Способ формирования @ -фазной системы квазисинусоидальных напряжений

 

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ tn-ФАЗНОЙ СИСТЕМЫ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ , включающий амплитудно-импульсную модуляцию калсдого из фазных напряжений синусоидальной формы основной т-фазной системы напряжений частоты f одним из фазных напряжений прямоугольной формы с паузой регулируемой длительности вспомогательной т-фазной системы напряжений частоты f отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, упрощения и улучшения массо-габаритных показателей за счет уменьшения необходимого количества промодулированньгх напряжений в m раз, операцию амплитудно-импульсной модуляции производят в обратной последовательности, a выходную т-фазную систему квазисинусоидальных напряжений частоты i I Формируют путем вычитания соседних промрдулированных напряжений в количестве tv .

СОКИ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК, SU„„1217

ВСЮ Н02Р 1330

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCKOMV CINQKTEllhCTEV честве а .

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3555290/24-97 (22) 18.02.83 (46) 30. 10.84. Бюл. М 40 (72) П.М. Фридман (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. В.В.. Куйбышева (53) 621.314.27(088.8) (56) 1. Карташов P.Ï. Периодическая модуляция переменных напряжений в схемах преобразования частоты.

Устройства преобразовательной техники". Вып. 2, Киев, "Наукова думка", 1969, с. 109-118.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 748723, кл. Н 02 М 5/04, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 692031, кл. Н 02 М 5/04, 1979. (54) (57) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ Э -ФАЗНОЙ

СИСТЕМЫ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНЪ|Х НАПРЯЖЕНИЙ, включающий амплитудно-импульсную модуляцию каждого из фазных напряжений синусоидальной формы основной

nl"фазной системы напряжений частоты

Е одним из фазных напряжений прямоугольной формы с паузой регулируемой длительности вспомогательной rn --фазной системы напряжений чаетоты Х2 отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, упрощения и улучшения массо-габаритных показателей за счет уменьшения необходимого количества промодулированных напряжений в ю раз, операцию амплитудно-импульсной модуляции производят в обратной последовательности, а выходную I

Ф -фазную систему квазисинусоидальных напряжений частоты . = 1 — f, формируют путем вычитания соседних про- (» модулированных напряжений в коли1 1121

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в автономных системах электроснабжения для преобразования многофазного напряжения одной (стабильной или изменяющейся)

5 частоты в многофазное регулируемое или стабилизированное по величине напряжение другой (регулируемой или стабилизированной) частоты, особенно в тех случаях, когда требуется повышенное качество выходного напряжения при ограничениях на массо-габаритные показатели системы.

Известны способы формирования квазисинусоидального напряжения пурем амплитудно-импульсной модуляции многофазного переменного напряжения 1.1 ) и $2).

Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования квазисинусоидального напряжения, заключающийся в том, что для формирования каждой фазы квазисинусоидального напряжения осуществляют пофазную амплитудно-импульсную модуляцию каждого из фаэных напряжений синусоидальной формы основной п-фазной системы напряжений частоты „ одним из фаэных напряжений прямоугольной формы с паузой регулируемой длительности вспомогательной а-фаэной системы напряжений частоты f в прямой последова2 тельности и последующее геометрическое суммирование проиодулированных напряжений (суммирование в общем кон-З5 туре),т.е. каждую фазу квазисннусоидального напряжения получают путем последовательного соединения промодулированных напряжений в количестве т (31. 40

Недостатком укаэанного способа является то, что для формирования только одной фазы квазисинусондального напряжения необходимо сформировать промодулированные напряжения в 4> количестве м и соединить их последовательно. При этом занижается КПД реализующего способ устройства; способ отличается своей громоздкостью и, кроме того, от такого количества из- эо быточных преобразований существенно ухудшаются массо-габаритные показатели и падает надежность.

Цель изобретения — повышение КПД, упрощение и улучшение массо-габарит- Б5 ных показателей за счет-уменьшения необходимого количества промодулиро ванных напряжений в т раз.

770 1

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу формирования квазисинусоидального напряжения, включающему операцию амплитудно-им" пульсной модуляции каждого иэ фаэных напряжений синусоидальной формы основной в-фаэной системы напряжений частоты Е„ одним из фазных напряжений прямоугольной формы с паузой регулируемой длительности вспомогательной tn-фазной системы напряжений частоты Е, операцию амплитудно-импульсной модуляции производят в обратной последовательности, а выходную н-фаэную систему квазисинусоидальных напряжений частоты f =ф - f формируют путем вычитания соседйих промодулнрованных напряжений в количестве ж .

