Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель - улучшение формы кривой выходного напряжения и уменьшение массы и габаритов. Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное содержит основной и вспомогательный однофазные инверторы на ключах 1-4 и 5-7, нагруженные соответственно на основной и вспомогательный трансформаторы 9 и 10, имеющие каждый по три вторичные обмотки 11-13 и 14-16. Эти /7 1C

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„, 14 2703 А1 (5ц 4 Н 02 М 7/5395

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. 13

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4254051/24-07 (22) 01.06.87 (46) 23.10.88. Бил. Р 39 (71) Красноярский сельскохозяйственный институт (72) А. М.Азаров (53) 621. 314. 58 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1032567, кл. Н 02 N 7/537, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 1275717, кл. Н 02 ?1 7/5395, 1986. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель — улучшение формы кривой выходного напряжения и уменьшение массы н габаритов. Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное содержит основной и вспомогательный однофазные инверторы на ключах 1-4 и

5-7, нагруженные соответственно на основной и вспомогательный трансформаторы 9 и 10, имеющие каждый по три вторичные обмотки 11-13 и 14-16. Эти

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1432 703

1 обмотки соединены последовательно так, что образуют три секции, каждая из которых содержит по одной обмотке основного и вспомогательного трансформаторов, причем в крайних секциях обмотки включены встречно, а в средней секции согласно. Выводы секций через ключи переменного тока 1728 подключены к выходным выводам

А, В, С преобразователя. Числа витков вторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов крайних секций относятся как 3:2, а средней секции как 4:2. Такое соотношение чисел витков позволяет значительно !

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода.

Цель изобретения — улучшение формы кривой выходного напряжения и уменьшение массы и габаритов.

На фиг.1 показана принципиальная схема силовой части преобразователя; на фиг.2 — принципиальная схема системы управления преобразователем; на фиг,З вЂ” диаграммы, поясняющие принцип формирования импульсов управления ключами преобразователя; на фиг.4таблица истинности программируемого постоянного запоминающего устройства.

Преобразователь (фиг.1) содержит основной и вспомогательный однофазные инверторы, выполненные соответст- 2 зенно на ключах 1-4 и 5-8. Выходы инверторов нагружены ца первичные обмотки основного 9 и вспомогательного

10 трансформаторов. Вторичные обмотки 11-13 основного трансформатора 9 25 и вторичные обмотки 14-16 вспомогательного трансформатора 10 соединены последовательно так, что образуют три секции, каждая из которых содержит одну вторичную обмотку основного и одну вторичную обмотку вспомогательного трансформатора. Выводы секций соединены через ключи 17-28 переменного тока с выходными выводами А, В и С преобразователя. В качестве ключей 1-8 инверторов могут быть исполь«35 улучшить форму кривой выходного напряжения преобразователя. Основной и вспомогательный трансформаторы работают на высоких частотах, поэтому имеют малые массу и габариты. Напряжение вторичных обмсток трансформа, торов алгебраически суммируются в различных сочетаниях. Через ключи переменного тока эти обмотки подключаются в определенной последовательности к выходным выводам преобразователя, где формируются трехфазное 11ступенчатое напряжение, близкое по форме к синусоидальному (с коэффициентом гармоник 6,67). 4 ил. зованы транзисторы или тиристоры с обратными диодами, а в качестве ключей .переменного тока 17-28 симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с последовательно включенными диодами, транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.

Блок управления преобразователя (фиг.2) содержит задающий генератор

29, прямой и инверсный выходы которого соединены через триггер 30 и блок

31 буферных усилителей с управляющими входами ключей 1-4 основного инвертора. Кроме того, выход задающего генератора 29 подключен через делитель 32 частоты с изменяемым коэффициентом деления к входу двоичного счетчика 33, выходы которого соединены с адресными входами программируемого постоянного запоминающего устройства 34. Выходы 35-58 последнего связаны через логические элементы HE 59-63, триггер 64, элементы

2И 65 и 66 и элементы 2-2И-2ИЛИ 6779, блок 31 с управляющими. входами силовых ключей преобразователя, причем номера выходов блока 31 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены.

На фиг.3 диаграммы 80-102 соответствуют форме импульсов на выходах следуюших элементов: 80 — задающего генератора 29; 81 и 82 — прямого и

1432703 инверсного выходов триггера 30 (им-, пульсы управления ключами 1, 4 и 2,3 инвертора); 83 — делителя 32 частоты;

84-87 — элементов 67, 61, 68 и 62 (импульсы управления ключами 5-8 соответственно); 88 и 89 — трансформаторов 9 и 10; 90-101 — элементов 65, 66 и 70-79 (импульсы управления ключами 17-28) 102 — преобразователя

t 10 (выходное фазное напряжение U ).

Преобразователь работает следующим образом. улучшение формы кривой выходного напряжения в преобразователе осуществляется за счет амплитудно-импульсной.модуляции, а уменьшение массы и габаритов трансформа оров — путем преобразования постоянного напряжения в переменное на высокой про- 20 межуточной частоте.

