1
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное со ступенчатой, близкой к синусоидальной формой кривой.
Известен однофазный преобразователь с промежуточным звеном повышенной частоты и с трехступенчатой формой кривой выходного напряжения. Он содержит 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 четвертый вывод, являющийся промежуточным - непосредственно с другим выходным выводом преобразователя. Напряжения на секциях обмотки трансформатора относител аНО выходного вывода преобразователя соответственно амплитудам первой, второй и третьей ступеней формируемого напряжения. Подключая поочередно с помощью ключей переменного тока эти секции к выходным выводам преобразователя, формируют на нагрузке трехступенчатое напряжение ij.
Недостатком такого преобразовс теля является неполное использование трансформатора по индукции, несинус соидальная форма кривой выходного напряжения, содержащая значительный процент высших гармоник.
Известен также однофазный инвертор со ступенчатой, близкой к сину10соидальной формой кривой выходного напряжения. Он содержит основной инвертирующий мост с бес трансформа торным выходом и дополнительный мост, на выходе которого включены один
15 или несколько вольтодобавочных трансформаторов, вторичные обмотки которых включены в выxoднs o цепь основного моста через пары встречно-параллельно соединенных управляемых вентилей, С помощью этих вентилей напря20жения вторичных обмоток трансформаторов, работающих на повышенных частотах, суммируются или, вычитаются из выходного напряжения основного мос25та,- в результате чего формируется многоступенчатая кривая 2 J.
Недостатком данного решения является сложность схемы инвертора, обусловленная большим числом управляемых ключей. Изв естен также однофазный преобразователь постоянного напряжения в tvl-ступенчатое переменное с промежуточным звеном высокой частоты, содер жащий инвертор с выходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку с отпайками. Выходные выводы преобразователя образованы одним из проме жуточных выводов ключей переменного тока, а другие силовые концы этих ключей соединены с N выводами вторичной обмотки трансформатора, где М-число ступеней напряжения на четверти периода выходного напряжения преобразователя. Напряжения на секц ях вторичной обмотки трансформатора относительно выходного вывода равны амплитудам ступеней формируемого на ряжения. Подключая поочередно с помощью ключей переменного тока эти секции к выходным выводам преобразователя, формируют на нагрузке од нофазное N-ступенчатое напряжение р Недор.татком данного преобразователя является сложность схемы, обус ловленная большим числом ключей пер менного тока и отпаек вторичной обмотки трансформатора, повышенные напряжения на ключах, что приводит к увеличению их установленной мощности и снижает надежность преобразователя. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является пр образователь, содержащий основной и вертор, нагруженный на первичную об мотку трансформатора, вторичная обмотка которого имеет отпайку, образ щую один выходной вывод преобразова теля, а концами подсоединена к одни выводам полностью управляемых ключе с двухсторонней проводимостью, и вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомогательного трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена со средней точкой, образующей второй выход ной вывод преобразователя, другие концы этой обмотки подсоединены к другим выводам упом 1нутых полностью управляемых ключей, а упомянутая отпайка вторичной обмотки делит её по числу витков на неравные части. в результате суммирования напряжений вторичных обмоток трансформаторов,- имеющих разную форму и амплиту ду, на нагрузке формируется трехсту пенчатое напряжение 4. Недостатком такбго преобразовате ля является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, содержащая значительный процент высших гармоник. В напряжении содержатся r МОНИКИ с порядковыми номерами 13,23,25... с амплитудами Ay, Ai|M, где - амплитуда первой гармоники а коэффициент гармоник этого напря жения равен ,2%. Цель изобретения - улучшение формы кривой выходного напряжения преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в известном преобразователе постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное, содержащем основной инвертор, нагруженный на первичную обмотку основного трансформатора, вторичная обмотка которого имеет отпайку, делящую эту обмотку по числу витков на неравные части и образующую один выходной вывод преобразователя, а концами подсоединена к одним выводам полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, и вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомогательного трансформатора, концы вторичной обмотки которого соединены с другими выводами упомянутых полностью управляемых ключей, а промежуточная отпайка этой обмотки образует второй выходной вывод преобразователя, числа витков частей вторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов, разделенных отпайками, выбирают из соотношений1:2 и (2Уз-3: : 2--/Т) соответственно. На фиг.1 представлена схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 диаграммы импульсов управления ключами. Формы напряжений на обмотках основного и вспомогательного трансформаторов и на нагрузке/ на фиг.З диаграммы напряжений, поясняющие формирование выхопного напряжения. Преобразователь содержит основной инвертор 1, выход которого соединен с трансформатором 2. Части (или секции) 3 и 4 вторичной обмотки этого трансформатора через ключи 5 и 6 переменного тока соединены соответственно с секциями 7 и 8 вторичной обмотки трансформатора 9, первичная обмотка которого соединена с вспомогательным инвертором 10. К промежуточным отпайкам вторичных обмоток, основного и вспомогательного трансформаторов, образующих выходные выводы преобразователя, подключена нагрузка 11. В качестве ключей переменного тока могут использоваться также встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с диодами. Устройство работает следующим образом. Управление ключами 5 и б преобразователя осуществляется импульсами тока (i) (фиг.2а), причем импульсы, соответствующие графику 5, подаются на ключ 5, графику б - на ключ 6. Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают так, чтобы напряжение на нагрузке (фиг.2,с1, можно было представить как сумму двух трехступенчатых напряжений U сдвинутых Spyr относительно друга на 15 эл.гра (фиг.З), амплитуды ступеней U ,, U, Da из которых найдены из условия исключения гармоник, близких к основ ной и ппптветственно равны U , ii, 0(1+1/3) , (2 + Y5) . В каждом из таких напряжений присутствуют высшие гармоники с порядковыми номерами И 11, 13, 23, 25, 35,37,,. и амплитудами Aj,- А /И, где А - амплитуда первой гармоники напряжений и и. Поскольку напряжение на нагрузке является суммой этих напряжений, то в нем содержатся гармоники с теми же порядковьми номерами, но со значител но меньшими амплитудами (из-за сдвига между напряжениями и и и). Из фиг,22 и следует, что амплитуды ступеней выходного напряжения, найденные через амплитуды сту пеней напряжений U/f ii U , равны U,, l4U2H U.-fUj U(2+T) , UjH 2U2 |-- fTТл.-1 - (3 + 2VD, UJ-H; (1+TQ), U4.,i-fU,j 2( (2+-П) , J где и:,„ , U2.H U - амплитуды ступеней выходи ц , змпли- ного напряжения преобразователя с первой по пятую соответственно. Для получения напряжения на нагру ке с указанными амплитудами ступеней напряжения на секциях 3, 4, 7, 8 вто ричных обмйток основного и вспомогательного трансформаторов должны быть соответственно равны U. (2+1/3) , . (2+V3) , U, 1 ивС 6Ц-и4Н и - Рассмотрим работу схемы на активно-индуктивную нагрузку. Полупериод выходного напряжения можно разбить н дценадцать равных интервалов. На первом интервале замыкается ключ 5, а напряжение на первичных об мотках обоих трансформаторов (U-j-p, и) равны нулю (фиг,,) ,Если пре небречь активными сопротивлениями вторичных обмоток трансформаторов и ключа 5, то можно считать, что нагрузка замкнута накоротко и ток в ней поддерживается за счет реактивной мощности, запасенной в предыдущий по лупериод, В результате формируется нулевая ступень выходного напряжения На втором интервале ключ 5 остается замкнут, а на секциях 3 и 7 обмоток трансформаторов появляются напряжения, величины которых соответственно равны (2+-/3) . и , В результате вычитания напряжений на нагрузке формируется первая ступень напряжения, амлитуда которой равна Й (2+if3)- . Третий интервал отличается от второго тем, что исчезает напряжение на секции 7 (фиг.2-1 ) и на выходе формируется втора я ступень напряжения, амплитуда которой равна величине напряжения на секции 3 (2+{з) Четвертый интвервал отличается от третьего тем, что меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 9 и вновь появляется напряжение на секции 7, В результате суммирования напряжений секций 3 и 7 на нагрузке формируется третья ступень напряжения: U3 и,и, (2+V3). 2U,(l+ На пятом интервале замыкается ключ 6, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 2, а полярность напряжения на секции 8 остается прежней, В результате вычитания напряжений секций 4 и S на нагрузке формируется четвертая ступень напряжения с амплитудой Uj,--Uf,x- 2U . (2+/3)-U, U (3+2V7). Интервалы 6-й, 7-й, 8-й отличаются от пятого тем,. что исчезает напряжение на секции -8 и на нагрузке формируется пятая ступень напряжения, равная величине напряжения на секции 4 : 2и (2+V3) . Интервалы с 9-го по 12-й аналогичны интервалам с 5-го по 2-й соответственно. Второй полупериод выходного напряжения формируют подобно описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами и формами напряжений на обмотках трансформаторов 2 и 9, В результате работы преобразователя на его выходе формируется пятиступенчатое напряжение, форма которого представлена на фиг,2,г. Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разности потенциалов на нагрузке в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте . мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения. Предлагаемый преобразователь имеет значительно лучшую форму выходного напряжения, чем напряжение известного преобразователя. Расчеты показывают, что коэффициент гармоник выходного напряжения предлагаемого преобразователя равен ,8%, против 15,2% в известном преобразователе. Это обуславливает лучшие массогабаритные показатели выходных фильтров и лучшие динамические показатели предлагаемого преобразователя. Если принять число витков секции 3 за единицу, то из вышеизложенного следует, что пятиступенчатую форму напряжения на нагрузке (фиг. . можно получить, если отношение чисел итков секций 3., 4, 7, 8, будет рав1:2: . 1 . j5 л - . / « -iT-t , т.е. 1:2:(riu; J.. л : 2+-J5 -3):(2 -/5lV Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное, содержащий основной инвертор, нагруженный на первичную обмотку основного трансформатора, вторичная обмотка которого имеет отпайку, делящую эту обмотку по числу витков на неравные части и образующую один выходной вывод преобразователя, а концами подсоединена к одним выводам полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, и вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомогательного трансформатора, концы вторичной обмотки которого соединены с другими выводами упомянутых полностью управляемых ключей, а промежуточная отпайка этой обмотки образует второй выходной вывод преобразователя, отличающийся тем, что, с
целью улучшения формы кривой выходного напряжения ,числа витков частей вторичных обмоток основного и вспомогтельного трансформаторов, разделенных отпайками, выбирают из соотношений 1:2 и ( 2У1-3) :( 2-V57 соответственно.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1 .Лекоргийе /X. Управляемые электрические вентили и их применение. М., Энергия, 1977, с.399.
2.Авторское свидетельство СССР № 449425, кл. Н 02 М 5/42, 1971.
3.Авторское свидетельство СССР № 688970, кл. Н 02 М 7/48, 1976.
4.Авторское свидетельство СССР № 680124, кл. Н 02 М 7/48, 1977.
12 3 5 б 7 5 5 to f1 12 Интервалы
и,
l
