(5) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное. Известен трехфаз ный инвертор, содержащий трехфазный мост управляемых ключей, подключенный к входным выводам, дополнительную двухтактную ячейку, выход которой подключен между выводом для подключения средней точки источника питания и выводом для подключения нулевой точки трехфазной нагрузки, причем двухтактная ячейка имеет дополнительный выход, который подключен через.дополнительные управляемые ключи переменного то ка к выходу трехфазного моста и к вы воду для подключения нулевой точки трехфазной нагрузки. На выходе-трехфазного моста формируется двухступен чатое напряжение, коэффициент гармоник которого равен К 31,08%. Это напряжение суммируется с напрях(ением двухтактной ячейки, работающей на частоте, превышающей выходную в три раза и на нагрузке формируется трехфазное трехступенчатое напряжение с К 15,2%. Для согласования уровней постоянного входного и переменного выходного напряжений требуется включение выходного трансформатора, работающего на выходной частоте инвертора. Это увеличивает массу и габариты, ухудшает энергетические и динамические показатели инвертора. Кроме того, инвертор имеет ограниченные функциональные возможности, так как требуются выводы от средней точки источника питания и нулевой точки трехфазной нагрузки, что не всегда возможно выполнить Cl 3. Недостатком данного инвертора является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, больиая масса и габариты, ограниченные функциональные возможности. Известен также преобразователь по стоянного напряжения в трехфазное пе ременное, содержащий основной однофа ный генератор с основным выходным трансформатором, три вторичные обмотки которого содержат отводы от средних точек и соединены через три первых ключа переменного тока в замк нутый треугольник, вершины которого соединены непосредственно с выходными выводами преобразователя, и вспомогательный, инвертор с вспомогательным выходным трансформатором, содержащим три вторичные обмотки, каждая из которых включена через второй ключ переменного тока между указанны отводом и противоположной вершиной треугольника. Основной и вспомогательный инверторы работают на частотах, превышающих выходную частоту преобразователя в три и шесть раз соответственно. При этом фаза выходного напряжения вспомогательного инвертора меняется на 180 эл.град. через каждый полупериод выходного напряжения преобразователя. Суммируя выходные напряжения основного и вспо могательного инверторов на отдельных интервалах, формируют трехфазное тре ступенчатое напряжение, коэффициент гармоник которого равен 2. Недостатком указанного преобразов теля являются несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, относи™ тельно большое число ключей переменного тока, включенных на вторичной стороне трансформатора. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусЬидальное содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, нагруженные, соответственно, на первичные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены в две фазы и включены по схеме открытого треугольника, вершины которого непосредствен но связаны с выходными выводами преобразователя, а каждая из указанных фаз содержит две параллельные ветви, в одну из которых включены последова тельно обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, а в другую обмотка основного трансформатора, причем одни концы ветвей соединены между собой непосредственно, а другие - через ключи переменного тока. 14 Выходное трехфазное напряжение преобразователя имеет трехступенчатую форму и создается путем суммирования или вычитания напряжений вторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов СЗ Недостатком известного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, в которой содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами rt 11,13,23, 25 ...., а коэффициент гармоник этого напряжения равен 15,2. Это приводит к увеличению потерь в потребителе или необходимости установки выходных фильтров. Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения путем формирования N ступенчатой, близкой к синусоидальной, формы кривой выходного напряжения. Указанная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, содержащем основной и вспомогательный однофазные инверторы, нагруженные, соответственно, на первичные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены в две фазы, включенные по схеме открытого треугольника, вершины которого непосредственно связаны с выходными выводами преобразователя, причем каждая из указанных фаз содержит две параллельные ветви, в первую из которых включена вторичная обмотка основного трансформатора, а во вторую - последовательно включены вторичные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, причем одни концы этих ветвей соединены между собой непосредственно, а другие - через ключи переменного тока, он снабжен т-1 вспомогательными однофазными инверторами, выходы которых соединены с первичными обмотками т-1 вспомогательных трансформаторов, содержащих по две вторичных обмотки, каждая из которых включена последовательно в упомянутую вторую ветвь каждой из двух фаз, причем коэффициенты трансформации основного трансформатора по вторичным обмоткам HQ., KQ включенным в первую и вторую ветви каждой фазы, а также коэффициент трансформации i-ro вспоК выбимогательного трансформатора реют из соотношения .