Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное многоступенчатой формы

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ФОРМЫ, содержащий однофазный инвег тор повышенной частоты, выходом подключенный к первичной обмотке трансфорнматора , вторичная обмотка которого выполнена с двумя промежуточными отводами , которые вместе с ее концами через четыре группы ключей переменного тока по три ключа в каждой соединены с тремя выходными вьшодами преобразователя, а также блок управления, включающий в себя последовательно связанные между собой задающий генератор, распределитель импульсов, логические элементы и буферные усилители, выход задающего генератора через триггер связан с управляющими входами ключей однофазного инвертора, отличающий - с я тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения и уменвщения установленной мощности ключей переменного тока, распределитель импульсов вьшолнен девятиканальным, его каналы с номерами

СОК)З СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„.SU 1032567

3(51) Н 02 М 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3428431/24.-07 (22) 26.04.82 (46) 30.07.83. Бюл. М 28 (72) A. М. Азаров (71) Красноярский политехнический ин ститут (53) 621.314е572 (088.8) (56) l. Авторское свицетельство СССР

No 838963, кл. Н 02 М 7/48, 1979.

2. Авторское свицетельство СССР

И 736306, кл. Н 02 М 7/515, 1977.

3. Авторское свицетельство СССР по заявхе М 2720705/24-07, кл. Н 02 N 77//4488, 1979. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТО

ЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ

ПЕ РЕМЕННОЕ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ

ФОРМЫ, соцержаший оцнофазный инвертор повышенной частоты, выходом поцключенный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена с двумя промежуточными отвоцами, которые вместе с ее концами через четыре группы ключей переменного тока по три ключа в кажцой соединены с тремя выходными вывоцами преобразователя, а также блок управления, включающий в себя послецовательно связанные межцу собой задающий генератор, распределитель импульсов, логические элементы и буферные усилители, причем выхоц зацающего генератора через триггер связан с управляющими вхоцами ключей оцнофазного инвертора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения формы кривой выхоцного напряжения и умень щения установленной мощности ключей переменного тоха, распрецелитель импульсов выполнен цевятиканальным, его каналы с номерами (24 +3) + 6 (rn-1) через три трехвхоцовых логических элемента ИЛИ связаны с соответствующими вхоцами ключей первой группы, гце 1 =1, 2, 3; In=1, 2, 3 — номер выхоцного вывоца преобразователя, с которым связан си- а ловой вывоц цанного ключа, каналы с номерами (j+1) + 6Ь -1), (3 -2) +

+6 Ьъ-l), (2)+д) + 6 (пъ-1) через девять цвухвхоцовых логических элемен- С тов ИЛИ связаны с управляющими входами ключей соответственно второй, тре- 2 тьей и четвертой групп, гце j 1, 2; причем отсчет групп ключей производится послецовательно, начиная с оцной из кра них, а указанные промежуточные Ю от цы вторичной обмотки трансформатора елят ее по числу витков в соотношении 0,653:1:0,227.

2567 2

1 103

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода пля преобразования постоянного напря>кения в трехфаэное квазисинусоидальное.

Известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, который сопержит опнофазный инвертор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, а концы вторичной обмотки и ее средний вывод подключены через ключи переменного тока к каждому из трех выходных выводов преобразователя, В зависимости от полярности напряжений на секциях вторичной обмотки трансформатора меняется очередность их подключения к выходным выводам преобразователя, и на нагрузке формируетоя трехфазное трехступенчатое напряжение, коэффициент гармоник которого равен 16 .

Трансформатор работает на частоте в три раза превышающей выходную, поэтому имеет значительную массу и габариты особенно при низкой выходной частоте преобразователя 1 J .

Однако данный преобразователь имеет недостаточную синусоипальность формы кривой выходного напряжения, значительную массу и габариты.

Известен также преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное .с амплитудно-импульсной мопуляцией выходного напряжения, который содержит однофазный инвертор высокой частоты, выходом нагруженный на пер» вичную обмотку согласующего высокочастотного трансформатора, вторичная обмот ка которого выполнена с четырьмя от пайками, расположенными симметрично относительно среднего вывода, обраэуюшего один выхопной вывод преобразователя, Крайние и промежуточные выводы соединены через управляемые ключи переменного тока с двумя другими выходными вывопами преобразователя, Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора относительно среднего вывода равны соответственно амплитуды первой, второй и третьей ступеней выходного линей« ного напряжения. Подключая в определенной последовательности промежуточные выводы вторичной обмотки трансформатора к выходным выводам преобразователя, формируют пва трехступенчатых линейных напряжения, что достаточно для получения трехфаэной системы напряжений f 2 ) .

