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

3V TOfja работают при повышенном напряже НИИ, усложняется введение токовой обратной связи в транзисторы инвертора, работающего на низких и сверхнизких (доли гц) частотах, при изменяющейся нагрузке. Увеличетше иитаюш-его напряжения Б транзисторном инверторе обусловливает рост динамич ::ких потерь, а при умеш шении нагрузки в нем возникают сквозjjbie токи, вызванные перенасьш1ением транзисторов. В инверторах, сюуществляющих ШИМ выходного напряжения -эти эф( проявляются еще сильнее кз-за нарастающего числа переключений транзисторов, что приводит к снижению КПД и ухудшению энергетических показателей В некоторых случаях с целью возврата активной мощности в питающую сеть (при рекуперативном торможении) прообразователи по структуре конвертор-инвертор снабжают дополнительным инвертором, цепью питашя, подключаемьгм к выходным зажимам моста обратного тока инвертора 2 , Однако такое решение достаточно сложно. Наибог:ее близким по технической сущ ности и достигаемому: результату к изоб ретению является преобразователь с niooмежуточным звеном высокой частоты, та же решающий задачу согласования уровней напряжения и обеспечивающ.ий регулирование выходной частоты от нулевого значения до заданного 3 , Этот преобразователь содержит высокочастотное .инвертирующее звено одной частоты, два однофазных трансформатора первичными обмотками подключенных к выходным выводам этого высокочастотного звена, а г торичными - ко входным выводам трех диодных мостов, нагруженных на ключевые элементы, упраатя:;ацие входы которых связаны с задающи;, гене ратором другой частоты, причем выходны выводы преобразователя оГфазовань- точками соединения упомигг /тых втооичттых обмоток, принадлежащих различным транс форматорам, и блок управления, этим вы сокочастотным звеном. Преобразователь обладает улучшенньш спектром выходного тока. На его выходе имеет место напряжение с двухполярной широтно-кмггуль ной модуляцией. Такой преобразователь используется в качестве блока формирования управляющих сигналов трехфазного мостового инвертора. Его нед(х:тат ком является отнск;ительная сложность силовой части. о4 Цель изобретения - упрощенно ji.iec)6 раэователя. Это достигается тем, что в известном преобразователе постоянного напряжения в трехфазное, содержащем промежуточное высокочастотное инвертирующее звено одной частотьь два однофазных трансформатора, первичными обмотками подключенных к выходшлм выводам этого высокочастотного звена, а вторичными - ко входным выводам трех диодных мостов, нагруженных на ключевые элементы, управляющие входь которых связаны с задающим генератором другой частоты, причем выходные выводы преобразователя образованы точками соединения упомянутых вторичных обмоток, принацлежа- щих различным транс юрматорам, и блок управления этим высокочастотным звеном, вторичные обмотки трансформаторов подкгаочеиы к даум входным выводам диодных мостов разноименными концами, а Третий вывод каждого из диодных мостов соединен с выходтлм выводом преобразователя, не связанным со вторичными обмотками трансформаторов, подключенными к цанному анодному мосту. Инвертирующее высокочастотное звено может быть выполнено в виде двух однофазных инверторов со сдвигом ВЫХОД ШХ напряжений на 120 эл.град и в виде трехфазного мостового инвертора. К недостаткам выполнения высокочастоттюго звена в виде двух однофазных инверторов, относятся неравенство потребляемой каждым инвертором активной модности при работе на активно-индуктивную нагрузку, а также различные формы кривых выходного напряжения, для устранения которых требуется устранеюте из спектрального состава высших гармонических, кратных трем, путем введения, например, паузы, равной 60 эл.град, в выходных напряжениях инверторов. Исходя из выше- изложенного, рассмотрим в качестве высокочастотного инвертирующего звена трехфазный мостовой инвертор, к выходным выводам которого подключены первич гые обмотки трансформаторов, хотя в общем случае возможен и упомянутый выше вариант решения. На фиг. 1 дана принципиальная схема преобразователя с промежуточным высокочастотным инвертирующим звеном, выполненным в виде трехфазного мостового инветора на фиг. 2 - один из вариантов выполнения такого в виде двух однофазных ит ерторов с фaэoвы сдвит-ом 57 гыходных напряжений на. 120 эп. град.; па фиг. 3 - временные диаграммы, поясняк щие принцип работы преобразователя; па фиг. 4 - времепные диаграммы, поясняющие принипп работы регулируемого по напряжению преобразователя. Преобразоватепь содержит промежуточное высокочастотное звено 1, выполненное в виде трехфазного мостового инвертора на управляемых ключевых элемеьггах 2-7 и диодах обратного тока 8-13. выводами инвертора 14-16 включены первншые обмотки 17 и . 18 од нофазных трансформаторов 19 и 20. Управлякщие входы ключей 2-7 связаны с . системой управления инвертором (СУЙ 21. Вторичные обмотки 22-24 трансфер. матора 19 и обмотки 25-27 трансформа тора 2О подключены к входам диодных мостов 28-30 разноименными концами. Обмотки трансформатора 18, например, подключены к входным выводам диодных мостов своими началами, а обмотки тран форматора 20 - своими концами. На вы ходах этих диодных мостов по постоян- ному току включены ключевые элементы, выполненньш, например, на транзисторах 31-33, управляющие входы 34-36, которых подключены к системе управления ключевыми элементами (СУК) 37. Точки соединения обмоток 22 и 25, 23 и 26, 24 к 27 образуют трехфазнь Й выход 38-40 преобразователя. Входной вывод, 41 диодного моста 28 подключен к выходному выводу 40 преобразователя, входной вывод 42 диодного моста 29 по ключен к выходному выводу 39 преобрй..зователя, а входной вывод 43 диодного моста 30 - к выводу 38. Принцип формирования выходного напряжения нерегулируемого по напряжению варианта преобразователя поясняется вре менными диаграммами на фиг. 3,где при няты следующие обозначения:0,и,,форма напряжения на обмотках 17, 18 трансформаторов 19, 20 с частотой , фазовый сдвиг между напряжениями составляет 120 эл.град (период ; U,j.-U, - сигналы управления, подавае.. мые на входы ключевых элементов 31- 33 соответственно, с частотой следования (период Тм 1 ге 40 форма выходного фазного напряжения преобразователя, Частота основной гармоники выходного напряжения (показана пунктиром) /период . Частота основной гармоники выходного напряжения равна разности частот 06 1 fo. I При регул1фовании выходной частоты 2- соотношен1 е частот цепесообраэно изменясь, в дио пазоне 0,8-1.2 (при этом частоту i выбирают фиксированной), а регулирование осуществлять за счет изменения по заданному закону (хотя в общем случае это не принципиально). С целью улучшенного качества выходного тока преобразователя частоту промежуточного инвертирующего звена 1 целесообразно вьй5ирать в 5-10 раз выше максимального требуемого значения выходной часготы. В случае нерегулируемого по напряжению варианта преобразователя на управляющие входы кгоочевых элементов 27 инвертора 1 подают трехфазную систему управляющих сигналов от СУЙ 21, обеспечивающей простейший 180 гратдусный закон управления. Напряжение преобразователя может регулироваться любыми H3BecTHbrNm способами в высокочастотном инвертирующем звене. На фиг. 4 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип формиро- BaiffiH регулируемого напряжения преобразователя, где приняты следующие обозначения: и,-, ы , .- форма напряжения на обмотках 17 и 18 трансформаторов 19, 20 (область регулирования заштрихована); 4 pf-a выходного фазного напря-лдания преобразователя; -sA ЬЬ сигналы управлеття, подаваемые на входы ключевых элементов 31-33 соответственно. Для формироваш5я регулируемого выходного напряжения инвертора используется так называемый несимметричный алгоритм управления ключeвы ffl элементами на фиг. 3. Сутг-, его состоит в том, что в интервале угла проводимости ках дого кл-юча 2-7 инвертора 1 от (/3 до 2 осуществляют чгиротно-импульсную модуляцию сигнала управления путем введения рег лируемой паузы несим- .дагрично Б направлении от 2 к . К недостаткам такого способа регулирования относится фазовый уход напряжения, однако с Энергетической точки зрения он является наиболее целесообразным. По сравнению с известным устройством, промежуточное высокочастотное imвертирующее звено которого выполнено в виде трех однофазных инверторов и трех трансформаторов, предлагаемый преобразоватепь имеет на одну гтеверторную ячейку и на один однофазный трансформатор меньше. Это упрощает устройство. При вьтопнепии промежуточГйотх) высокочастотного инвертирующего звена в виде трехфазного мостового инвертора вместо Tpextt)a3Horo трансформатора (ипи трех однофазных) включают два однофазных трансформатора.

