Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики и электропривода. Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов. Преобразователь содержит однофазный мостовой инвертор, выполненный на ключах 1 - 6, и нагружен на первичную обмотку трансформатора (Тр) 7. Вторичные обмотки 8, 9, 10 Тр 7 соединены через ключи И -16 переменного тока в замкнутый треугольник, вершины которого образуют выходные выводы устройства А, В, С. Для получения выходного напряжения устройства, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из условия исключения гармоник, близких к основной. Для этого числа витков секций первичной обмотки Тр 7 должны относиться между собой как sin 30°/(sin 60° - sin 30°) 0,5:0,366, а числа витков вторичных обмоток 8-Ю равны между собой. Регулирование выходной частоты устройства может осуществляться изменением коэффициента деления делителя частоты при постоянной частоте работы инвертора и Тр 7, что позволяет улучшить массогабаритные показатели. 5 з. п. ф-лы, 7 ил. (Л |С сд vi ф

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1257791 511 4 Н 02 М 7/5395

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ д

1.1

,» 1 Д i

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3812558/24-07; 3848845/24-07 (22) 19.11.84 (46) 15.09.86. Бюл. № 34 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) А. М. Азаров, С. М. Гавриленко и Ю. А. Шурыгин (53) 621.314.58 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 838693, кл. Н 02 М 7/48, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 936313, кл. Н 02 М 7/537, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 959239, кл. Н 02 М 7/48, 1.981. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ

КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики и электропривода. Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов.

Преобразователь содержит однофазный мостовой инвертор, выполненный на ключах 1—

6, и нагружен на первичную обмотку трансформатора (Тр) 7. Вторичные обмотки 8, 9, 10 Тр 7 соединены через ключи 11 — 16 переменного тока в замкнутый треугольник, вершины которого образуют выходные выводы устройства А, В, С. Для получения выходного напряжения устройства, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из условия исключения гармоник, близких к основной. Для этого числа витков секций первичной обмотки Тр 7 должны относиться между собой как

sin 30 /(sin 60 — sin 30 ) = 0,5:0,366, а числа витков вторичных обмоток 8 — 10 равны между собой. Регулирование выходной частоты устройства может осуществляться изменением коэффициента деления делителя частоты при постоянной частоте работы инвертора и Тр 7, что позволяет улучшить массогабаритные показатели. 5 з. п. ф-лы, 7 ил.

1257791

1О !

55 и шестои входы которого соединены с одним входом элемента 38. Выход 37 связан через

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное трехфазное напряжение.

Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя, первый вариант; иа фиг. 2 --пример выполнения системы управления преобразователем; на фиг. 3 -- диаграммы, поясняющие принцип формирования импульсов управления силовыми ключами преобразователя, формы напряжений HB обмотках трансформатора и выходного линейного напряжения; на фиг. 4 — таблицы истинности ирограммируемого постоянного запоминающего устроиства; на фиг. 5 — — принципиальная схема силовой части, второй вариант; на фиг. 6— диаграммы напряжений; на фиг. 7 — — таблицы истинности для этого варианта.

Преобразователь (фиг. 1) содержит однофазный мостовой иивертор, выполненный на ключах 1 — -6 и нагружен на первичную обмотку трансформатора 7. Вторичные обмотки 8 10 трансформатора 7 соединены через ключи 11 — 16 переменного тока в замкнутый треугольник, вершины которого ооразуют выходные выводы А, В, С преобразователя. В качестве ключей 1- 4- иивертора могут быть использованы транзисторы или тиристоры с возвратными диодами, а H ка. честве ключей 5, 6 и 11--16 переменного тока -- симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы, с последовательно включенными диодами, транзисторы, включенные H диагонали постоянного тока диодных мостов.

