Изобретение относится к преобразовательной технике, может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное..
По основному авт.св. № 917283 1 описан 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 другим - по три в группе объединены в три общие точки, причем общая точка ключей первой группы подсоединена к упомянутому промежуточ)ному-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 вторичных обмоток через введенные дополнительные ключи соединены с об
щей точкой соединения ключей третьей группы.
Выходное трехфазное напряжение преобразователя имеет шестиступенчатую форму. Первые четыре ступени формируют путем подключения к выходным выводам секций вторичных обмоток, напряжения на которых равны соответственно амплитудам ступеней, а пятые и шестые ступени формируют путем суммирования напряжений двух секций 1.
Недостатком известного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, в которой содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами п 23,25, 47,49,..., а коэффициент гармоник этого напряжения равен 7,57%. Это приводит к увеличению потерь в потребителе и необходимости установки выходных фильтров,которые увеличивают массу и габариты преобразователя, ухудшают КПД, быстродействие системы преобразователь - нагрузка, симметрию выходных напряхсений, жесткость внешней характеристики. Цель изобретения - дальнейшее улучшение качества выходного напря ееия путем получения N-ступенчатой/
близкой к синусоидальной, формы кривой выходного напряжения.
Указанная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в трехфазное переменное одна из вторичных обмоток трансформатора содержит дополнительно -т- -2,
другая -т- 3 выводов при нечетном
м ,N и по-J- -2 дополнительных выводов
О
при четном N, которые через ключи переменного тока соединены с общей точкой ключей, .подключенных к крайним выводам указанных обмоток, где N - число элементарных ступеней в полупериоде выходного напряжения.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 форма напряжений на обмотках трансформатора, временная диаграмма импульсов управления ключами и форма нй тряжения на нагрузке для N 15, на фиг.З - аналогичные диаграммы для N 18.
Преобразователь содержит однофазный инвертор 1, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, секции 3-8 вторичных обмоток которого через ключи 9-23 переменного тока соединены с выходными выводами преобразователя А,В,С 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,
Рассмотрим работу преобразовател при формировании выходного напряжения с ЧИСЛОМ ступеней в полупериоде N 15 (фиг.2). в этом случае секция 8 и ключ 14 в схеме преобразователя (фиг.1) отсутствуют.
Устройство работает следующим образом.
Однофазный инвертор 1 работает на частоте в 15 раз превышающей выходную частоту преобразователя и создает на обмотках трансформатора переменное напряжение, форма которого представлена на фиг, 2о. Управление ключами осуществляется импульсами напряжения, диаграмма которых представлена на фиг.25. Причем импульсы, соответствующие графи1ку ич,д подаются на ключ Э, графику на ключ 10 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 величины напряжений на секциях 3-7 (Uc3 ,U(;4fUoSfUc6 ,UCT) , связаны с амплитудами первой U, второй и, третьей Оз, четвертой 04, пятой Uj
ступеней выходных линейных напряжений следующим образом:
4 . V
Sin 12°; U20c u -s1n24 ;
, ,,.u
°; .
где UfTi - амплитуда аппроксимирующей синусоиды, проходящей через середины горизонтальных участков ступеней,.
0 Шестые, седьмые ступени линейных напряжений формируют путем суммирования напряжений секций 3 - б, т.е. Ufc Ui+ U4 Uc3+ U2+U3 Uc4+ . Полупериод выходного
5 напряжения можно разбить на 15 равных Интервалов.
На первом интервале замыкают ключи 11, 12, 17, 18, 22 (фиг.26). При этом с помощью ключей 11 и 12 секция
Q 3 с напряжением U и секция 6 с напряжением и соединяются согласнопоследовательно и к их общей точке через замкнутый ключ 18 подключается выходной вывод фазы А. Замкнутые
ключи 22 и 17 соединяют выводы (-и) и (+1)4) этих секций с выходными выводами БИС соответственно. В результате формируются первая положительная, шестая отрицательная и четвертая положительная ступени ли нейных напряжений.
На втором интервале изменяется полярность напряжений на обмотках трансформатора и вместо ключей 11 и 12 замыкают ключи 9 и 10, которые
5 соединяют согласно-последовательно секцию 4 с напряжением Ut с секцией 5 с напряжением Оз и к их общей точке через замкнутый ключ 18 подключается вывод фазы А.. Ключи 22 и
0 17 соединяютвыводы (-U) и ( с . выводами фаз В и С соответственно. При этом формируются вторая положительная, седьмая отрицательная и третья положительная ступени линейных напряжений Одц, Ugp, .