Описываемый преобразователь может применяться во всех случаях, где требуется преобразование постоянного напряжения одного уровня в трехфазное напряжение другого уровня, заданной фик сированной или регулируемой от долей Гц до единиц кГц частотой с одновременным регулированием напряжения.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжвния в трехфазное, содержащий промежуточное высокочастотное инвертирующее звено одной частоты, цва однс)фазных трансформатора, .первичными обмотками подключенных к выхоаным выводам этого высокочастотного эвена, а вторичными - ко входным вьзводам

трех диодных мостов, нагруженных на кгаочевые элементы, управляющие входы которых связаны с задающим генераторо другой частоты, причем выходные выводы преобразователя образованы точками соединения упомянутых вторичных обмоток, принадлежащих различным трансформаторам, и блок управления этим высокочастотным звеном, отличающийся тем, что, с целью упрощения, вторичные обмотки трансформаторов подключены к двум входным выводам дионых мостов разноименными концами, а третий вывод каждого из диодных мостов соединен с выходным выводом преобразователя, не связанным со вторичными обмотками трансформаторов, подключенными к данному диодному мосуу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Патент США N 3573601, кл. 321-9, 1971.

2,Заявка Японии № 49-15289, кл. 56134, 1974.

3,Авторское свидетельство СССР по заявке № 2352859/07, 1972.

w

20

я:

тт -с:Г гiHjHiJ--- -- - -TLiii-isal--- ;-..члА-дя.

..-i,iJ™J

TIT

iti

П

TTtT

;iin

IDO

t

5 -;

.

„JTZ

i h I

j 1 Г

itrr

IT

ftj

1

1

1

I

Ш

t