Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ по авт.св. № 970607, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, в него введены четьфе ключа переменноготока и две вторичные обмотки дополнительного трансформатора, причем каждый крайний вывод вторичной обмотки основного трансформатора дополнительноi связан через ключ переменного тока с выходными вьтодами преобразователя противоположного плеча, а промежуточный вывод каждой полуобмотки подключен через вторичную обмотку дополни тельного трансформатора и ключ переменного тока к выходному выводу . преобразователя данного плеча. W

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11)

g 1) Н 02 И 7/48

/ г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 970607 (21) 365?444/24-07 (22) 18. 10. 83 (46) 07.09.84. Бюл. N 33 (72) А.М.Азаров и С.M.Ãàâðèëåíêî (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлекгроники (53) 621.314.572(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 970607, кл. Н 02 M 7/48. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕИЕННОЕ по авт.св. ¹ 970607, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, в него введены четыре ключа переменного тока и две вторичные обмотки дополнительного трансформатора, причем каждый крайний вывод вторичной обмотки основного трансформатора дополнительно" связан через ключ переменного тока с выходными выводами преобразователя противоположного плеча, а промежуточный вывод каждой полуобмотки подключен через вторичную обмотку дополни " тельного трансформатора и ключ переменного тока к выходному выводу преобразователя данного плеча.! !12510

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное.

По основному авт.св. Р 970607 известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий основной однофазный инвер- !О тор с выходным трансформатором, средняя точка вторичной обмотки которого образует один выходной вывод преобразователя, а крайние выводы трансформатора через первый и второй управ-1 ляемые ключи переменного тока подключены к двум другим его выходным выводам, третий четвертый управляемые ключи переменного тока, дополнительный однофазный инвертор с двумя вы- 2!! ходными обмотками выходного трансфор— матора, которые одним из выводов подключены к отводам от средних точек полуобмоток вторичной обмотки трансформатора основного инвертора, а 25 другие выводы через третий и четвертый управляемые ключи переменного тока — к соответствующему выходному выводу противоположного плеча, при этом число витков одной секции вторичной обмотки основного трансформатора и вторичной обмотки дополнительного трансформатора выбирают из соотношения ?:1. Основной и вспомогательный инверторы и трансформаторы рабо35 тают на разных частотах и должны рассчитываться на частоты, в 3 и 5 раз превышающие выходную частоту преоб— раз ователя. Напряжения вторичных о5моток трансформаторов алгебраически суммируются и формируется трехфазное четырехступенчатое напряжение f1/

Недостатком известного преобразователя.является большая масса и габариты особенно при низкой выходной частоте преобразователя.

Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, Я! что в преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное введены четыре ключа переменного тока и две вторичные обмотки дополнительного трансформатора, причем каж- 55 дый крайний вывод вторичной обмотки основного трансформатора дополнительно связан через ключ переменного тока с выходными выводами преобразователя противоположного плеча, а промежуточный вывод каждой полуобмотки подключен через вторичную обмотку дополнительного трансформатора и ключ пе.ременного тока к выходному выводу преобразователя данного плеча.

На фиг. 1 показана электрическая принципиальная схема предлагаемого преобразователя, на фиг. 2 — блок— схема блока управления преобразователя, на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие работу устройства, на фиг. 4 таблица истинности состояния запоминающего устройства.

Преобразователь (фиг. 1) содержит основной 1 и вспомогательный 2 однофазные инверторы, выполненные соответственно на ключах 3-6 и 7 — 10. Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки основного 11 и вспомогательного 12 трансформаторов. Вторичная обмотка основного трансформатора

11 содержит средний вывод 13, который непосредственно связан с вторым . выходным выводом преобразователя (фазой В). Первая полуобмотка содержит первый крайний 14 и промежуточный 15 выводы, а вторая полуобмоткапромежуточный вывод 16 и второй крайний 17, которые вместе со средним выводом 13 делят вторичную обмотку основного трансформатора на четыре равные секции 18-?1. К промежуточным . выводам 15 и 16 подключены одними концами вторичные обмотки 22-25 вспомогательного трансформатора 12, вторые концы которых вместе с концами 14 и 17 вторичной обмотки основного трансформатора 11 соединены через ключи 26-29 переменного тока с первым выходным выводом преобразователя (фазой А) и через ключи 30-33 с третьим выходным выводом (фазой С).

