(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ
.. . ;
Изобретение относится к преобразовательной, технике и может быть использовано в системах электропи.ания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное со ступенчатой, .близкой к синусоидальной форме, кривой.
Известен .однофазный преобра ователь с промежуточным звеном повышенной частоты и с трехступенчатрй формой кривой выходного напряжения, содержа1ций однофазный инвертор с выходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку с двумя промежуточными выводами. Три вывода этой обмотки соединены с одним выходным выводом преобразователя через ключи переменного тока, а четвёртый вывод, являющийся промежуточным, - непосредственно с другим выходным выводом преобразователя. Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора относительно выходного вывода преобразователя равны соЬтветственно амплитудам первой, второй и третьей ступеней формируемого напряжения. Подключая поочередно р помоцью к.гяочей переменного тока эти секции к выходным выводам преобразователя, формируют на нагрузке трехступенчатое напряжение СП.
Недостатками такого решения в случае формирований трехфазного напряжения являются большие габариты и масса,
10 обусловленные использованием трех однофазных т,рансформаторов, а также несинусоидальная форма выходного напряжения, содержащего значительный Про- , цент высших гармоник.
IS
Известен также однофазный преобразователь .постоянного напряжения в Н-ступенчатое переменное с промскжуточным звеном высокой частоты, содержащий однофазный инвертор с выходным
20 трансформатором, имеющим вторичную обмотку ё отпайками. Выходные выводы преобразователя образованы одним из промежуточных выводов вторнчной .овмотки трансформатора и точкой объединения силовых концов ключей переменного тока, а другие силовые концы этих ключей соединены с N выводами вторичной обмотки трансформатора, где N - число ступеней напряжения на четверти периода выходного напряжения преобразователя. Напряжения на- секциях вторичной обмотки трансформатора относительно выходного вьгеода равны амплитудам ступеней формируемого напряжения. Подключая поочередно с помощью ключей переменного тока, эти секции к выходным вьгао дам преобразователя, формируют на на грузке однофазное N-ступенчатое напряжение Г2. Недостатками данного преобразователя в случае формирования трехфазного напряжения являются сложность схемы, громоздкость и большое число ключей переменного тока. Наиболее близким к предлагаемому является трехфазный преобразователь с промежуточным звеном повышенной частоты и со ступенчатой формой кривой выходного напряжения, содержащий однофазный инвертор с- выходным транс форматором, вторичная обмотка которого имеет вывод от средней точки, а также - по два промежуточных вывода в каждой полуобмотке, симметричные относительно среднего. К среднему выводу этой обмотки подключена од на клемма трехфазной нагрузки, .а две другие ее клеммы через ключи перемен ного тока соединены со всеми другими выводами вторичной обмотки. Напряжения на секциях вторичной обмотки относительно среднего вывода равны соответственно амплитудам первой, второй и третьей ступеней линейного напряжения. Подключая в определенной п следовательности промежуточные выводы трансформаторы к выходным выводам преобразователя, формируют два линейных напряжения, что достаточно для получения трехфазной системы напряжения . В вьрсодном напряжении преобразова теля содержится значительный процент высших гармоник с порядковыми номерами п в п, 13, 23, 35,...., а коэф фициент гармоник напряжения Кг15,2%. Это Приводит к увеличению потерь мощ ности в потребителе и к необходимости установки выходных фильтров. Боль шое число ключей переменного тока (12 шт.) усложняет схему преобразователя. Повышение величины напряжения до 21), где и - амплитуда третьей ступени выходного линейного напряжения, прикладываемая к ключам, сни-жают надежность преобразователя. Цель изобретения - улучшение формы кривой выходного напряжения преобразователя и его упрощение. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем однофазный инвертор, трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выходом инвертора, .а вторичные через ключи переменного тока - с выходными выводами преобразователя, в каждой фазе включено две встречнопараллельно связанные между собой вторичные обмотки, причем одна из этих обмоток вьтолнена с промежуточным отводом, одни концы пары обмоток каждой фазы вместе с промежуточным отводом одной из ее обмоток подключены к соответствующему выходному фазному выводу преобразователя через ключи переменного тока, а другие концы пар обмоток каждой из фаз подключены к соответствующему соседнему выходному фазному выводу преобразователя непосредственно. На фиг. 1 представлена схема преоб разователя постоянного напряжения в трехфазное переменное, на фиг. 2 временные диаграммы импульсов управления ключами, форма напряжений на обмотках трансформатора и на нагрузке. Трехфазный преобразователь содержит однофазный инвертор 1, соединенный с первичной обмоткой трансфор матора 2, вторичные обмотки 3 и 4 и секция 5 облютки 3 которого через ключи 6-14 переменного тока соединены с выходными выводами преобразователя А, В и С, В качестве ключей переменного тока могут быть использованы симисторы, встречно-параллельно BICTDOченные тиристоры или транзисторы с диодами и транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов. Ключи 6, 9 и 12 включены между промежуточными отводами обмоток 3 соответствующих фаз и выходными выводами этих фаз. Устройство работает следующим образом. Управление ключами осуществляется импульсами напряжения U, диаграммы которых представлены на фиг. 2а,б и в соответственно для фаз преобразователя А, В и С. Причем импульсы, соответствующие графику 6, подают на ключ 6, графику 7 - на ключ 7 и т.д. Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из уловия исключения гармоник, близких к основной. При этом величины напряжений на секции 5 и обмотках 4 и 3 трансформатора 2, равные амплитудам первой U , второй и 2 и третьей U ступеней выходных линейных напряжений, соответственно равны и Um-SlnIO , . sln30 и U в sinSO, где амплитуда, аппроксимирующей синусоиды, проходящей через середины горизо.нтальйых участков ступеней (фиг. 2д). Четвертые и пятые ступени линейных напряжений формируют путем суммирования напряжений обмоток 3 и 4 и секций 5 разньгх фаз, например
4 (AB))oa(e) ,
Uj (Ав)иол(В)и оФСО 2Uai. амплитуды четвертой и пятой ступеней линейного напряжения и
Ае,;
оЬ(6) (8)1 напряжение на (С) CSlcV мотке 3 и 4 фазы В, на обмотке 4 фазы С
и на секции 5 фазы
С соответственно.