(N+1). где N 3 число ступеней на шестой части периода выходного напряжения; m - общее число вспомогательных транс форматоров; i 1,2,3,..., rn - nopmковый номер вспомогательного трансфер матора. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразовглеля; на фиг. 2 формы напряжений на рбмотках трансфор матора, временная диаграмма импульсов управления ключами и форма выходного линейного напряжения для случая m 2, N 9. Преобразователь содержит основной и вспомогательный инверторы 1 и 2, выходы которых соединены соответственно с первичными обмотками трансфор маторов 3 и 4, вторичные обмотки которых соединены через ключи перемен ного тока 11-14 с выходными выводами преобразователя. Кроме того, преобразователь содержит однофазный вспомога тельный инвертор 15 и трансформатор 16, подключенный к его выходу, вторичные обмотки 17 и 18 которого включены последовательно с вторичными обмотками основного и вспомогательного трансформаторов. Устройство работает следующим образом. Однофазные инверторы 1, 2 и 15 синхронизированы и управляются таким образом, что на их выходах создаются переменные напряжения , 11р4 fyfy формы которых представлены на йиг.2а, Управление ключами осуществляется импульсами напряжения, диаграмма кото рых представлена на фиг. 26. Причем импульсы, соответствующие графику Ц, подаются на ключ 11, графику на ключ 12 и т.д. Для получения выходного напряжения, близкого по форме к синусоидальноку, амплитуды его ступеней выбирают из условия постоянства разности амплитуд двух любых смежных ступеней, При этом амплитуды ступеней отсчитываются от оси абсцисс (фиг. 2в). Длительность каадой ступени с первой по девятую включительно равна Л/27, а длительность десятой ступени равна J/3 эл.град. Кривая с такими параметрами ступеней имеет коэффициент гармоник 5,2. Для 9 116 получения напряжения с указанными амплитудами ступеней величины напряжений на вторичных обмотках 5-10 (%-4)-(о) и 7,18 (Ц„-т-Ц,|в) трансформаторов 3, J и 16 должны быть связаны с амплитудами первой U,j, третьей Uj, пятой Uj и десятой ступеней выходного линейного напряжения следующим образом: ОП . Un/r и„-, и, 05- 08 10 т„е. отношение коэффициентов трансформации основного трансформатора по обмоткам 6 и В, включенным в первые ветви, и по обмоткам 5 и 7, включенным во вторые ветви фаз, а таюхе вспомогательных трансформаторов k и 16 следует выбирать из. соотношения: К02 4- 10:5:3:1. случая m вспомогательных трансформаторов коэффициенты трансформации основного трансформатора по вторичным обмоткам, включенным в первую и вторую ветви фаз преобразователя, а также Коэффициент трансформации 1-го вспомогательного трансформатора выбирают из соотношения: % вГ- - Т где N 3 - число ступеней на шестой части периода выходного напряжения; т- общее число вспомогательных трансформаторов; i 1,2,...,m - порядковвый номер вспомогательного трансформатора. При m 1,2,3,,..., соответствуюее число ступеней на шестой части периода выходного напряжения будет 3,9i17,8l,... Задавая неравно N бходимое число ступеней из этого яда, можно определить необходимое исло вспомогательных трансформатоов (П . Формирование пятой десятой ступеней выходного напряения осуществляют путем подключения бмоток 5, 7 или 6, 8 к соответствуюим выходным выводам преобразоватея. Остальные ступениформируют пуем суммирования или вычитания наряжений обмоток 5,9, 17 или 7, 10, 18. Например, ампгмтуды ступеей с первой по девятую определяютя следующим образом: Полупериод выходного напряжения можно разбить на 27 равных интервалов (элементарных ступеней). На первом интервале замыкают клю чи 11 и 1. При этом к выводам А и В прикладывается алгебраическая сум ма напряжений обмоток 5, 9-и 17, равная Uc- Ua- U-, UABI 05 Uo9 u К выводам В и С - напряжение обИотки 8 iO к выводам С и А -(UftBl Ueci) -Ui + Uio э В результате формируются первая положительная, десятая отрицательна и девятая положительная ступени линейных напряжений идц, Ugj., . На втором интервале исчезает напряжение на обмотках трансформатора 16 (фиг. 2а), а замкнутыми остаю ся те же ключи, поэтому линейные на пряжения становятся равными: Uo5- Uo9 из UQ,, ZCl -Uo8 Цо. UCA2 -(UAB2 %2 Т.е. формируются вторая положительная, десятая отрицательная и восьма положительная ступени линейных наНряжений вс сАНа третьем интервале меняется по лярность напряжений на обмотках тра форматора 1б, а к выходным выводам преобразователя остаются подключенн те- же обмотки, поэтому 05- Ug - , tf об- 1о -() -из и о-и-Г При этом формируются третья положительная, десятая отрицательная и се мая положительная ступени линейных напряжений. На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогич но описанному в соответствии с форм ми напряжений на обмотках трансформаторов и диаграммой импульсов управления ключами. В результате рабо ты преобразователя на .