Задающий генератор 29 формирует последовательность импульсов 80, которая поступает на вход триггера 30.

Сигналы 81 и 82 его прямого и инверс-25 ного выходов усиливаются блоком 31 буферных усилителей и поступают на управляющие входы силовых ключей .

1,4 и 2,3 основного инвертора. Кроме того, частота задающего генеритора 29 делится делителем 32, например, на два, и поступает на вход двоичного счетчика 33 с коэффициентом пересчета, равным 21. С выходов счетчика 33 импульсы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 34, логические состояния выходов 35-58 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице (фиг. 4) . Выходные сигналы элемента 34 разрешают . или запрещают прохождение импульсов 81 и

82 с прямого и инверсного выходов триггера ..30 на входы блока 31. Причем уровень логического нуля на входе блока 31 обеспечивает закрытое состояние силового ключа преобразователя, а уровень логической единицы— открытое. Триггер 64 и логические элементы 69 и 63 обеспечивают инвер«50 тирование импульсов прямого и инверсl ного выходов триггера 30, поступающих на вход элементов 65, 66 и 70-79,через каждый полупериод выходного напряжения преобразователя. В первый полупериод сигналом логическои едини55 цы с выхода 37 элемента 34 триггер 64 устанавливается в логическое состояние "2" и»а выход элемента 69 проходят прямые импульсы с выхода триггера 30. Во второй полупериод триггер

64 переключается в состояние "0" и на выход элемента 69 проходят инверсные сигналы с выхода триггера 30. Такая смена последовательностей импульсов определяется алгоритмом работы ключей 1 7-2 8 (диагр аммы 90-101. фиг. 3) преобразователя. Полупериод выходного напряжения 102 преобразователя можно разделить на 21 равный интервал, что соответствует 21-му состоянию элемента 34.

При первом интервале, в соответствии с таблицей на фиг.4, сигналы логических единиц с выходов 35, 36, 44, 47, 48, 50, 52, 53 элемента 34 обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 30 через элементы 67, 68, 72, 74 и ?7 на управляющие входы ключей 5, 7, 21 23 и 26 и инверсной последовательности импульсов через элементы 73, 75 и 76 на управляющие, входы ключей 22, 24 и 25. Кроме того, выходные импульсы элементов 67 и 68 инвертируются элементами НЕ 61 и 62 и через блок 31 поступают на управляющие входы ключей 6 и 8 вспомогательного инвертора. Сигналы логических нулей с выходов 38-43 и 55-58 элемента 34 запирают элементы 65, 66, 70, 71, 78 и 79, а следовательно, и силовые ключи 17-20 и 27, 28. формирование импульсов управления всеми силовыми ключами преобразователя на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 80-101 (фиг.3) и таблицей истинности (фиг.4) элемента 34.

В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 9 и 10 формируется прямоугольное напряжение 88, 89, а на фазе нагрузки, при соединении ее звездой, — напряжение 102, близкое по форме к-синусоидальному.

Амплитуда ступеней с 1 по 11 этого

5U 7U напряжения равны ††; U !

8U I0U 11U 13U

3U — — — — - 4U — — и

3 3 3 Э

14U где U — амплитуда первой сту

Э пени выходного линейного напряжения.

Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней, напряжения на вторичных обмотках 11-13 основно5 14327 го трансформатора 9 должны быть равны

3U, 40 и ÇU,. а напряжения на каждой из вторичных обмоток 14-16 вспомогательного трансформатора 10 — по 2U, т.е. числа витков обмоток 11 14 и

13, 16 крайних секций должны относится как 3:2, а обмоток 12 и 15 средней секции — как 4:2.

Основной инвертор и трансформатор могут работать на любой высокой частоте, а вспомогательные инвертор и трансформатор на частоте в два раза ниже. Промежуточная частота, на ко-! торой работает основной трансформа- . тор, кратна частоте преобразователя.

При этом кратность частот определя" ется коэффициентом деления делителя

32 частоты и числом ступеней в полупериоде выходного напряжения. Пусть коэффициент деления депителя 32 частоты равен, например, двум. Тогда интервал каждой ступени напряжения

102 можно разделить на два подинтервала, соответствующих полупериоду ра- 25 боты трансформатора 9.

