(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЙЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ
1
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и электропри вода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное пе|эеменное напряжение ступенчатой квазисинусоидальной формы.
По основному авт. св. № 868953 известен 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, в каждой фазе включены две встречнопараллельно связанные между собой вторичные обмотки, причем одна из этих обмоток выполнена с промежуточным отводом, одни конць пары обмоток каждой фазы вместе с промежуточным отводом одной из ее обмоток подключены к соответствующему выходному фазнОму выводу преобразователя через клю-
чи переменного тока, а другие концы пар обмоток каждой из фаз подключены к соответстЁующему соседнему вы- . ходному фазному выводу преобразова- теля непосредственно. Выходное линейное напряжение имеет пятиступенчатую форму. Первые три ступени формируют путем подключения к выходным выводам преобразователя секций вторичных об-, моток, напряжения ,на которых равны
10 соответственно амплитудам этих ступеней, а четвертые и пятые ступени формируют путем суммирования напряже.НИИ секций двух фаз ГО ; Недостатком данного преобразова15теля является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, в кото:рой содержатся высшие гармоники с по рядковыми номерами п 17,19,35,37.« а коэффициент гармоник этого напря20жения 10,1%. Это приводит -к увели;чению потерь мощности в потребителе и необходимости установки выходных .фильтров, которые увеличивают массу 396 и габариты преобразователя, ухудшают КПД, быстродействие системы преобразователь-нагрузка, симметрию выходных напряжений,-жесткость внешней характеристики. Цель изобретения - улучшение cneKt рального состава N-ступенчатой формы кривой выходного напряжения, где N число ступеней в полупериоде выходного напряжения, причем все дополнительные отводы че{)ез кш)чи переменного тока соединены выходным выводом данной фазы преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в трехфазное переменное одна из вторичных.обмоток каждой-фазы содержит дополнительно N/6-2, а другая N/6-1 отводов при четном N и по М-9 отводов при нечетном N, где N - число ступеней в полупериоде выходного напряжения, причем все дополнительные отводы через ключи переменного тока соединены с выходным выводом данной фазы преобразователя. На фиг. 1 представлена схема преобразователя; на фиг. 2 - формы напряжений на обмотках трансформатора, j временная диаграмма импульсов управле ния ключами и форма напряжения на нагрузке для N 15. Трехфазный преобразователь содержит однофазный инвертор 1, выход ко.торого соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, секции 3-7 вторичных обмоток которого через ключи 8-22 переменного тока соединены с выходными выводами преобразователя А, В, С. В качестве ключей переменного тока Могут быть использованы симисторы, астречно-параллельно включенные тирис торы или транзисторы с диодами, транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов. Рассматривается работа преобразователя на активно-индуктивную наг(эузку при формировании выходного линейного напряжения с числом ступеней в полупериоде N 15 (фиг.2). Устройство работает следующим образом. Однофазный инвертор 1 работает на частоте, в 15 раз превышающей выходную ча.сто.ту преобразователя, и создает на обмотках трансформатора переменное напряжение,форма которого представлена на фиг. 2(о). Управление ключами осуществляется импульсами напряжения, диаграмма которых пред7 ,4 ставлена на фиг. 2((Г). Причем, импульсы, соответствующие графику 8, подаются на ключ 8, графику 9 на ключ 9 и т.д. Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из условия исключения гармоник, близких к основной. При этом одна из. вторичных обмоток трансформатора каждой фазы, например, содержащая секции 3 5 7, участвует в формировании нечетных ступеней линейного напря}хени я на интервалах О - 7Г/3, - каждого полупериода, а другие обмотки фаз, содержащие секции и 6 - в формировании нечетных ступеней линейного напряжения на этих же интервалах. Для N 15 - фиг. 2(5). Напряжения секциях 3- (Ucj,Uc7) связаны с амплитудами ступеней выходного линейного напряжения (U -U..) следующим образом (Щго) (11; )0, C5 QcB--U r,SiH(S:/)Uj с исб-и впистп/зо}-, . C9Tr/30)--U5 где Цу, - амплитуда аппроксимирующей синусоиды, проходящей через середины горизонтальных участков ступеней (фиг. 2). в общемслучае при любом нечетном для получения синусоидального закона изменения амплитуд .ступеней числа витков секций первой и второй обмоток каждой фазы (W- , ), отсчитанные относительно одного из их , крайних выводов, должны быть связаны соответственно с общими числами витков каждой из обмоток (W, W/j) соотношениями :,., .,Mf± ..