Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ , содержащий основной и m вспомогательных однофазных инверторов, нагруженных соответственно на первичные обмотки основного и m вспомогательных трансформаторов , вторичные обмотки которых соединены в две фазы, включенные по схеме открытого треугольника, вершины которого связаны с выходными выводами преобразователя , причем каждая из фаз содержит две параллельные ветви, в первую из которых включена вторичная обмотка основного трансформатора, а во вторую последовательно включены вторичные обмотки основного и m вспомогательных трансформаторов , одни концы этих ветвей соединены между собой непосредственно, а другие - через ключи переменного тока, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, основной инвертор выполнен в виде п-ячейкового преобразователя , выходы которого соединены с первичными обмотками соответствующих трансформаторов , содержащих по четыре втоi ричные обмотки, каждая из которых последовательно с обмотками других ячеек вклю (Л чена в первую и вторую ветви фаз.
COOS СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК g 4 Н 02 М 7/539
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3704607/24-07 (22) 24.02.84 (46) 23.07.85. Бюл. № 27 (72) А. С. Морозов, В. А. Алексеев, А. К. Мусолин и Б. К. Нестеренко (71) Рязанский радиотехнический институт (53) 621.314.58 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 944026, кл. Н 02 М 7/48, 1980.
Авторское свидетельство СССР № 993411, кл. Н 02 М 7/48, 1983. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий основной и m вспомогательных однофазных инверторов, нагруженных соответственно на первичные обмотки основного и m вспомогательных трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены в две фазы, включенные по схе„,ЯЦ„„69121 А ме открытого треугольника, вершины которого связаны с выходными выводами преобразователя. причем каждая из фаз содержит две параллельные ветви, в первую из которых включена вторичная обмотка основного трансформатора, а во вторую последовательно включены вторичные обмотки основного и m вспомогательных трансформаторов, одни концы этих ветвей соединены между собой непосредственно, а другие — через ключи переменного тока, отличаюи1ийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, основной инвертор выполнен в виде п-ячейкового преобразователя, выходы которого соединены с первичными обмотками соответствующих трансформаторов, содержащих по четыре вторичные обмотки. каждая из которых последовательно с обмотками других ячеек включена в первую и вторую ветви фаз.
1169121
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение со ступенчатой квазисинусоидальной формой кривой.
Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов.
На фиг. 1 представлена схема преобразователя; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений на первичных обмотках трансформаторов, а также напряжения управления ключей переменного тока и форма выходного напряжения в фазе АВ; на фиг. 3— схема логического блока; на фиг. 4 — временные диаграммы выходных напряжений логического блока; на фиг. 5 — преобразовательная ячейка.
Преобразователь (фиг. 1) содержит основной инвертор 1, состоящий из и преобразовательных ячеек (ПЯ) 2, и m вспомогательных инверторов 3, блок 4 управления содержит задающий генератор (ЗГ), выходы которого соединены с входами логического блока (ЛБ). Выходы последнего связаны с соответствующими управляюшими входами преобразовательных ячеек вспомогательных инверторов и ключей переменного тока.
Выходы ячеек соединены соответственно с первичными обмотками трансформаторов
5 — 8, согласно включенные вторичные обмотки 9 и 10 фазы АВ и 11 и 12, фазы ВС трансформ аторов ПЯ, соединенные последовательно с вторичными обмотками 13 и 14 фазы АВ и 15 и 16 фазы ВС дополнительных трансформаторов, образующие вторую ветвь фаз и первую ветвь, состоящую соответственно из последовательно включенных вторичных обмоток 17 и 18, 19 и 20, которые с одного конца соединены в открытый треугольник, являющийся выходом преобразователя непосредственно, а с другого конца — через ключи переменного тока (КПТ) 21 и 22, 23 и 24 соответственно.
Логический блок (фиг. 3) содержит универсальный сдвигающий регистр 25, выходы которого соединены с соответствующими входами элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ 26 и счетчика 27 импульсов. Выходы последнего соединены с входами дешифратора 28, одни выходы которого через первый, второй, третий, четвертый элементы ЗИ-НЕ 29-32, первый, второй элементы 6И-НЕ 33 и 34 и первый и второй элементы 4И-НЕ 35 и 36 непосредственно и дополнительно через первый, второй элементы НЕ 37 и 38 подключены к соответствующим управляющим входам преобразовательных ячеек и ключей переменного тока, а другие выходы через третий элемент 6И-НЕ 39 непосредственно и дополнительно через последовательно соединенный с ним элемент НЕ 40 подключены
10 l5
55 к соответствующим входам логического элемента 26, выходы которого через элементы
НЕ 41 и 42 соединены с управляющими входами инверторов.