Блок управления преобразователем (фиг. 2} содержит задающий генератор 17, выход которого связан через триггер 18 и блок 19 буферных усилителей с управляющими входами силовых ключей 1 и 2 однофазного инвертора. Кроме того, выход задающего генератора 17 подключен чсрез делитель 20 частоты с изменяемым коэффициентом деления ко Bxo tv двоичного счетчика 21, выходы которого соединены с адресными входами г.рограммируемого постоянного запоминающего устройства 22. Выходы 23 — 30 последнего связаиь через логические элементы 31- — 34 2И, комбинационные устройства 35.! — 35.3 и блок 19 буферных усилителей с управляющими входами силовых ключе" 3 — 6 и l l — -16 преобразователя.

Причем, номера выходов блока 9 соответствуют номерам ключей, к которым оии подключены. Каждое комбинационное устройство содержит логические элементы 36 НЕ, 373-3И-2ИЛИ, 38 НЕ, 39 2И, из которых первый элемент 36 HE подключен между вторым и пятым входами элемента 37, третий второй элемент 38 HE с другим входом элемента 39. Второй, третий с шестым, первый, четвертый входы элемента 37 образуют соответственно с первого по четвертый входы комбинационного устройства, а выходы последнего образовань выходами элементов 38 и 39.

На диаграмме (фиг. 3) показаны формы импульсов на выходах следующих элементов:

40 — задающего генератора; 41 и 42 — триггера 18 (прямой и инверсный сигнал, которые являются управляющими для ключей 1 и 2); 43 — делителя частоты 20; 44 — 47— элементов 31 — -34 (импульсы управления ключами 3 — 6 соответственно); 48 — вторичных обмоток трансформатора 7; 49 — 54— комбинационных устройств 35.1 — 35.3 (импульсы управления ключами 11 — 16 соответственно); 55 — преобразователя (выходное линейное напряжение Vm).

Во втором варианте выполнения силовой части (фиг. 5) трансформатор 7 выполнен с двумя вторичными обмотками 8 и 9, имеющими равное число витков, выводы которых через ключи переменного тока I l — 16 и 56—

58 соединены с выходными выводами преобразователя А, В, С.

Для управления ключами 56 — 58 выходы

«9- — 61 запоминающего устройства 22 соединены с соответствующими входами усилитеJIH 19 (фиг. 2).

На соответствующих этому варианту диаграммах (фиг. 6) показаны формы импульсов на выходах следующих элементов:

62 — задающего генератора 17; 63 и 64— ч риггера 18 имиульсь: управления ключами 1 и 2; 65 -- делителя частоты 20; 66—

69 — — элементов 31 — 34 (имиульсы управлеиния ключами 3 — 6 соответственно); 70— вторичных обмоток трансформатора 7;

7l — 79 — комбинационных устройств 35.!в

36 3 и выходах 59 — -61 блока 22 (импульсы управления ключами 11 — 16 и 56 — 58 соответственно); 80 — преобразователя (выходное линейное напряжение).

Преобразователь (фиг. 1) работает следующим образом.

Задающий генератор 17 (фиг. 2) формирует последовательность импульсов 40 (фиг. 3), которая поступает на вход триггера 18.

Сигналы 41 и 42 прямого и инверсного выходов триггера 18 усиливаются блоком 19 буферных усилителей и поступают на управляющие входы ключей I и 2. Кроме того, частота задающего генератора 17 делится делителем 20, например, на четыре и поступает на вход двоичного счетчика 21 с коэффициентом пересчета, равным 12. С выходов счетчика 21 сигналы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 22, логические состояния выходов 23 — -30,которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице на фиг. 4. Выходные сигналы элемента 22

1257791

55 разрешают или запрещают прохождение сигналов 41 и 42 с выходов триггера 18 через элементы 31 — 34 и комбинационные устройства 35 на входы блока 19. Причем, уровень логического нуля на входе блока 19 обеспечивает закрытое состояние силового ключа, а уровень логической единицы открытое. В результате формируются необходимые последовательности импульсов управления силовыми ключами 3 — 6 и 11 — 16 преобразователя. Полупериод выходного напряжения 55 преобразователя можно разбить на шесть равных интервалов.