Так, если нулевую фазу основной системы модулируют нулевой фазой вспомогательной системы (или, что то же самое, е-ую фазу модулируют а-ой фазой), то первую фазу основной системы модулируют (ь-t)-й фазой вспомогательной системы, вторую— (а-2)-й и т.д. до (щ-1)-й фазы, которую модулируют первой фазой вспомогательной системы напряжений.

На фиг. 1 представлены диаграммы напряжений, поясняющие способ; на фиг.2 — диаграммы, поясняющие формирование фазных напряжений в нагрузке; на фиг.З вЂ” схематичная иллюстрация порядка модуляции; на фиг.4— принципиальная схема силовой части устройства на фиг.5 — диаграммы напряжений длящ 5.

Для упрощения доказательства возможности получения по предлагаемому способу м-фазной системы напряжений напряжение прямоугольной формы с паузой частоты 1 заменяют на напряжения синусоидальной формы. Тогда фазные напряжения обеих е-фазных систем частот „ и f будут синусоидальной формы, а аналитически их можно представить в виде .О, ш-l, 1с О, ш-1

30 ш-g m-f m+f

1= —— k=m

2 2 2

Пусть m — - нечетное, тогда ш-2i нечетное, т.е. Иэ формулы g -2i можно найти i только для нечетных 6 о ш + У

40 ш — ф — k

С целью определения значений i u k при четных f используют простейший тригонометрический прием и выражение .Ug имеет вид

СО5(.0 ш Ф- — (tn-2 } 2Г/ cd>

gTi . -Ч U

Е2 11 в 12 х (ыо ош )t = — ос о ((w -оо„)с- — (2щ Ь)j- — СОЗ(Ю +M

2 2 1 1

50 где 2ш-2i = — четный номер фазы

Ф-фазной системы частоты f . Для четных

2m-g 2 55

1 1 о

2 2

Таким образом, доказана возможность получения ter"фазной системы на3 1121 где U — - амплитуда фазных напряжений частоты Е ; (о)-2л f ш2 = 2л Е

U» — напряжение i фазы частоты f„U21, »Ke»e 1 4»««»» f2

Для определенности предположим, что нулевую фазу частоты f модулируют нулевой фазой частоты f . Тогда . k = m-i. В результате модуляции получают Ф-фазную систему напряжений, фаза 1 которой имеет вид

U =u и - — "соо((со -w )t оо (t-+

21с 2 2 1 О>

СО5 ю + о )+.— — (1с+1))= — cOS x

+ -и ) t.- — (m-2О))- — соо((и +w)t2У .1 0

2 ) ы ) 2 2 1

1 — о 1%)= — СОЯ(М -Ю )1 6/- — СОВ(Ю+соо)1 ь ) 2 (2 4 m )2 2 где ш — 2i.

1.

Для определения, существуют ли для всех 3 = 0 m — 1 значения i u k достаточно получить формулы подсчета значений i u k для каждого

Пусть )>> — четное, тогда М вЂ” четное при любом i, т.е. m -фазная система частоты 1., преобразуется в в/2фазную частоты Х, при этом

770 4 пряжений для нечетных m.Äëÿ четных ю выходная система напряжений вырождается в m/2-фазную. Например, при rn= 3 получаем

У = О (3) => = 0, k - 3 (0);

У= 1=>i = 1, k=2;

1=2=>i=2,k=1; а прп ш 5 и = 0 (5) =>1 = О, k = 5(0)

2=1 >i 2, k=3;

1=2=>1=4, k-=1;

1=3=>1=1,k=4;

I=4=>1=3, k 2.

Как следует из выражения для 0, линейные напряжения не будут содержать гармонику м +w так как представляют собой разность фазных напряжений, отсюда и фазные напряжения в нагрузке не будут содержать эту гармонику.

Пример 1. Для >=3 на фиг. 1а, Б,E показаны фазные напряжения прямоугольной формы с паузой регулируемой длительности 2о(. и частотой 2 вспомогательной системы, которыми осуществляют модулирующее воздействие на фазные напряжения синусоидальной формы частоты Е„ основной системы (фиг.11,8,å напряжения

0, 02, О ) в обратной последовательности согласно порядку, показанному на фиг.3: нулевую фазу основной системы (напряжение О)) модулируют нулевой фазой вспомогательной системы (фиг. 1м}, первую фазу (напряжение ()2) - второИ (фИго 16) И вторую (напряжение u ) — первой (фиг. 16).

В результате йолучают промодулированные напряжения 04,0, ОЬ (фиг ° 11., д, Е), образующие трехфазную систему и представляющие собой фактически результат перемножения соответствующих фазных напряжений основной системы с соот)ветствующими фазными напряжениями единичной амплитуды вспомогательной системы.