Недостатком данного решения также является недостаточная синусоидальность формы кривой выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сушности к предлагаемому является преобразова1ель, который содержит опнофазный инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена с двумя

tQ проме>куточными отводами, которые вместе с концами вторичной обмотки трансформатора соепинены через ключи переменного тока с тремя BbLxo!IHbIMH выводами преобразователя, и блок управления (3).

Принцип построения блока управления такими преобразователями в настояшее время уже известен (2 J . Он выполняется в виде последовательно связанных между собой задаюшего генератора, рас>О пределителя импульсов, логических элемен тов и буферных усилителей, причем выход запаюшего генератора через триггер связан с управляюшими входами ключей одне фазного инвертора. р5 Напряжения на крайних секциях тран« сформатора этого преобразователя равны амплитуде первой, а не средней секцииамплитуде второй ступени выходного линейного напряжения, В зависимости от полярности напря>кений на обмотках выходные BbIBotIbt преобразователя подключаются к средней и одной из крайних секций. В результате на нагрузке формируется трехфазное трехступенчатое напряжение, 35 содержашее значительный процент высших гармоник с порядковыми номерами и =11, 13, 23, 25, ..., а коэффициент гармоник этого напряжения равен 15,2 . Это приводит к увеличению потерь мошности в

4О потребителе или к необходимости установки выходных фильтров. Последние увеличивают массу и габариты преобразователя, ухудшают его динамические показатели, симметрию фаэных напряжений и

45 могут привести к нежелательным автоколебаниям в системе преобразовательнагрузка. Повышенные величины напряжений, приклапываемые к ключам переменного тока, увеличивают их установленную

50 мошность и снижают надежность преобразователя.

Недостатком известного преобразователя является невысокое качество выходного напряжения, значительная установлен ная MoIUHQGTb ключеО переменного тока.

Цель изобретения - улучшение формы кривой выходного напряжения и уменьше ние установленной мошности ключей пе- ременного тока.

3 10325

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в трехфазное переменное многоступенчатой формы, соцержашем однофазный инвертор повышенной частоты, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена с цвумя промежуточными отводами, которые вместе с ее концами соединены через четыре группы ключей переменного тока по три ключа в кажцой соецинены с тремя выходными

"выводами преобразователя, а также блок 1 управления, включаюший в себя последовательно связанные межцу собой зацаюший генератор, распрецелитель импульсов, логические элементы и буферные усилители, причем выхоц зацаюшего генератора через триггер связан с управляюшими вхоцами ключей оцнофазного инвертора, распределитель импульсов выполнен цевятиканальным, его каналы с номерами (2i+3)+6 (rn-1) через три трехвхоцовых логических элемента WIN связаны с соответствуюшими управляюшими вхоцами ключей первой группы, гдегп=1, 2, 3, 1 = l, 2, 3 - номер выходного вывода преобразователя, с которым связан силовой вывоц данного ключа, каналы с номерами ()+1)+6 (п-l), (3»-2)+6 (п7-1)

30 (2j+4)+6 (пт-1) связаны через девять цвухвхоцовых логических элементов ИЛИ связаны с управляюшими вхоцами ключей соответственно второй, третьей и четвертой групп, гце 1=1, 2; причем отсчет групп ключей производится последователь- З5 но, начиная с одной из крайних, а указанные промежуточные отводы вторичной обмотки трансформатора целят ее по числу витков в отношении 0,653;1:0,227.