На первом интервале в соответствии с таблицей на фиг. 4 логические состояния выходов 23 — 30 элемента 22 имеют значения

10110001. При этом с выхода 23 сигнал логической единицы отпирает элементы 31 и 32, обеспечивая прохождение прямой последовательности 44 импульсов через элемент 31 и инверсной последовательности 45 импульсов через элемент 32 и блок 19 буферных усилителей с выходов триггера 18 на управляющие входы силовых ключей 3 и 4 соответственно. Логическим кулем с выхода 24 запираются элементы 33 и 34, а следовательно, и силовые ключи 5 и 6. Сигналом логической единицы с выхода 25 отпирается первая схема И элемента 37, обеспечивая прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 18 через элемент 37 и блок 19 на управляющий вход силового ключа 11. Кроме того, выходные импульсы 49 элемента 37 инвертируются элементом 38 и через открытый элемент 39

2И и блок 9 поступают на управляющий вход ключа 12. Формирование импульсов управления другими ключами на данном интервале, а также всеми силовыми ключами на следующих интервалах, происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 40 — 54 (фиг. 3) и таблицей истинности (фиг. 4) элемента 22. В результате работы инвертора на обмотках трансформатора 7 формируется модулированное по амплитуде напряжение 48.

Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из условия исключения гармоник, близких к основной.

Для этого числа витков секций первичной обмотки трансформатора 7 должны относить ся между собой как sin 30: (sin 60 — sin 30 ) = 0;5:0,366, а числа витков вторичных обмоток 8 — 10 равны между собой.

При этом при подключении источника питания ко всей первичной обмотке трансформатора или к ее секции с большим числом витков напряжения на вторичных обмотках трансформатора становятся равными V, или

V> соответственно, где К, Vz — амплитуды первой и второй ступеней выходного линейного напряжения преобразователя (фиг. 3 и 5). При подключении вторичных обмоток

1О

l5

25 зо

4О

45 трансформатора с указанными величинами напряжений к выходным выводам преобразователя формируют первые и вторые ступени линейных напряжений. Кроме того, следует учесть, что при формировании трехфазного напряжения 55 для амплитуд его ступеней выполняется равенство Vi + V> =

= Va, поэтому третьи ступени линейных напряжений получают суммированием напряжений двух вторичных обмоток трансформатора 7.

В соответствии с принятым коэффициентом деления делителя 20 частоты, равным, например, четыре, интервал каждой ступени выходного напряжения 55 можно разделить на четыре поды нтервала, соответствующих полупериоду работы трансформатора 7.

На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи 1, 3, 11, 16 (диаграммы 41, 44, 49, 51, фиг. 3 соответственно).

При этом напряжения на вторичных обмотках 8 — 10 трансформатора 7 становятся равными Vz. Через замкнутые ключи 11, 16 к выходным выводам А, В преобразователя прикладывается суммарное напряжение двух последовательно и встречно включенных обмоток 8 и 9, равное нулю. К выходам С, В через ключ 16 прикладывается напряжение обмотки 9, равное V . К выходам С, А через ключ 11 — напряжение обмотки 8, также равное 1 . В результате выходные линейные напряжения становятся равными Vms = О, Vsc = — V2, Vc = Vg.

На втором подынтервале первого интервала замыкают ключи 2, 4, 12, 15, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 7. Выводы А, В закорачиваются через замкнутые ключи 12 и 15. К выводам

С, В через ключ 15 и к выводам С, А через ключ 12 прикладывается напряжение обмотки 10, равное V>, поэтому величины линейных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале работа ключей повторяется для нечетных и четных подынтервалов соответственно и формируются нулевая, вторая отрицательная и вторая положительная ступени линейных напряжений 1 лв, 1 вс, 1/сА соответственно.