Инверторы и преобразовательные ячейки выполняются по известным схемам двухтактных регулируемых преобразователей, например, по схеме на фиг. 5.
Преобразователь работает следующим образом.
Работу устройства рассмотрим на примере преобразователя, в котором и =2, m = 1. Однофазные инверторы 2 и 3 синхронизированы и создается переменное напряжение вида U,, U g, U, (фиг. 2) .
КПТ управляются импульсным напряжением Uy (фиг. 2). Выходное квазисинусоидальное напряжение формируется из напряжений вторичных обмоток трансформаторов в виде равносторонней трапеции. Ам плитуда ступенек выбирается равной, а длительность ступенек с первой по шестую включительно равна У/18 (+3N) . Длительность верхнего основания трапеции равна У/3 эл. град. Кривая такого напряжения имеет коэффициент гармоник 6,61 /р.
Логический блок работает следуюшим образом.
Прямоугольные импульсы с выхода задающего генератора (ЗГ) поступают на синхронизируюгцие входы Сl и С2 универсального сдвигающего регистра. Регистр выполняет функцию счетчика на 3 и создание на выходах второго, третьего и четвертого раз1 рядов 2,4 и 8 напряжения вида U«, V, Usg /4 (фиг. 4), поступающие соответственно на коммутирующие и шунтирующий транзисторы вспомогательного инвертора. С выходов 2 и 8 сдвигающего регистра сигналы поступают на схему 2-2И-2ИЛИ-НЕ, а с выхода 2 еще и на вход Сl счетчика-делителя. Двоичный код с выходов 1,2,4 и 8 счетчика поступает на соответствуюшие входы дешифратора.
В соответствии с алгоритмом работы импульсы с выходов дешифратора поступают на входы элементов И-НЕ (29 — 36 и 39).
Сигналы на выходах этих элементов имеют
Вид U - Ugg (фиг. 4), из которых Upg и Ug()
Uyq и Uq предназначены для управления коммутирующих транзисторов соответственно первой и второй преобразовательных ячеек, à Uqq и U> — шунтируюших транзисторов этих ячеек, и Uz для первого элемента 4И-НЕ, Vyq для второго элемента
4И-НЕ (фиг. 2). Сигналы Uy и Vying (фиг. 2) формируются из сигналов Uy и Vying элементами НЕ 37 и 38. Третий элемент
6И-НЕ 39 и элемент HE 40 предназначены для выработки сигналов, по которым последовательность импульсов на выходах второго и четвертого разрядов универсального регистра изменяется на обратную. До мо1169121
55 мента 25 3 выходного напряжения преобразователя присутствует сигнал «1» на выходе 39, а на выходе 40 — сигнал «О». Импульсы с выходов второго и четвертого разрядов проходят через схему 2-2И-2ИЛИ-НЕ соответственно на элементы НЕ 41 и 42, и далее к инвертору 3. Форма этих импульсов Uq1 и Uqz показана на фиг. 4. В момент времени 2 /3 на выходе элемента 39 появляется «О», а на выходе элемента 40 — «1».
По этому сигналу импульсы с выхода второго разряда регистра 25 поступают на элемент 42, а импульсы с выхода четвертого разряда регистра поступают на элемент 41 и далее к инвертору 3. Последовательность импульсов U4< и V<2 в момент 5 g/3 (фиг. 2) меняется на обратную повтопно.
Таким образом, на выходах инверторов и преобразовательных ячеек создается напряжение, соответствующее Uopg, U l, и
U (фиг. 2).
В задачу генератора прямоугольных импульсов входит формирование импульсов с частотой, превышающей частоту выходного напряжения преобразователя в 36 раз. Для выполнения логики работы сдвигающего регистра на информационные входы Д1, Д2 и Д4 подан уровень логического
«О», а на вход первого разряда Vl и информационный вход ДЗ подан уровень логической «1». На установочные входы счетчика-делителя и разрешающие входы дешифратора подан уровень логического «О».