Блок управления преобразователем (фиг. 2) содержит задающий генератор

34, выход которого связан через триггер 35 и блок 36 буферных усилителей с управляющими входами ключей 3-6 основного инвертора 1. Кроме того, выход задающего генератора 34 подключен через делитель 37 частоты к входу двоичного счетчика 38, выходы которого соединены с адресными входами программируемого постоянного запоминающего устройства 39, имеющего шесть выходов 40-45. Последние через логические элементы НЕ 46-51, 11125

2-2И-2ИЛИ 52 и 53, 3-ЗИ-2ИЛИ 54-57, НЕ 58-63 и ?И 64-67 связаны с входами блока 36 буферных усилителей, выходы которых подключены к управляющим входам ключей 7-10.вспомогатель- ного инвертора и ключей 26-33 переменного тока. Причем номера выходов блока 36 буферных усилителей соответствуют номерам ключей, к управляющим входам которых подключены данные вы- 10 ходы.

В качестве ключей 3-10 .однофазных инверторов могут быть использованы транзисторы или тиристоры с обратными диодами, а в качестве ключей 26-33 15 переменного тока — симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с последовательно включенными диодами, транзисторы, включенные в диагонали постоянного 20 тока диодньж мостов.

На фиг. 3 диаграммы представляют формы импульсов на выходах следующих элементов: 68 — задающего генератора, 69 и 70 — триггера 35 (прямой и ин- 25 версные сигналы, которые являются управляющими для ключей 3 — 6 сооТ ветственно); 71 — основного трансформатора 11, 72 — делителя частоты 37;

73-76 — элементов 52, 58, 53 и 59 30 (импульсы управления ключами 7, 10, 8, 9 соответственно); 77 — вспомогательного трансформатора 1?; 78-85 элементов 54,64, 55, 65, 56, 66, 57, 67 (импульсы управления ключами 2633 соответственно), 86 — преобразователя (выходное линейное напряжение дь) .

Устройство работает следующим образом. 40

Для улучшения формы кривой выходного напряжения в преобразователе осуществляется амплитудно-импульсная модуляция выходного напряжения, а для 45 для уменьшения массы и габаритов .трансформаторов — преобразование постоянного напряжения в переменное на высокой промежуточной частоте.

Задающий генератор 34 (фиг. 2) 50 формирует посоедовательность импульсов 68 (фиг. 3), которая поступает на вход триггера 35. Сигналы 69 и 70 прямого и инверсного выходов триггера 35 усиливаются блоком 35 буферных 55 усилителей и поступают соответствен-, но на управляющие входы ключей 3 — 6 инвертора 1. Кроме того, частота за10 4 дающего генератора 34 делится дели телем 37 и поступает на вход двоичного счетчика 38 с коэффициентом пересчета равным, например, 18.

С выходов счетчика 38 сигналы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 39, логические состояния выходов 40-45 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице (фиг. 4). Они разрешают или запрещают прохождение сигналов 69 и

70 с прямого и инверсного выходов триггера 35 на входы блока 36. Причем уровень логического нуля на входе блока 36 обеспечивает закрытое состояние силового ключа, а уровень логической единицы — открытое. В результате формируются необходимые последовательности импульсов для управления силовыми ключами 7-10 вспомогательного инвертора ? и ключами 2633 переменного тока преобразователя.

Полупериод выходного напряжения 86 преобразователя можно .разбить на 9 равных интервалов.

На первом интервале в соответствии с таблицей логические состояния выходов 40-45 элемента 39 соответственно имеют следующие значения

111110. При этом с вьмодов 40-43 сигналы логической единицы поступают на входы элементов 52-54, разрешая прохождение импульсов 69 с прямого выхода триггера 35 на входы блока

36. Выходные сигналы 73, 75, 78 элементов 52-54 усиливаются блоком 36 и поступают на управляющие входы силовых ключей 7, 8 и 26. Кроме того, эти импульсы инвертируются элементами 58-60, выходные сигналы 74, 76 и 79 которых поступают через блок

36 на управляюшие входы ключей 10, 9 и 77 соответственно. С выхода 43 элемента 39 сигнал логической единицы йнвертируется элементом 49 и запирает элементы 55 и 65, запрещая прохождение импульсов 80 и 81 на управляющие входы ключей 28 и 29. С выхода

45 сигнал логического нуля поступает на входы элементов 51, 56 и 66. При этом элементы 56 и 66 запираются, и прекращается прохождение импульсов, 82 и 83 на управляющие входы ключей

30 и 31. Выходной сигнал элемента 51, соответствующий уровню логической единицы, отпирает элементы 57 и 67,.обеспечивая прохождение импульсов с

1112510 прямого выхода триггера 35 через эле.мент 57 на один из входов блока 36.

Выходной сигнал 84 элемента 57 поступает через блок 36 на управляющий вход ключа 32 и через инвертор 63 на 5 вход элемента 67. Выходной сигнал 85 этого элемента усиливается блоком 36

Ъ поступает на управляющий вход ключа 33, На следующих интервалах формирование импульсов управления силовыми ключами преобразователА происходит аналогично в соответствии с диа1 раммами 68-86 (фиг. 3) и таблицей истинности (фиг. 4) состояния элемен та 39. В результате работы инверто- 15 ров 1 и 2 на обмотках трансформаторов 11 и 12 формируются напряжения

71 и 77.