На первом подинтервале первого интервала замкнуты ключи 1, 4, 5, 7, 2I, 23 и 26 (диаграммы 81, 84, 86, 94, 96 и 99, фиг.3). При этом напряжение на вторичных обмотках 11-13 основного трансформатора 9 равно ЗП, 4U и ÇU, а на вторичных обмотках 1416 вспомогательного трансформатора

10 равно нулю. К выходным выводам А и В преобразователя через замкнутые ключи 23 и 26 прикладывается напряжение обмотки 12, равное 411, к выводам В, С через ключи 26 и 21 суммы напряжений обмоток 11 и 12, равная

-70, к выводам С А через-ключи 2 1 и 23 напряжение обмоток 11, равное

3U, В этом случае при соединении нагрузки звездой фазные напряжения равны

- Бд Пс 4П-311 U

U р Ь щ» °

А 3 3 3

Uy -UAg -711-40 I I U

U щ — -Ч вЂ” — -- щ — — — -- щ — — .- ю

9 3 3 3

U -(U +U)

10U с л Ь 3

На втором подинтервале первого интервала замыкают ключи 2, 3 6, 8, 22, 24 и 25, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 9, а напряжение на обмотках трансформатора !0 остается равным нулю. К выходным выводам А и В прикладывается напряжение обмотки 12, равное 4П, 03 б к выводам В и С сумма напряжений обмоток 12 и 13, равная -7U к выводам С и А напряжение обмотки 13, равное ÇU, поэтому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними.

В дальнейшем на первом интервале при любом коэффициенте деления делителя

32 частоты работа ключей переменного тока повторяется для нечетных и четных подинтервалов, соответственно и формируются первая положительная, восьмая отрицательная, седьмая положительная ступени фазных напряжений

U, Бв и Цс, На первом подинтервале второго интервала замыкают ключи I 4,6,7,20, 24 и 27, меняется полярность на обмотках 11 и 1ЗД основного трансформатора 9 и появляется напряжение на обмотках 14-16 вспомогательного трансформатора 10, равное 2U (на каждой), К выводам А и B прикладывается

1 сумма напряжений обмоток 13 и !6, равная 5U, к выводам В и С вЂ” алгебраическая сумма напряжений обмоток

12, 13 и 15, 16, равная -7U к выводам С и А — разность напряжений обмоток 12 и 15, равная 2U, При этом фазные напряжения обмоток остановятся равными UA = U; U = -4U н U = ЗУ, т.е. формируются вторая положительная, девятая отрицательная и шестая положительная ступени фазных напряжений Уд, U> и U соответственно.

В дальнейшем работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 80-101 (фиг. 3) импульсов управления ключами преобразователя.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разности потенциалов фаэ в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.

Предлагаемый преобразователь по сравнению с известным имеет лучшую форму кривой выходного напряжения (11-ступенчатую с коэффициентом гармоник К, = 6,6Х вместо 6-ступенчатой с К = 9,437 в прототипе) и меньшие массу и габариты вследствие работы обоих трансформаторов на повышенных частотах, Фо рмул а

7 143 изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, выходами соединенные с первичными обмотками основного и вспомогательного трансформаторов, первый из которых содержит первую и вторую вторичные обмотки, а второй — первую вторичную обмотку, три группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, одни силовые выводы ключей каждой группы объединены и образуют три общие точки, а другие силовые выводы подключены к соответствующим выходным выводам преобразователя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения и уменьшения массы и габаритов, дополнительно введены три ключа переменного тока, одни силовые выводы которых объединены и образуют четвер2703 8 тую общую точку, а другие выводы подключены к соответствующим выходным выводам преобразователя, в основной

5 трансформатор введена третья вторичная обмотка, а в вспомогательный трансформатор вторая и третья вторичные обмотки, вторичные обмотки трансформаторов соединены последовательно 0 так, что образуют три секции, каждая из которых содержит по одной вторич" ной обмотке основного и вспомогательного трансформаторов, причем в крайних секциях эти обмотки включены

)g встречно, а в средней секции согласно относительно друг друга, свобОдные выводы двух крайних секций и точки соединения крайних .секций со средней секцией подключены к укаэанным

2р общим точкам ключей переменного тока, причем числа витков вторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов крайних секций относятся как 3:2, а средней секции как

25 4:2.

l 432 703

1432703

Вихор© код

Флб Aidolo

36 37

0 0

1 0! u d

ОРУ

1 7

7 7

0 0

2 0 оо

0 1

f 0 оа а а

1 7

0 0

01 Од

0 0

1 0 а 7

001

0 !

0 0

0 0

0 0

110

6 0 1 0

0 1

0 0

001

10

0 000

110

0 1

0 0

001

1107

0 0

0 0

7 0! 1 0

70 О

0 000

0 0

0 7

7! 0

0 7

О 1

0 0

0 0

72 0

11 00

1 0 а !

0 7

0 0

00 10

1 10

1 0

15 0

7 1

0 0

0 1

11 00 ао

76 0

7 0

1 r 0

00 10

0 0

17 7

010

0010

7 0

1 0 а о

7S 7 оо

1 0

000 0

0 0 а !

0 !

Z7 !

0 7

1 0

f 0

Фиг.k

Составитель В,Моин

Редактор А.Шишкина Техред M.Äèäûê Корректор Л.Патай

Заказ 5458/51

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1од адреса

Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

00 00

7 101

7 0 о

001 0

0000