Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное

 

) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ по авт.св. № 983945, о т личающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, улучшения формы кривой выходного напряжения, каждая вторичная обмотка основного трансформатора содержит дополнительно по N 2 промежуточных отводов, которые через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока соединены с той же вершиной треугольника, что и другие ключи данной фазы, а параллельно каждой стороне треугольника подключена вторая ветвь, содержащая вторичную обмотку основного трансформатора промежуточными отводами, которые вместе с из концов этой обмотки объединены через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока в общую точку, причем обмотки вторых ветвей треугольника в включены встречно по отношению к соответствующим обмоткам первых ветвей, где N - число элементар}в 1х ступеней в полупериоде выходного напряжения равное или кратное 24-м.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (l 9) (I I) 4(s() Н02М7 5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (61) 983945 (21) 3670040/24-07 (22) 09 ° 12.83 (46) 15.05.85. Бюп. № 18 (72) А.M.Àýàðoâ (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 621.314.58(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 983945, кл. Н 02 М 7/537, 1981. (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ по авт.св. № 983945, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, улучшения формы . кривой выходного напряжения, каждая вторичная обмотка основного трансформатора содержит дополнительно по Н((, 2 промежуточных отводов, которые через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока соединены с той же вершиной треугольника, что и другие ключи данной фазы, а параллельно каждой стороне треугольника подключена вторая ветвь, содержащая вторичную обмотку основного трансформатора с "11g — I промежуточными отводами, которые вместе с одним из концов этой обмотки объединены через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока в общую точку, причем обмотки вторых ветвей треугольник а включены встречно по отношению к соответствующим обмоткам первых ветвей, где М - число элементарных ступеней в полупериоде выходного напряжения равное или кратное 24-м. %

1156227

Изобретение относится к электротехниКе и можег быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфаэное квазисинусоидальное.

По основному авт.св. У 983945 известен преобразователь постоянного напряжения в трехфаэное квазисинусоидальное, содержащий оси .вной однофаэный инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке основного трансформатора, три вторичные обмотки которого содержат по одному промежуточному отводу и связаны между собой через три первых ключа переменного тока по схеме замкнутого треугольника, вершины которого образуют выходные выводы преобразователя, и вспомогательный однофазный инвертор, выходом подключенный к пер вичной обмотке вспомогательного трансформатора, каждая иэ трех вторичных обмоток которого включена между промежуточным отводом одной из вторичных обмоток основного трансформатора и одним из силовых выводов второго ключа переменного тока, другой силовой вывод второго ключа пе30 ременного тока соединен с той же вершиной упомянутого треугольника, что и первый ключ данной фазы, а между первым ключом переменного тока и вторичной обмоткой основного трансформатора каждой фазы включена дополни- З5 тельная вторичная обмотка вспомогательного трансформатора. Основной и вспомогательный инверторы и трансформаторы работают на разных частотах и должны рассчитываться на частоты, ?) 3 и 6 раэ превышающие выходную частоту преобразователя. Напряжение вторичных обмоток трансформаторов алгебраически суммируются и формируется трехфазное шестиступенчатое иапряже45 ние. В выходном напряжении преобраэователя содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами 11 =23, "5, 47, 49, ..., а коэффициент гармоник этого напряжения равен 7,577. Это приво-50 дит к увеличению потерь мощности в потребителе или необходимости установки выходных фильтров (i) .

Недостатками данного преобраэова- 55 теля являются несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, значительная масса и габариты особенно при низкой выходной частот преобразователя.

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

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в трехфаэное кваэисинусоидальное каждая вторичная обмотка основного трансформатора содержит дополнительно по ) < — 2 промежуточных отводов, которйе через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока соедииены с той же вершиной треугольника, что и другие ключи данной фазы, а параллельно каждой стороне треугольника подключена вторая ветвь, содержащая вторичную обмотку основного трансформатора с " ц — (промежуточными отводами, которые вместе с од-. ним из концов этой обмотки объединены через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока в общую точку, причем обмотки вторых ветвей треугольника включены встречно по отношению к соответствующим. обмоткам первых ветвей, где М вЂ” число элементарных ступеней в полупериоде выходного напряжения, равное или кратное 24-м.

На фиг.1 показана принципиальная схема силовой части предлагаемого преобразователя, на фиг.2 — принципиальная схема системы управления преобразователем; на фиг.3 — - диаграммы, поясняющие принцип формирования импульсов управления ключами основного и вспомогательного инверторов; на фиг.4 — формы напряжений на обмотках основного и вспомогатель ного трансформаторов, диаграммы . импульсов управления ключами переменного тока, форма выходного напряжения преобразователя для случая N =24.