На фиг. 1 представлена принципиаль- 4О ная схема силовой части предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — блок-схема системы управления преобразователем; на фиг. 3 - временные диаграммы, пояс» няюшие принцип работы преобразователя. 4

Преобразователь соцеркит оцнофаэный мостовой инвертор 1 повышенной частоты, выполненный на ключах 2-». Инвертор 1 нагружен на первичную обмотку трансформатора 6, выводы 7-10 вторичной обмот 5О ки которого соединены через четыре группы ключей переменного тока, соцержашие в каждой группе по три ключа 11-13, 14-16, 17-19, 20-22 с тремя выход ными выводами преобразователя А, В, C. 55

Блок 23 управления (фиг, 2) содержит зацаюший генератор 24, выхоц которого подключен к триггеру 25 и цевятиканаль

67 4 ному распределителю 26 импульсов, выполненному в виде кольцевой пересчетной схемы. Каналы распрецелителя импульсов соединены через логические элементы ИЛИ

27-38 и через буферные усилители 39 с управляюшими входами ключей 11-22 переменного тока. П ричем (2 +3 )+6 (m-1 ) каналы распрецелителя импульсов соединены через трехвхоцовые элементы ИЛИ 27-29 с управляюшими входами ключей 1 l-l 4 пе рвой группы, где i =1, 2, 3, »и =1, 2, 3 - номер выхоцного вывоца преобразователя, с которым связан данный ключ. Так, ключ.ll связан своим силовым вывоцом с первым выхоцным выводом преобразователя (фазой А), поэтому, полагая для него т =1, i =1, 2, 3, получаем соответственно =5, 7, 9, где Ц вЂ” номер канала распрецелителя импульсов, с которым связан управляющий вход данного ключа

Ключ 12 связан со вторым выхоцным вывоцом преобразователя (фазой В), поэ. тому для него имеем гп =2, i =1, 2, 3, т,е. N =11, 13, 15. Так как распределитель импульсов девятиканальной кольцевой, то N =11, 13, 15 соответствует то му, что управляюший вход ключа 12 связан со 2, 4, 6-м каналами распределителя импульсов.

Ключ 13 связан с третьим выхоцным выводом преобразователя (фазой С), поэтому для него имеем m =3, i=1, 2, 3, т,е. N =17, 19, 21, что соответствует

M=8, 1, 3.

Осталы ые ключи 14-22 переменного тока преобразователя связаны с каналами распределителя импульсов через двух вхоцовые элементы ИЛИ 30-38. Причем, через элементы 30-32 каналы (j+1)+

+6 (»т -1) распрецелителя импульсов связаны с управляюшими вхоцами ключей 1416 второй группы, через элементы 3335 каналы (3)-2) +6 (Ръ"1) - с управляюшими входами ключей 17-19 третьей группы, через элементы 36-38 каналы ()+4) +6 (пъ-1) - с управляюшими входами ключей 20-22 четвертой группы, где » =1, 2. Кроме того, выходные выводы триггера 25 соединены с управляюшими входами ключей 2-5 однофазно го инвертора также через буферные уси» лители 39. В качестве ключей 2- одно» фазного йнвертора могут быть испольэо ваны транзисторы или тиристоры, а в качестве ключей 11-22 переменного то .ка симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы, с последовательно включенными диодами, 1032567 транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.,Принцип формирования трехфазного ступенчатого напражения поясняется на фиг. 3

Устройство работает слецуюшим об- 5 разом.

Задаюший генератор 24 формирует последовательность импульсов О . (фиг„3), которые поступают на вход девятиканаль ного распрецелителя 26 импульсов. На

I выхоцах распределителя формируется певять послецовательностей импульсов ($ 0 и .). Одновременно импульсы с выхопа зацаюшего генератора через триггер 25 и буферные усилители 39 поступают на упраВляюшие входы ключей 2-5 Ои2 (46) oaH Holo HH p тора 1. Выходные импульсы соответству. юших каналов распределителя импульсов суммируются с помошью логических элементов ИЛИ 27-38, усиливаются буферными усилителями 39 и поступают на управляющие вхопы ключей 11-22 переменного тока (U / /1 U yg) Причем им» пульсы, соответствующие графику 11, по даются на ключ 11, графику 12 - на ключ 12 и т.д.

Для получения выхоцного напряжены преобразователя близкого по форме к синусоипальному, амплитуды его ступе- ЗО ней выбирают из условия исключения гармоник, близких к основной, При этом величина напряжений между выводами 7 и 8, 8 и 10, 7 и 9 вторичной обмотки трансформатора, равные соответственно З5 амплитудам первой (О, ), второй (Ug) H третьей (U> ) ступеней выходных линейнык напря>некий, цолжны быть равны

:U> („=0 ь1п 20

4D

8-10 ™2 Uвsin Фо f

-U qg=Ug=U 51 60 гце 0 - амйлитуда аппроксимируюшей синусоиды, проходяшей через серецины

45 горизонтальных участков ступеней.