Рассмотрим работу схемы на активно-индуктивную нагрузку.
Однофазный инвертор I и его выходной трансформатор 2 работают на частоте, превышающей частоту выходного напряжения преобразователя в девэть раз. Форма напряжений на обмотках трансформатора представлена на фиг.2г Полупериод выходного напряжения можно разбить на девять равных интервалов.
На первом интервале замыкаюГ ключи 6 и 14 (фиг. 2а ив). Секция 5 фазы А с напряжением U через ключ 6 и обмотка 3 фазы С с общим напряжением, равным Uj, через ключ 14 подключаются к выходным выводам А и 8 и С и А преобразователя соответственно. В результате формируются первая положительная, четвертая отрица тельная и третья положительная ступени линейных напряжений ид, Ug и исд .
На втором интервале меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 2. При этом замыкают ключи 7 и 13 и к тем же выходным выводам
преобразователя подключают обмотки 4 фаз А и С с напряжением U через ключи 7 и 13 соответственно. При это формируются вторая положительная, пятая отрицательная и вторая положительная ступени линейных напряжений
UAB. UBC и .
На третьем интервале вновь изменяется полярность напряжений на обмотках трансформатора 2, замыкаются кл1 чи 8 и 12 и к выходным выводам преобразователяподключают обмотку 3 фазы А с напряжением Uj через ключ 8 и секцию 5 фазы С с напряжением U
j через ключ 12. В результате формируются третья положительная, четвертая отрицательная и первая положите.пьная ступени линейных напряжений и Ucft.
На следующих интервалах процессы в преобразователе происходят аналогично в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами. В результате работы преобразователя на его выJ ходе формируется трехфазное пятиступенчатое напряжение ид§, форма которого представлена на фиг. 2д. При соединении нагрузки звездой фазное напряжение будет иметь четырехступенчатую форму с нулевой полкой и двойной длительностью четвертой ступени.
Подкдачение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обе .печивает-возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.
Предлагаемый преобразователь по сравнению с известным имеет лучагую форму выходного напряжения. В выходнон напряжении предлагаемого преобразователя содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами п « 17, 19, 35, 37,..., а коэффициент гармоник К 10,1%, тогда как в напряжении известного присутствуют гармоники
0 п - И, 12, 23, 25 а 15,2%;
выполнен проще, так как содержит 9 ключей переменного тока вместо 12 в известном если формирователь с помощью известного пятиступенчатое
5 напряжение такое как на выходе предлагаемого устройства, то потребовалось бы 20 ключей, т.е. в 2,2 раза больше, чем в предлагаемом устройстве надежнее, так как величины напряжений, прикладывае14ые к ключам значительно меньше, чем в известном устройстве. Расчеты показывают, что напряжения на ключах, участвующих в формировании первых, вторых и третьих ступеней линейных напряжений в предлагаемой схеме меньше аналогичных напряжений, чем в известном на 11%, 12Х и 14%. Кроме того, он имеет лучшие массогабаритные показатели, так как для получения выходного напряжения одинакового качества с известным требуется, меньшее число ключей переменного тока и меньшая установленная мощность выходных фильтров преобразователя.
Формула изобретения
Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий однофазный инвертор, трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выходом инвертора, а вторичные через ключи переменного тока - с выходными выводами преобразователя, отличающийся тем,
что, с целью упрощения и улучшения формы кривой выходного напряжения, в каждой фазе включены две встречнопараллельно связанные между собой вторичные обмотки, причем одна из этих обмоток выполнена с промежуточным отводом, оДни концы пары обмоток каждой фазы вместе с промежуточным отводом одной из ее обмоток подключены к соответствующему выходному фазному выводу преобразователя через ключи переменного тока, а другие концы пар обмоток каждой из фаз подключены к соответствующему соседнему выходному фазному выводу преобразователя непосредственно.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
