесообразное число ступеней вьгходного напряжения преобразователя выбирать в каждом конкретном случае применения в зависимости от требования к искажению выходного напряжения. В предлагаемом преобразователе увеличить чис ло ступеней, а следовательно улучшить качество преобразованной энергии, можйо за счет увепичения числа N выходных выводов трансформатора. При этом число ключей в каждой группе KOM.vryтатораравно (N -1) 6р,гпе р - любое целое число. Таким образом, в сравнении с известным преобразователем,содержащем коммутатор на кгаочах, объедине Ш:,1Х в Три группы, а также блок ключевых элементов, образующих выходной инвертор, предлагаемый преобразователь имеет лишь коммутатор на ключг х, обтлдиненных в две группы, поочередно пегл ключающий обмотки на вторичной стороне трансформатора. Это упрощает ycrpoficTB а для обеспечения одинакового с известным решением качества прео 5разован ной энергии преобразователь реализуется с числом силовых ключей.. Формула изобретения Преобразователь постоянного напряже в трехфазное переменное с амплитудно-и пульлсной модуляцией выходного напряжения, содержащий однофазный инвертор вы в сокой частоть, выходом нагруженный на первичную обмотку согласующего высокочастотного трансформатора, Р5торичная обмотка которого выполнена с отпайками, образующими вместе с двумя концами этой обмотки N 6pfl, где р - целое число выходных выводов трансформатора, расположетшых симметрично относительно среднего вывода, коммутатор на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, объединенных в группы, одни силовые конць которь Х соешнены с выходными выводами трансформатора, а точки соединения других силовых концов этих ключей, объединенных в группы, образуют два выходных вывода преобразователя, а также блок управления, включающий последовательно соединенные задающий генератор и многоканальный ficnределитель импульсов, выходы которых связаны соответственно с управляющими входами ключей однофазного инвертора и коммутат9ра, отличающийся тем, что, с целью упрощения, каждая группа коммутатора содержит ( N -1) ключей, распределитель импульсов выполнен (2N2)-канальным, каждый его -ый канал из числа первых (М -1) каналов совмест но с (2 N -1 -1)-ым каналом связаны с управляющим входом соответствующего ключа первой группы коммутатора 4ef)e3 логический элемент ИЛИ, одновременно каждый -ый канал из числа первых каналов совместно с г Т-СN-i . Л каналом и каждый К-ый L 3 о i Л f М (Ч его канал из числа остапьпых -дV каналов, начиная с --v i -ого канала, совместно с (( каналом связаны с управля1сшим входом соответствующего ключа второй группы коммутатора . через логический элемент ИЛИ, третий выходной вывод гфеобразователя образован средним выходным выводом трансформатора, а числа витков симметрично расположенныхY -ых вь Ходнь Х выводов трансформатора с числами витков его крайних и выходных выводов связаны соотношением: tan-J-jJT ох, /4и номер крайнего выходного вывода трансформатора численно равный Зр, ,2...Пономер выходного вывода трансформатора при независимом отсчете от среднего вывода erxj вторичной обмотки в каждую от него сторюну.

о

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

2.Патент Англии № 1414580, кл. Н 2 F, 1974.

pnii

tpui f

73G30e10

3.Повышение эффективности устройств преобразовательной техники. Киев Наукова думка , ч, 4. 1973, с. 127-136.

4.Мастяев Н. 3. Отчет НИР Разра5 ботка и исследование преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток;ч. 1, шифр366/74,№Г 26791,МЭИ.

w I .

I 4 .

- i. т1

ro--i&H Zj-

r V

LZTL

U iJS

4p IfU k

ti:- P

L

ш

B

-

й:«

Ui

l.

гго,

и

llQi

t

t