его выходе со здается десятиступенчатое напряжени форма которого представлена на фиг. Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обе печивает возможность прохождения то в двух направлениях и постоянство р 1t ности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения. Предлагаемый преобразователь обладает теми преимуществами по сравнению с известным, что имеет лучшую форму кривой выходного напряжения (десятиступенчатую вместо трехступенчатой , коэффициент гармоник которой равен Кр 5,2% вместо Кр 15,2% в прототипе; обладает более высоким КПД и быстродействием, жесткой внешней характеристикой, лучшей симметрией выходных напряжений, независимостью их от величины и характера нагрузки, отсутствием возможных автоколебаний в системе преобразователь-нагрузка за счет исключения выходных фильтров. Кроме того, позволяет более полно компенсировать реактивную мощность нагрузки, передавая ее из фазы в фазу, а следовательно, уменьшить емкость конденсаторов, устанавливаемых на входе преобразователя. Важным достоинством предлагаемой схемы преобразователя является также то обстоятельство, что с увеличением количества ступеней выходного напряжения число ключей переменного тока в выходных цепях преобразователя остается равным k. Это благоприятно сказывается на надежность работы преобразователя, так как увеличение числа спючей на вторичных сторонах трансформаторов более нежелательно, чем на первичных из-за большей сложности Ю1ючей, меньшей надежности их коммутации, обусловленной большими величинами напряжений, прикладываемых к ключам и более сложными устройствами коммутации. При этом, использование указанных выше соотношений между коэффициентами трансформации основного и вспомогательного трансформаторов позволяет значительно улучшить форму кривой выходного напряжения без существенного усложнения схемы. При добавлении одного вспомогательного инвертора и трансформатора число ступеней на шестой части периода выходного напряжения увеличивается и три раза. Например, использование трех вспомогательных трансформаторов позволяет сформировать кривую с 27-ю ступенями на шестой части периода, т,е.
.получить практически синусоидальную форму. При этом амплитуды прямоугольных напряжений втор1«ных обмоток основного трансформатора, включенных в первую и вторую ветви фаз, а также трех вспомогательных трансформаторов должны относиться между собой как 28:1иЭ:3:1 и связаны с ампштудами ступеней формируемого напряжения следующим образом:
JrpOf 2б Цро2 J-M Р8-Г 9
Urpecf из игрез и. а ступени линейных напряжений формируют путем суммирования или ш читания этих напряжений:
и-,А- UQ - ич - и. и,
U14
1
и,4- U9 - из, из и .,4-и 9 Ui, U4 Ui4- Us - Ui, Us- U9, Ue Ui4-U9-+ Ur, UT Ug U3-U, Uft U-J4.- ид+из, Ug Ui4-U9+ , Uio Ui4- из- U-f, U-,., ( Uj, Ui2 Ui4- из 4 U-t, Ui3 U, Vo2 75 Ui , Ul6 Ui4+ Ui - U, Un U-,44U3, Ui8 -Ui4-«-U3 - Ui,-Ut9 Ui4 Ug-U3 - U, U2o U-,44U9 - Uj, (i Ui4-f-U9-U3 + Щ, U22 Ui4 Ug Ui, U23- , U24 Ui4-f U9 - U, U25 U-f44 Ug + Uj-Ui, U2b Ui4+U9- U3, . + U9 4 из 4 U.
Дальнейшее увеличение числа вспомогательных трансформаторов приводит к резкому возрастанию количества ступеней. Так, использование j-x вспомогательных трансформаторов позволяет сфоркмррвать кривую с 81-ой ступенью на шестой части периода выходного напряжения.
Формула изобретения
Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидаль--. мое, содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, нагруженные, соответственно, на первичные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, вторичное обмотки которых соединены -в две фазы, включенные по схеме открытого
треугольника, вершины которого связаны с выходными выводами преобразователя, причем каждая из указанных фаз содержит две параллельные ветви, в первую из которых включена вторичная обмотка основного трансформатора, а во вторую - последовательно включены вторичные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, одни концы этих ветвей соединены между собой непосредственно, а другие - через ключи переменного тока, отличающий ся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения путем формирования N-ступенчатой, близкой к синусоидальной, формы кривой выходного напряжения, он снабжен m-1-вспомогательными однофазными инверторами, выхо/ котсч)ых соеда нены с первичными обмотка rtt-l-вспомогательных трансформаторов, содержащих по две вторичных обмотки, ка)Цдая из которых включена последовательно в помянутую вторую аетвь канщой из двух фаз, причем коэффициенты трансформации ОСНОЮ10ГО трансформатора по вторичным обмоткам Кд, кяо ченным в первую и вторую ветви фаз, а также коэф4 циент трансформации i-ro вспомогательного трансформатора выбирают ve соотношения
где ь 3 число ступеней на шестой части периода, выходного напряжения; т- общее число вспомогательных трансформаторов; 1 1,2,...,т - порядковый номер вспомогательного трансформатора.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1 , Авторское свидетельство СССР № 652670, кл. И 02 М 7/515, 1978.
кл. Н 02 М 7/55, 1986.
кл. Н 02 М , 1980.
Л
Sir ir
jl IV
li
D
15
3 I. J
7 Y8
fO
J6
Й
/
в
A фиг. /
(JTp}6