Форма выходного линейного напряже ния 86 преобразователя представлена 20 на фиг. 3. Она характеризуется постоянной разностью амплитуд двух смежных ступеней и длительностью средней ступени равной li /3. Для получения напряжения с указанными амплитудами 25 ступеней напряжения на секциях 1821 (00@ — U ) вторичной обмотки основного трайсформатора и на вторичных обмотках 22-25 (Ц вЂ” U025 ) вспомогательного трансформатора 12 долж-. 30 ны быть связаны с амплитудами ступеней выходного линейного напряжения преобразователя (О» - 04,фиг. 3) следующим образом

0l8 с t9 с20 С2» 2 ) 35

022 023 U024 U025 »

Кроме того, следует учесть,что для амплитуд ступеней выполняются следую. щие равенства 40

2) " 2 Ъ) О2 (12 "4

В соответствии с принятым коэффициентом деления делителя 37, равным

4, интервал каждой ступени выходно- 4 го напряжения преобразователя можно разделить на 4 подинтервала, соответ ствующих полупериоду работы трансфор маторов 11 и 12.

На первом подинтервале первого ин

50 тервала замыкают ключи 26 и 32 переменного тока (диаграммы 78 и 84, фиг. 3). При этом через замкнутый ключ 26 к выходным выводам А и В преобразователя прикладывается разность напряжений секции ?0 и обмот55 ки 23, равная Ah с о 02 2 О»» ) к выводам В и С через ключ 32 сумма напряжений секций 20 и 21

"ВС ("Сго С2» (О2 1 (14 ) к выводам С и А ."А 4Й ВС1 1» 14) 3

Иа втором подинтервале первого ин. тервала меняется полярность напряжений на обмотках основного и вспомога.тельного трансформаторов (диаграммы

71 и 77), замыкают ключи 27 и 33. К выводам А и В прикладывается разность напряжений секции 19 и обмотки 22 к выводам В и.С сумма напряжений сек ций l8 и 19 Вс (Ос в (10() (02+U2) (4 к выводам С и А

А=-(В+ 1=-(,- 4 - ОЗ т.е. величины линейных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале работа ключей повторяется для нечетных и четных подинтервалов соответственно и формируются первая положительная, четвертая отрицательная и третья положительная ступени линейных напряжений jJA

U c H UcA соответственно.

Ка первом подинтервале второго интервала вновь замыкаются ключи 26 и 32, но напряжение 77 на вторичных обмотках вспомогательного трансформа тора 12 отсутствует в течение всего интервала. Через ключ 26 к выводам

А и Б прикладывается напряжение секции 20, равное

UÀ С20 (Я к выводам В и С через ключ 32 — сумма напряжений секций 2О и 21, к выводам С и А

UcA (UAÂ 0 c) Cu.041 О2

На втором подинтервале второго интер вала замыкают ключи 27 и 33. К выводам А и В прикладывается напряжение секции 19, равное

"АВ "с»9 ="2) к выводам В и С вЂ” сумма напряжения

I секций 18 и 9 (1вс " с s " с ч1 (" 2» 2 = "4 ) 1112510 к выводам С и А

0„=-(u„ 0„ =-(0,-u„ - u

В дальнейшем на втором интервале работа преобразователя повторяется для нечетных и четных подинтервалов соответственно, и формируются вторая положительная, четвертая отрицательная и вторая положительная ступени линейных напряжений U 4В, U ВС и

0с4. На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично в соответствии с диаграммами импульсов управления ключами и формами, напряжений на обмотках трансформаторов 11 и 1?. В результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное четырехступенчатое напряжение 86.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянст,во разности потенциалов фаз в тече-! 25 ние каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.

Регулирование выходной частоты преобразователя может осуществляться изменением коэффициента деления делителя 37 при постоянной частоте работы инверторов 1 и 2 и трансформаторов 11 и 12, что благоприятно сказывается на массогабаритные показатели преобразователя.

Предлагаемый преобразователь имеет меньшую массу и габариты по срав- нению с известным, так как трансформаторы последнего работают на частотах, в 3 и 6 раз превышающих выходную частоту преобразователя, а трансформаторы предлагаемого устройства— на любой высокой частоте. Расчеты показывают, что при выходной частоте преобразователя ниже 25 Гц трансформаторы предлагаемого преобразователя имеют в 3 и более pas меньше массу и габариты.

1 112510

1112510

1112510 авиа. 4 ВНИИПИ Заказ 6466/41 Тираж 666. 2одлэисаое

Фасад ШШ "Патент", r.Óàãîðîä, уа.Вроейтваа, 4