Преобразователь (фиг.1) содержит основной и вспомогательный однофаэные инвесторы, выполненные соответственно на ключах 1-4 и 5-8. Выходы инверторов нагружены соо,ветственно на первичные обмотки основного транс" форматора 9 и вспомогательного трансформатора 10. Секции И-14 вторичных обмоток основного трансформатора 9 и вторичные обмотки 15-18 вспомогатель. ного трансформатора 10 связаны между собой через ключи переменного тока 19-30 по схеме замкнутого тре1156227

На фиг.3 показаны диаграммы импульсов на выходе следующих элемен- 35 тов системы управления преобразователем: 55 - задающего генератора 31;

56-79-24-х канального кольцевого распределителя 32 импульсов; 80логического элемента 34; 81 — элемен-4О та 49; 82 и 83 — прямого и инверсного выходов триггера 33; 84 и 85 элементов 2И элемента 51, 86 — элемента 51 (импульсы управления ключами 1 и 2 основного инвертора); 87 элемента 53 (импульсы управления ключами 3 и 4), 88 — элемента 35>

89 — элемента 50 90 и 91 — прямого и инверсного выходов триггера 33;

92 и 93 — элементов 2И элемента 52;

94 — элемента 52 (импульсы управле° ния ключами 5 и 6 вспомогательного инвертора); 95 — элемента 54 (импульсы управления ключами 7 и 8).

На фиг.4 показаны следующие диаг- 5> раммы: 96 и 97 — формы напряжений на обмотках основного 9 и вспомогательного 10 трансформаторов; 98-109угольника, вершины которого образуют выходные выводы А, В, С преобразова-! теля. В качестве ключей 1-8 однофазных инверторов могут быть использованы транзисторы или тиристоры с 5 встречно-параллельно включенными диодами, а в качестве ключей 19-30 переменного тока — симисторы, встреч но-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с последовательно включенными диодами, транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.

Блок управления преобразователем (фиг.2) содержит задающий генератор

31, выход которого подключен к 24-х канальному распределителю импульсов

32, выполненному в виде кольцевой пересчетной схемы, каналы распределителя 32 импульсов с выходом тригге- ур ра 33, а также с входами логических элементов 34 и 35 12 ИЛИ и входами элементов 36-47 4 ИЛИ. Выходы послед них через блок 48 буферных усилителей связаны с управляющими входами ключей.19-30 переменного тока. Выходы элементов 34 и 35 связаны через логические элементы 49 и 50 НЕ, 51 и 52 2-2И-2ИЛИ, 53 и 54 НЕ и блок

48 буферных усилителей с управляющи-. ми входами ключей 1-4 основного инвертора и ключей 5-8 вспомогательного инвертора.

1 импульсы управления ключами 19-30 переменного тока соответственно, 110— форма выходного линейного напряжения

I .0 з преобразователя.

Рассмотрим работу преобразователя для случая Н 24, Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 31 (фиг.2) формирует последовательность импульсов

55 (фиг.3), которая поступает на вход 24-х канального кольцевого распределителя 32 импульсов ° .На его выходе формируются 24 последовательности импульсов 56-79. Выходные импульсы соответствующих каналов распределителя 32 суммируются с помощью элемента 34 и их результирующая последовательность 80 поступает на вход элемента 51 и элемента 49. С выхода последнего инверсная последовательность импульсов 81 поступает на другой вход элемента 51. Кроме тог6, на два другие входа элемента 51 поступает прямой 82 и инверсный 83 сигналы с выходов триггера 33. В зависимости от состояния триггера ("1" или "0") на выход элемента 51 проходит прямая

84 или инверсная 85 последовательности выходных импульсов элемента 34, Результирующая выходная последовательность импульсов 86 усиливается блоком 48- буферных усилителей и поступает на управляющие входы силовых ключей 1 и 2 основного инвертора.

Кроме того, с выхода элемента 53 инверсные сигналы 87 также усиливаются блоком 48 и поступают на управляющие входы силовых ключей 3 и 4 основного инвертора.

С помощью элементов 35, 50, 52 и

54 аналогично формируются импульсы управления 94 и 95 ключами 5 6 и

7, 8 соответственно. Принцип их формирования поясняется с помощью диаграмм 88-93. В результате работы основного и вспомогательного инверторов на обмотках трансформаторов 9 и

10 создаются переменные напряжения

96 и 97 (фиг.4) соответственно.

Кроме того, выходные импульсы соответствующих каналов распределителя

32 импульсов суммируются с помощью элементов 36-47, усиливаются блоком

48 буферных усилителей и поступают на управляющие входы ключей 19-30 переменного тока (диаграммы 98-109 соответственно). Причем номера выхо115622 дов блока 48 буферных усилителей совпадают с номерами ключей, к которым они подключены.

Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого по 5 форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбираются из условия исключения гармоник, близких основной. При этом амплитуда j -й ступени выходного линейного напряжения определяется следующим образом:

% 71

О =0 Sin — 1- —.) и М) где 0 ш — амплитуда аппроксимирующей ступенчатое напряжение синусоиды, проходящей через середины горизонтальных участков ступеней.

Кроме того, при формировании трех- ® фазного напряжения с и 24 для амплитуд ступеней выполняются равенства

0, 1,= 1,; ц,+О,= rp 11ъ 11ь-Uqs 14 ь - 1 .

