(5A) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ
.|.
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения,в трехфазное квазисинусоидальное многоступенчатой формы.
Известен статический преобразователь постоянного напряжения в однофазное трехступенчатой формы с промежуточным звеном повышенной частоты, . который 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 «. вторичной обмотки трансформатора относительно выходного вывода преобразователя равны соответственно ампли-;
тудам первой, второй и третьей ступеней формируемого напряжения. Под ключая поочередно эти секции к выходным выводам преобразователя формируют на нагрузке трехступенчатое напряжение. Закон управления ключами инвертора таков, что не позволяет испояьзовать один трансформатор для формирования трехфазного напряжения LU.
Недостатками данного преобразователя в случае формирования трехфазного напряжения являются большая масса и габариты, обусловленные использованием трех однофазных инверторов и трансформаторов, а также несинусоидальная форма выходного напряжения, содержащего значительный процент высших гармоник.
Известен однофазный преобразователь постоянного напряжения в N-ступенчатое переменное -с.промежуточным звеном высокой частоты, содержащий однофазный инвертор с вы3 9 ходным трансформатором, имеющим вто ричную обмотку с отпайками. Выходные выводы преобразователя образованы одним из промежуточных выводов вторичной обмотки трансформатора и точкой объединения -одних силовых кон цоё ключей переменного тока, 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 вторич ной обмотки трансформатора относительно выходного вывода равны амплитудам ступеней формируемого напряжения. Подключая поочередно с помощью ключей переменного тока эти секции к вь|ходнь)м выводам преобразователя, формируют на нагрузке однофазное N-ступенчатое напряжениеС21 Недостатки такого устройства в случае формирования трехфазного напряжения - сложность схемы, громоздкость, обусловленные большим числом ключей переменного тока и отпаек вто ричной обмотки трансформатора, повышенные напряжения на ключах, что при водит к увеличению их установленной мощности и снижает надежность преобразователя. Известен трехфазный преобразователь с промежуточным звеном повышенной частоты и со ступенчатой формой кривой выходного напряжения, который содержит однофазный инвертор с выходным трансформатором, вторичная обмотка которого имеет вывод от сред ней точки, а также по два промежуточ ных вывода в каждой полуобмотке, сим метричные относительно среднего. К среднему выводу этой обмотки подключена одна клемма трехфазной нагрузки , а две другие ее клеммы через ключи переменного тока соединены со всеми другими, выводами вторичной обмотки. Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора относи- тельно среднего вывода равны соответственно амплитудам первой, второй и третьей ступеней линейного напря- . жения. Подключая в определенной последовательности промежуточные выводы трансформатора к выходным выводам преобразователя, формируют два линейных напряжения, что достаточно для получения трехфазной системы напряжений выходном напряжении преобразователя содержится значительный процент высших гармоник с порядковыми номерами п 11, 13, 23, 25,..., а коэффициент гармоник напряжения равен Кр 15,2%, Это приводит к увеличению потерь мощности в потребителе и к необходимости установки выходных фильтров. Последние увеличивают массу и габариты преобразователя, ухудшают его динамические показатели, симметрию фазных напряжений и могут привести к нежелательным автоколебаниям в системе преобразователь-нагрузка. Кроме того, повышенные величины напряжений (до 2 U) где УЗ амплитуда третьей ступени линейного напряжения, прикладываемых к ключам, увеличивают их установленную мощность и снижают надежность преобразователя. Несимметричное построение по фазам схемы преобразователя неблагоприятно складывается на токовую загрузку ключей переменного тока. . Недостатки такого устройства - несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, сложность схемы преобразователя. Известен также преобразователь, содержащий однофазный инвертор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, концы трех последовательно соединенных вторичных обмоток которого подключены к каждому из трех выходных выводов преобразователя через управляемые ключи переменного тока. Напряжения на крайних обмотках равны амплитуде первой, а на средней обмотке-амплитуде второй ступени выходного линейного напряжения преобразователя. В зависимости от полярности напряжений на обмотках выходные выводы преобразователя подключаются к средней и одной из крайних обмоток. В результате на выходе формируется трехфазное трехступенчатое напряжение С. I Недостатками этого устройства являются несинусоидальная форма кривой выходного напряжения и относительно большое число ключей переменного тока. Наиболее близким к предлагаемому по технической с щности является преобразователь ,.содержащий однофазный инвертор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, концы вторичной обмотки и, по крайней мере. ОДИН из отводов через ключи переменного тока подключены к каждому из трех выходных выводов преобразователя, причем указанный отвод выполнен от средины витков вторичной обмотки трансформатора. В зависимости от по лярности напряжений на секциях вторичной обмотки меняется очередность их подключения к выходным выводам преобразователя. При этом на нагрузке формируется трехфазное трехступенчатое напряжение, существенно отличающееся от синусоидального, коэффициент гармочик которого Кр 16%. Трансформатор работает на частоте, в три раза превышающей выходную, поэтому имеет значительную массу и габариты, особенно при низкой выходной частоте преобразователя L51. Недостатками такого устройства являются несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, значитель ная масса и габариты преобразователя. Цель изобретения - улучшение формы кривой выходного напряжения, уменьшение массы и габаритов преобразователя. Поставленная цель достигается тем что преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, со держащий однофазный инвертор, выходо подключенный к первичной обмотке трансформатора с одной вторичной обмоткой с промежуточным отводом и три группы ключей., которые одними своими концами