Из напряжений 04, 0, 0 посредст4> S> Ь вом соединения типа "звезда" получают линейные квазисинусоидальные напряжения (фиг. 1ж,з,и) частоты f5 с улучшенным гармоническим составом по сравнению с напряжениями U,US, ц за счет отсутствия в них ряда синфазных гармоник. Таким образом, линейные напряжения получают в результавычитания напряжении 04,U<» О

Ь соседних фазных.- При этом фазные на. пряжения в нагрузке (фиг. 21,д,e) S 11217 формируются также квазисинусойдальной формы и полностью совпадают с линейными напряженинми вида фиг. 2d,.о, з (1М,Э,)и) по гармоническому составу.

Способ может быть реализован в

5 виде непосредственного преобразователя частоты, пример силовой части трехфазного варианта которого и показан на фиг.А.

Выходные обмотки 1 — 3 источника основной трехфазной системы синусоидальных напряжений частоты „ (фиг.1) подключены к диагоналям модуляторов с напряжениями U,,U, U, выполненных по схеме однофазного мостового инвертора на ключах с двухсторонней проводимостью 7 — 18, содержащих диодные мосты с транзисторами в диагоналях постоянного тока. При этом на базы транзисторов ключей каждого модулятора подают управляющие сигналы прямоугольной формы без пауз с попарным относительным сдвигом 2сС частоты и с фазами, соответствующими схеме на фиг.3. Тем самым реализуют модулирующее воздействие сформированной таким образом вспомогательной трехфазной системы напряжений .(фиг. 1v, 3, 8). Вывопы с прчгнх диаголей модуляторов с напряжениямиЦ4, (/, О (фиг.1) соединяют по схеме

"звезда". Линейные напряжения Ц ,U s, и О полученного соединения имеют вид фиг. 1ж:,3,и (2а, f,â), а фазные напряжения в нагрузке (нулевую фазу "звезды" на выход преобразователя не подают) -видфиг.2 ъ,d,e.

Пример 2. Для tn = 5 на фиг. 50 показаны фазные напряжения прямоугольной формы с паузой, которыми осуществляют модулирующее воз- 40 действие на фаэные напряжения синусоидальной формы (фиг. 5 Ь напряжения 19-23) в обратной последовательности согласно порядку, показанному на фиг, 3. B результате получают промо- 45 дулированные напряжения 24-28 (фиг.5 b) образующие пятифазную систему.

Из напряжений 24, 26, 28, 25 и

27 (перечислены фазы по порядку) образуют соединение типа "звезда" с линейными напряжениями вида фиг.5 8 (тонкой линией показаны первые гармоники).

Использование предлагаемого способа формирования tn -фазной системы

Я кваэисинусоидальных напряжений обеспечивает по сравнению с известными существенное упрощение структуры

70 б формирования Ь-фазной системы квазисинусоидальных напряжений при незначительном снижении их качества за счет уменьшения общего количества преобразований в In раз (количество модуляторов в реализованном по предлагаемому способу устройстве сокращено в а раз, т.е. при г = 3 вместо

9 требуется 3 модулятора) и исключения операции геометрического суммирования промодулированных напряжений (реализуемой, например„ с помощью трансформаторов); повышение КПД в результате исключения операции суммирования напряжений, так как при реализации суммирования с помощью -трансформаторов появляются дополнительные, рассеиваемые на них потери мощности, а когда суммирование реализуют последовательным соединением выходов модуляторов, потери мощности возрастают из"за того, что ток нагрузки последовательно проходит через ключевые элементы в модуляторов; улучшение массо-габаритных показателей за счет сокращения количества промодулированных напряжений, для получения каждого из которых требуется дополнительное устройство, например модулятор, и особенно за счет исключения операции .суммирования напряжений, если ее реализуют с помощью трансформаторов, имеющих значительные массу и габариты, особенно при работе на низких и инфранизких частотах; повышение надежности в результате существенного упрощения структуры формирования N фазной системы квазисинусоидальных напряжений.

Однако при этом по качеству выходного напряжения предлагаемый способ несколько уступает известным, особенно, когда пауза 2о используется для регулирования величины выходного напряжения. Кроме того, так как оптимальное значение паузы в предлагаемом способе больше, чем в известных (например, при ъ= 3 эти значения для предлагаемого способа — .

2d.= 7/3 и для прототипа — 2d = Ti/6), установленная мощность выходных трансформаторов источника синусоидальных напряжений частоты f, несколько выше, а значит и вентильная прочность полупроводниковых элементов после исключения их последовательного соединения согласно предлагаемому способу должна быть большей и возрасти в ю раз.

1121770

1121770

1121770

1 121770

38356!R Заказ 7995/43 Тираж 666 Подаисаое

° илиаа ППП "Пвтват", г.Уааород, уа.йровкчмаа, 0