Для уменьшения коэффициента гармоник выходного напряжения рекомендуются следующие соотношения. Коэффициенты трансформации по вторичным обмоткам основных трансформаторов первой ветви фаз (Кглвь Кглв| К лв< К1воi, Kzsc1 K>sci, a TaKже коэффициенты трансформации 1-го трансформатора второй ветви фазы АВ (К(лвв и обмотка (п+1-j)-го трансформатора второй ветви фазы ВС (К<„+1.> )соответственно равны между собой и совместно с коэффициентом трансформации i-го вспомогательного трансформатора (К1 в,„) выбираются из соотношений
К ой=М(п 3; К(„„,> „— — ЗК „- 1;
K =ЗКiвогК всг = 3K(j- ) scs. - 1 Кп ввг = ЗК(л-ps злы = Кэйл()х)+ 1) где Н= -3 — число ступенек на шестой части периода выходного напряжения; m, н — число соответственно вспомогательных инверторов и преобразовательных ячеек основноr0 инвертора; 1= 1д,g,-., †порядков номер вспомогательного инвертора; 1=юг,з,-.,л — порядковый номер преобразовательных ячеек основного инвертора. Коэффициенты трансформации 10 вторичным обмоткам трансформ аторов преобразователя при п=2, m= l равны К во = 1; K(pcs= 2; Кива= 5 К1лм = 7 При этом напряжение на вторичных обмотках Uo, с амплитудами ступенек Uj, величина которых отсчитывается от оси абсцисс (фиг. 2) связано следующим образом: Upg3= Upg = 1- г, Ups = Volt = Ug, 1 оп=1)ои = оп = 1-) ого = 1-) г Uо1З = 1-1 015 = Uj Остальные ступеньки образуются за счет сложения или вычитания напряжений вторичных обмоток. Так. U> = Uog + Го,в, U7 = 1- 010 Upl3р 1- 6 = 1-1ло+ Upo В преобразователе полупериод выходного напряжения разбит на три равных интервала. На первом интервале замыкаются ключи 21 и 23. При этом Ups =Uog+Upgo - Uoo Usc.= - (Uoti+ Uou+ + Vox); Upc = — (Uss +Usc). На втором интервале замыкаются ключи 22 и 23 и Uas= — (Upsy +Ups) ° Usc= - (Upr +Vora+Up>a), 1лв = - (1"1лв+ +Use ). На третьем интервале замыкаются ключи 21 и 24 и UAs =Upg +Uolo - Ups 1 Во = (Upg + Uoso ), 1- лс = (1 Ав + 1 во). В следуюгций полупериод выходного напряжения работа преобразователя осуществляется аналогично описанному и соответствии с временными диаграммами (фиг. 2) . В предлагаемом преобразователе трансформаторы ПЯ работают с тройной частотой выходного напряжения (3 f), а их коэффициент расчетной мощности Кооя,ррПервый вспомогательный трансформатор работает на частоте Зп1, а частота каждого последующего вспомогательного трансформатора, как и в известном устройстве, в три раза больше частоты предыдущего трансформатора, при этом их К11г 1. Благодаря прерывистому характеру работы ячеек основного инвертора cóììàðная масса трансформаторов уменьшена на 35 — 40 /p. Кроме этого, при формировании ступенек квазисинусоидального напряжения напряжение выходных обмоток в основНоМ складывается, тем самым улучшена передача энергии от инверторов в нагрузку, т.е. снижена расчетная мощность кл очей инверторов. С точки зрения минимизации массы, габа ритов и коэффициента гармоник выходного напряжения выбирать п больше 3, à m больше 2 не рационально, поскольку с ростом ука 1169121 Фиг.2 занных величин увеличивается масса и габариты ключей инвертора, которые снижают эффект уменьшения массы и габаритов трансформаторов, а формирование квазисинусоидального (трапецеидального) напряжения с числом ступенек больше 18 не дает эффекта в уменьшении Кг (при стремлении и и m к бесконечности Кт стремится к 4,63%). 1169121 лу zri/р Составитель В. Моин Техред И. Верес Корректор А. Обручар Тираж 646 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор А. Сабо Заказ 4626/5!