Четвертые ступени линейных напряжений формируют путем суммирования напряжений U 1 и 02.0и=01+ U> r.e. подключением выходных выводов преобразователя и крайним вывоцам 7 и 10 вторичной обмотки трансформатора. Напряжения на смежных секциях вторичной обмотки полжны быть равны: 0 M,3420„„, U 9 — U>-0 — 0,524Ц U+ — 0 +О

0 =0,1190, т.е. промежуточные отводы целит ее по числу витков в отношении 0,342:0,524:0,119 или 0,653:1: .,227.

В результате работы однофазного инвертора 1 на обмотках трансформатора создается переменное п имоугольное напряжение. U (фиг, 3). Полупериод выходного напряжения можно разбить на 9 равных интервалов, На первом интервале замыкают клю . чи 13, 17, 18 переменного тока. При этом выходные выводы преобразователя А в B через ключи 17 и 18 поцключают к выводу 9, т.е. замыкают накоротко, а вывод С через ключ 13 - к вывоцу 7 вторичной обмотки трансформатора. В результате формируют нулевую, третью отрицательную и третью положительную ступени линейных напряжений U

u, u соотт.нно.

8С

На втором интервале меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 6, замыкают ключи 14, 12 и 22 через которые выхоцные выводы А, В и С соециняют соответственно с выводами 8, 7, 10 и на выхоце преобразователя формируют первую положительную, четвертую отрицательную и вторую положительные ступени линейных напряже»

5 в " Ь, На третьем интервале вновь меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора и выхопные выводы А, В и С преобразователя через замкнутые ключи14

21, 13 соединяют соответственно с выводами 8, 10, 7 и формируют вторую положительную, четвертую отрицательную и первую положительную ступени линейных -ряжений 4В "ВС "Сл.

На слепуюших йнтервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами и формой напряжения на обмотках трансформатора.

В результате работы преобразователя на его выхоце формируют четырехступенчатое с нулевым уровнем линейное напряжение, которому соответствует пятиступенчатое фаэное при соепинении нагрузки звезцой.

Подключение любой ветви схемы с по-, мошью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в пвух направлениях и постоянство разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мошности нагрузки с с неизменной формой кривой выходного напряжения.

Использование предлагаемого преобразователя обеспечивает по сравнению с прототипом слецуюшие преимушества:

7 1032 во-первых, улучшение формы кривой вы ходного напряжения, в которой cone ðæàò ся т армоники с порядковыми яомерами и 17, 19, 35, 37, ..., a коэффициент гармоник этого напряжения равен .10,1%, 5 вместо 15,2% в прототипе. Это позволяет исключить выходные фильтры, т.е. уменьшить массу и габариты преобразователя, повысить КГЦХ и быстродействие системы преобразователь - нагрузка, улучшить симметрию выходных напряжений преобразователя.

Во-вторых, уменьшение на 14-16% установленной мошности ключей пере менного тока, а следовательно, повышение надежности преобразователя, что обусловлено меньшими величинами напряжений, прикладываемьх к ключам. Так, максимальные напряжения на ключах, подключенных к крайним выводам вторичных обмоток трансформатора в предлагае мом преобразователе на 26,8% нике, чем в прототипе.

Втретьис, улучшение компенсации реактивной мошности нагрузки. Критичес кий коэффициент мощности нагрузки, до которого происходит полная компенсация реактивной мошности нагрузки между фазами, минуя источник входного постоян ного напряжения, снижается цо сов Ч

=0,175 вместосовЧкр О 265 в прото типе. Это позволяет уменьшить емкость конденсаторов íà входе преобразователя, т.е. уменьшить его массу и габариты.

1032567

"зг

Фи . 1

У щ

Фри 5

Ори 4 ри

apg 8

Урц у

Орц

Ури g

Ь

Zf

l/j

12

О

Я

If

1б

17

И

19

21 АВ

Фиг. Г

Составитель Г. Мьшык

Редактор B. Пилипенко Техред Т.Фанта Корректор О. Билак

Заказ 5417/58 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113О35, Москва, Ж35, Раушская наб., g. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4