Ю

Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней величины напряжений на секциях 11-14 вторичной обмотки основного трансформато- ра {0 « - 0сц ) и на вторичных обмотках 15-18 (Оо,„- (1,,з ) вспомогательного трансформатора должны быть связаны с амплитудами ступеней выходного линейного напряжения следующим образом:

О,„=ОЖ0, О ); О,„.O,S(u,-u,); со Ос, =0 5 (Н О 81 0 Оа - 05 (08- 0;)

"сп "си =05 ("ь О ) ° "о в 4 (0, -Оь)

Полупериод выходного напряжения преобразователя иожно разбить на

24 равных интервала (элементарные ступени).

На первом интервале замыкают ключи 19 и 29 (диаграммы 98, 108, фиг.4). При этом через ключ 19 между выходными выводами А и В преобразователя прикладывается .разность напряжений секции 11 и обмотки 15 фазы А, равная 48 Осц-Upi 06(0 +0 )-ОБ(0д-Н ) "1 р между выводами С и А через ключ 29— сумма напряжений секций f1 и 13 и об- мотки 17 фазы С

0 д 0оо Ц3 0оп-ОЯ(Ц Оз) 05{0з-О )-Ug, 7 6 между выводами В и С

0вс (u„& uñcë) - (О,+ Уз) =-О, В результате формируются первая положительная,девятая отрицательная и восьмая положительная ступени линейных напряжений 0 «, U c,О д соответственно.

На втором интервале меняется полярность напряжений 96 и 97 на обмотках основного и вспомогательного трансформаторов 9 и 10, замыкаются ключи 20 и ÇÎ между выводами А и В прикладывается разность напряжения . секции 12 и обмотки 16 фазы А

U«=U«,- „,=0,S(u, и,)-а {О -u,) =u» между выводами С и А сумма напряжений секций 12 и 14 и обмотки 18 фа-. зы С

0 „=0„,0„ 0о, .05(Оь 0,)О,Ь{0 -0g)=U

Ф а между выводами В и С

u,=-(u„,-u I=-(u, u,)--<...... т. е. формируются вторая положительная, десятая отрицательная и седьмая положительная ступени напряжений

Од,,и„, upÄ.

На третьем интервале вновь иеняется полярность напряжений на обмотках вспомогательного трансформатора f0, а .замкнутыми остаются те же ключи, поэтоиу выходные линейные напряжения становятся равными

"дб= сп о ь=0 {" г+U» 0>(u О2)=U„

"cA 11си 4и "oа=05(оь+ 1ч) М(ог "6)="g

При этом формируются третья положительная ° одиннадцатая отрицательная и шестая положительная ступени линейных напряжений.

На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с формами напряжений на обмотках трансформаторов 9 и 10 и диаграммами импульсов управления силовыми ключами преобразователя. В результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное 24-х ступенчатое напряжение 110.

При формировании выходного напряжения преобразователя с другим числом ступеней в полупериоде из ряда и =24 .

1156227 первые три обмотки основного трансформатора содержат по ", — у дополни. тельных отводов по сравнению с прототипом, а три вновь введенные его обмотки содержат по ")„ ) промежуточ- 5 ных отводов, которые через дополнительно введенные вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока соединены с выходным выводом данной фазы, где

=1,2,3,..., Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обес. печивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянст- 15 во разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.

Описанный преобразователь по сравнению с прототипом имеет меньшую массу и габариты, так как, например, при М =24 основной трансформатор ра- 2 ботает на частоте в 4 раза, а вспомогательный трансформатор в .2 раза выше, чем в прототипе (при увеличении И рабочие частоты трансформаторов еще более увеличиваются), а также 30 лучшую форму кривои выходного напря-жения, в которой при 8 =24 содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами tl =47,49,95,97, а коэффициент гармоник этого напряжения К "=3,78Х.

Увеличивая число отводов вторичных обмоток основного трансформатора, можно сформировать практически синусоидальное напряжение. В выходном напряжении прототипа содержатся гармоники более низкого порядка, а К

=7,57Х. Кроме того, он обладает более высоким КПД и быстродействием, более жесткой внешней характеристикой, лучшей симметрией выходных напряжений и независимостью их от величины и характера нагрузки, отсутствием возможных автоколебаний в системе преобразователь — нагрузка эа счет исключения выходных фильтров позволяет практически полностью компенсировать реактивную мощность нагрузки при любом коэффициенте мощности, передавая ее из фазы в фазу-, т.е ° уменьшить емкость конденсаторов, устанавливаемых на входе преобразователя. Критический коэффициент мощности нагрузки, минуя источник постоянного входного напряжения, при М =24 равен

0,065 вместо 0,131 в прототипе.

1156227

7,8

1156227

1156227

Фиг.4 щщцущ Заказ 3193/54 Тирам 646 Подписное

Окякед тщд кнтект, r.óàòîðîä, уя.Проектное, 4