-) -ErifiiS, SiMf Jgj.) где 1 1,2,3...для первой обмотки ; ,2,3...-: - для второй обмотки, ja при четном N эти соотношения име |вид ,. .Mflil 41 -) sXf-isMf-) N 1 194 I i,t.,j...-. л- 2. На интервалах у каждого по лупериода линейные напряжения формируют путем суммирования напряжени секций 3-7 двух фаз, например для N 15 - шестые, седьмые и восьмые ступени напряжения 0 формируют ел дующим образом (МГ спв)).стсв)сгСс) ), , 7(Ав) сл (Ь) c6tв) сДСО . ) -UcbC6 Jc5e8; cb(.c) 4u5 -: .Деи(дв).и-,(дЗ,,и амплитуды шес седьмой и вос мой ступеней л нейного напряж ния; напряжения на С31в) С7(В) секциях с трет ей по седьмую фазы В; cгtc)c5(c1 напряжения на секциях 3 , фазы С. Полупериод выходного напряжения преобразователя можно разбить на 15 равных интервалов. На первом интервале замыкают клю чи 8 и 22 (фиг. 2,6). Секция 3 фазы с напряжением U через ключ 8 и сек ции 3. J.S фазы С с юбщим напряжением Ug- через ключ 22 подключается к выходным выводам преобразователя А и.В, С и А соответственно. В результате формируются первая положительная, шестая отрицательная и пят положительная ступени линейных напр жений иду,, Ugt, UCA. 7 , 6 На вторбм интервале изменяется полярность напряжений на обмотках т трансформатора 2, замыкают ключи 9 и 21, и к тем же выходным выводам преобразователя подключаются соответственно секция 4 фазы А с напряжением и через ключ 9 и секции 2 и фазы С с общим напряжением Ujj. через ключ 21. При этом формируются вторая положительная, седьмая отрицательная и четвертая положительная ступени напряжений Од, ( СА На третьем интервале вновь меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора, замыкают ключи 10 и 20. Секции 3 и 5 фазы А с общим , напряжением 1)3 через ключ 10 подключаются к выходным выводам А и В, а секции 3 и -5 фазы С через ключ 20 также с общим напряжением U - к выводам С и А. В результате формируются третья положительная, восьмая отрицательная и третья положительная ил., ц,, и. ступени напряжений U. , Ц, , гд« На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами. 8 результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное восьмиступенчатое напряжение (фиг. 2,-и). При соединении нагрузки звездой, фазные напряжения имеют семиступенчатую форму с нулевой паузой и двойной длительностью средней ступени. Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность его прохождения в двух направлениях и постоянство разности 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 прототипом имеет лучший спектральный состав формы кривой выходного напряжения. В рассмотренном случае при N 15 в выходном напряжении присутствуют высшие гармоники с порядковыми номерами п 29, 31, 59,61..., а коэффициент гармоник этого напряжения равен К 6,05% Достоинством предлагаемой схемы преоб-4 раз.ователя является также то, что она позволяет значительно улучшить форму кривой выходного напряжения без существенного усложнения схемы. . .
При добавлении в каждой фазе преобразователя одного отвода от одной из вторичных обмоток трансформатора и одного ключа переменного тока число ступеней в полупериоде увеличивается на три, а номера каждой пары высших гармоник, присутствующих в этом напряжении увеличиваются ца 6i, где 1 1,2,3... номер пары гармоник. Увеличивая число выводов обмоток,, можно сформировать трехфазное напряжение с большим числом ступеней и получить без выходных фильтров практически синусоидальную форму.
При этом уменьшается масса и габариты за счет повышения рабочей частоты трансформатора и исключения выходных фильтров, .повышается КПД и быстродействие, улучшается симметрия выходных напряжений и независимостью их от величины и характера нагрузки за счет исключения выходных фильтров. Отсутствие последних ;исключает также возможные автоколебания в системе преобразователь-нагрузка. Кроме этого, более полно компенсируется реактивная мощность нагрузки. Критический коэффициент мощности нагрузки; до которого происходит полная компенсация реактивной
мощности, минуя источник постоянного входного напряжения, снижается до созЧц ри 0,105 при N 15 вместо
COS if.
0,175 в прототипе. При
дальнейшем увеличении N коэффициент собЧнкр стремится к нулю.
Формула изобретения
Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное ло авт. св. № 868953, отличаю щи и ся тем, ч-fb, с целью улучшения спектрального состава N-ступенчатой формы кривой выходногонапряжения, одна из вторичных обмоток каждой фазы содержит дополнительно N/6 - 2, а другая
N/6 - 1 отводов при четном N и по
М / fi Л ГЧГЧ1.Л t i 1.Л.Л t. Л
€
отводов при нечетном N, где N - число ступеней в«полупериоде выходного напряжения, причем все дополнительные отводы через ключи переменного тока соединены с выходным выводом данной фазы преобразователя.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