подключены к каждому из выходных выводов преобразователя, а другими по три в группе объединены в три общие точки, причем общая точка ключей первой группы подсоединена к упомянутому промежуточному отводу, а общие точки двух других групп ключей связаны с концами вторичной обмотки, трансформатор снабжен другой вторичной обмоткой с промежуточным отводом, который подключен к общей точке соединения ключей второй группы, а концы обеих вто- ричных обмоток через введенные допол нительные ключи соединены с общей точкой соединения ключей третьей группы. На фиг. 1 представлена схема пред лагаемого преобразователя постоянного напряжения в трехфазное перемен-. мое; на фиг. 2 - временные диаграммы импульсов управления ключами, формы напряжений на обмотках трансформатора и на нагрузке. Преобразователь (фиг. 1) содержит однофазный инвертор 1, выход ко торого соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, секции 3-6 обмоток которого через ключи 7-39 переменного тока соединены с выходными выводами А, В, С преобразователя. В качестве ключей переменного тока могут быть использованы симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с диодами,транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов и т.д. Устройство работает следующим образом. Управление ключами осуществляется импульсами напряжения Da, диаграмма которых представлена на фиг. 2а. Причем импульсы, соответствующие графику 7,Подаются на ключ 7, графику 8 - на ключ 8 и т.д. Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбираются из условия исключения гармоник, близких к основной. При этом величины напряжений на секциях 3-6, равные амплитудам первой U, второй Uj., третьей Ug и четвертой 1Ц ступеней выходных линейных напряжений, соответственно равны U4 , Urn sin 7,5°; (i Urn sin 22,5; U Uo sin .37,5° и UH sin 52,5, где U амплитуда аппроксимирующей синусоиды, проходящей через середины горизонтальных участков ступеней (фиг. 26 ). Пятые и шестые ступени линейных напряжений формируются путем суммирования напряжений секций 3-6, т.е. Ua и t- и, Uz-b из. Рассмотрим работу преобразователя (фиг. 1) на активно-индуктивную нагрузку. В результате работы однофазного инвертора 1 на обмотках трансформатора создается переменное напряжение, форма которого представлена на фиг. 26. Полупериод выходного напряжения можно разбить на 12 равных интервалов. На первом интервале замыкаются ключи 7, 10, 12, 14 и 19 (фиг. 2 ). При этом с помощью ключей 7 и 10 секция 3 с напряжением U. и секция 6 с напряжением соединяются согласно-7 . 91728 последовательно и к их общей точке через замкнутый ключ 14 подключается зажим фазы А. Замкнутые ключи 12 и 19 соединяют выводы (4lf) и (+0) этих секций с зажимами фаз В и С соответ-5 ственно. В результате формируются первая положительная, пятая отрицательная и четвертая положительная ступени линейных напряжений , UOA .10 На втором интервале изменяется полярность напряжений на обмотках трансформатора, а вместо ключей 7 и 10 замыкаются ключи 8 и 9 которые соединяют согласно-последовательноis секцию с напряжением секцией 5 с напряжением U, и к их общей точке через замкнутый ключ 1 подключается зажим фазы. Ключи 12 и 19 соединяют выводы (. и (+11) с ,го зажимами фаз В и С соответственно. При этом формируются вторая положительная, шестая отрицательная и третья положительная ступени линейных напряжений Щь, Ubc UC.A 25 На третьем интервале вновь изменяется полярность на обмотке Трансформатора и замыкаются ключи 8, 9°, ,13, 14 и ,15. С помощью кпючей 8 и 9 секции и 5 остаются соединеннымизо согласно-последовательно и к их общей точке через ключ 1 также подключен зажим фазы А. Замкнутые клюми 15 и 13 соединяют выводы (-Ua) и (+U) этих секций с зажимами фаз В, и С соответственно. На выходе преобразователя формируются третья положительная, шестая отрицательная и вторая положительная ступени линейных напряжений UAE, , , UCA .40 На следующих интервалах работа -прёобразователя происходит.аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами и формой напряжения на обмотках транс-45 форматора.. В результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное шестиступенчатое напряжение, форма которого представлена на фиг. 26) . Такую же форму имеют50 фазные напряжения. Подключение любой ветви схемы с помощькх ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство55 разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя 38 при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения, Предлагаемый преобразователь обеспечивает лучшую форму кривой выходного напряжения, в которой содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами п 23, 25, , а коэффициент гармоник этого напряже-ния равен К 7,57%. Это позволяет исключить выходные фильтры, т.е. уменьшить массу и габариты, повысить его КПД и быстродействие. В напряжении известного устройства содержится большее число высших гармоник, а Kj.16, а также меньшую массу и габариты, так как частота работы трансформатора в два раза выше, чем в известном устройстве. . Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий однофазный инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора с одной вторичной обмоткой с промежуточным отводом и три группы ключей, которые одними своими концами подключены к Каждому из выходных выводов преобразователя, а другими по три в группе объединены в три общие точки, причем общая точка ключей первой группы подсоединена ,к упомянутому промежуточному отводу, а общие точки двух других групп ключей связаны с концами вторичной обмотки, отличающийся тем, что, Целью улучшения формы выходного напряжения, трансформатор снабжен другой вторичной обмоткой с промежуточ ым отводом, который подключен к об«Ч й тоуке соединения ключей второй . группы, а концы обеих вторичных обмоток через введенные дополнительные ключи соединены с общей точкой соединения ключей третьей группы, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Лекоргийе. - Управляемые электрические вентили и их применение, М., Энергия, 1977 с, . . Авторское свидетельство СССР W 688970, кл. Н 02 М 7АЗ, 1976. 3. Труды МЭИ, М., МЭИ, 1978, вып. Зб7, с. 58-65.
9i 91728310
k. Авторское свидетельство СССР 5- Авторское свидетельство СССР по заявке № 2720705, кл.Н 02 М по заявке № 2815957, «л.Н 02 М 7Л8 1979. .1979.
+
-
7 S 9
Ш
11
а 12 13
/4 fS 0 П 18 19