На третьем интервале вновь изменяется полярность на обмотках трансформатора и замыкают ключи 9, 10, 16, 18 и 2 3. С помощью ключей 9 и
.10 Секции 4 и 5 остаются соединенными согласно-последовательно -и к их общей точке через ключ 18 также остается подключен вывод фазы А. Замкнутые ключи 16 и 23 соединяют выводы (-Uj) и (-Юз) с выходными вы водами фаз В и С соответственно. На выходе преобразователя формируются третья положительная, седьмая отрицательная и вторая положительная ступени напряжений , Ugc/ сл0 На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами и формой напряжения на обмотках
5 трансформатора. В результате работы
преобразователя на его выходе формируется трехфазное семиступенчатое с рулевой паузой напряжение, форма которого представлена на фиг. 2В. При соединении нагрузки звездой фазные напряжения имеют восьмиступенчатую форму без нулевой паузы с равными длительностями всех ступеней.
На фиг.З представлены диаграммы, аналогичные фиг.2 для N 18. В этом случае преобразователь дополнительно содержит секцию 8 и ключ 14, а напряжения на секциях 3-8 связаны с напряжением ступеней выходного линейного напряжения следуюиим образом:
Ц,.-п55;
,
в этом случае работа преобразователя происходит в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами (фиг.36). Форма выходного линейного напряжения N 1б представлена на фиг.Зв. Такую же форму имеют фазные напряжения.
Подключение любой ветви схемы с помощбю ключей переменнбго тока -, обеспечивает возможность прохождения тока 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 имеет лучшую форму кривой выходного напряжения, в рассмотренных случаях 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%. При N 18 в напряжении имеются высшие гармоники п 35, 37, 71, 73,..,, а Кг 5,04%. Такое качество напряжения практически удовлетворяет требованиям ГОСТа без установки выходных фильтров.
Достоинством предлагаемой схемы преобразователя является также то, что она позволяет значителкно улучшить форму кривой выходного напряжения без существенного усложнения схемы. Это обусловлено тем, что базовая часть схемы (прототип) остается неизменной при любом числе ступеней напряжения. При добавлении одного вывода от вторичных обмоток трансформатора и одного ключа переменного тока число ступеней в полупериоде напряжения увеличивается на три, а номера каждой пары высших гармоник в этом напряжении увеличиваются на 61, где i 1,2,3,... .
Увеличивая число выводов обмоток и ; ключей переменного тока, можно сформировать трехфазное напряжение с любым числом ступеней и получить без выходных фильтров практически синусоидальную форму. При этом одна из вторичных обмоток трансформатора
должна содержать дополнительно - -2.
N ,
а другая-г-3 выводов при нечетном
0
-IN
N И ПО -г- -2 дополнительных вывода
при четном Ы,где N - число ступеней в полупериоде выходного напряжения.
Кроме того, предлагаемый преобразователь имеет меньшую массу и
5 габариты за счет повышения рабочей частоты трансформатора и исключенип выходных фильтров. Из фиг,2а и За следует, что для повышения рабочей частоты трансформатора, т.е, умень0шения его массы и-габаритов, целесообразно формировать напряжение с нечетным N. Также обладает более высоким КПД и быстродействием-, жесткой внешней характеристикой, лучшей
5 симметрией выходных напряжений н независимостью их от величины и характера нагрузки за счет исключения выходных фильтров.Отсутствие пос- « ледних исключает возможные автоколеба0ния в. системе преобразователь-нагрузка.
Предлагаемый преобразователь i позволяет более полно компенсиро™ :Вать реактивную мощность нагрузки. Критический коэффициент мощности
5 нагрузки, до которого происходит полная компенсация реактивной мощности, минуя иоточник постоянного входного напряжения, снижается до cos Ч„.хр 0,105 и или 0,087 при N 18 вместо cos 0,131 вПрототипе.
Формула изобретения
Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное по авт.ев, 917283, о т л и ч а ю5щ и и с я тем, что, с целью дальнейшего улучшения качества выходного напряжения путем получения N-ступенчатой, близкой к синусоидальной, формы кривой выходного напряжения,
0 одна из вторичных обмоток трансформатора содержит дополнительно ,-- -2,
а другая -3 выводов при нечетном
. N Ь N и no-g--2 дополнительных вывода
при четном N, которые через ключи переменного тока соединены с общей точкой ключейц подключенных к крайним выводам указанных обмоток, где N - число элементарных ступеней в полупериоде выходного напряжения,
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.
1. Авторское свидетельство СССР по заявке 2932848/24-07,
5 кл, Н 02 М 7/48, 1980.
%
ишшиииишилшии,
«9
I п гг а
П П Г-1 1-1
,
I го
f, гг
ГТПП
и,
гр
П П П ПП ПППП nn
П n П П П П П П П П П
rn ri
i-{