На первом подынтервале второго интервала замыкают ключи 1, 5, 11, 13 (диаграмма

41, 46, 49, 51 фиг. 3) . Напряжения на обмотках 8 — 10 трансформатора 7 становятся равными V>. Через ключ 13 к выводам А, В прикладывается напряжение обмотки 9, равное Vi. К выводам С, А через ключ 11 прикладывается напряжение обмотки 8, также равное Vi. К выводам С, В через ключи 11 и 13 прикладывается сумма напряжений обмоток 8 и 9, равная У . При этом формируются первая положительная, третья отрицательная и первая положительная ступени линейных напряжений VAs, Vsc, VcA.

В дальнейшем работа преобразователя происходит аналогично описанному в соот1257791 э

Формула изобретения ветствии с диаграммами импульсов управления ключами преобразователя и формой напряжения на обмотках трансформатора 7.

В результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное трехступенчатое с нулевым уровнем линейное напряжение 55.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разности потенциалов фаз в течение 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 20 частоты при постоянной частоте работы однофазного инвертора и трансформатора, что благоприятно сказывается на массогабаритные показатели преобразователя.

Работа преобразователя по второму варианту выполнения силовой части (фиг. 5) аналогична рассмотренной для первого варианта с учетом другого алгоритма коммутации ключей (фиг. 6, 7) и другого соотношения числа витков секций первичной обмотки, равного /3: (2 — 3) .

1. Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, содержащий однофазный инвертор, выходом соединенный с первичной обмоткой трансформатора, выводы вторичных обмоток которого подключены через демодулятор, выполненный на ключах переменного тока, к выходным выводам преобразователя, и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами силовых ключей преобразователя, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, однофазный инвертор выполнен мостовым, один полумост которого выполнен на управляемых ключах постоянного тока, шунтированных возвратными диодами, а другой полумост — на ключах переменного тока, первичная обмотка трансформатора содержит промежуточный отвод, который связан через два дополнительно введенных ключа постоянного тока, шунтированных возвратными диодами, с входными выводами преобразователя, блок управления содержит задающий генератор, выход которого связан со входом триггера и входом последовательно соединенной цепи, состоящей из делителя частоты, счетчика импульсов, программируемого постоянного запоминающего устройства, а также двух пар логических эле30

3S

55 ментов 2И, одни входы каждой пары которых объединены в две общие точки и связаны с двумя выходами программируемого постоянного запоминающего устройства, другие три пары выходов последнего подключены к первым и вторым входам трех комбинационных устройств, третий и четвертый входы которых и другие входы каждой пары элементов 2И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, выходы элементов 2И, комбинационых устройств и триггеры связаны со входами блока буферных усилителей.

2. Преобразователь по и. 1, отличающийся тем, что каждое комбинационное устройство содержит два логических элемента НЕ, элемент 3-ЗИ-2ИЛИ и элемент 2И, первый элемент НЕ подключен между вторым и пятым входами элемента З-ЗИ-2ИЛИ, третий и шестой входы которого объединены и соединены с одним входом элемента 2И, выход элемента 3-ЗИ-2ИЛИ связан через второй элемент HE с другим входом элемента 2И, причем второй, третий с шестым, первый, четвертый входы элемента 3-ЗИ-2ИЛИ образуют с первого по четвертый входы комбинационного устройства, а выходы последнего образованы выходами входящих в него элементов 3-ЗИ-2ИЛИ и 2И.

3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что демодулятор содержит две группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, из которых ключи первой группы соединены через три вторичные обмотки трансформатора, имеющих равное число витков, в замкнутый треугольник, вершины которого образуют выходные выводы преобразователя, а каждый из ключей второй группы подключен между точкой соединения вторичной обмотки трансформатора и силового ключа переменного тока одной из соответствующих сторон треугольника и его противоположной вершиной.

4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что демодулятор содержит три группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, одни силовые выводы ключей каждой группы объединены и образуют три общие точки, которые подключены к выводам двух последовательно соединенных двух вторичных обмоток трансформатора с равным числом витков, а другие силовые выводы всех ключей соединены с выходными выводами преобразователя.

5. Преобразователь по и. 3, отличающийся тем, что промежуточный отвод первичной обмотки трансформатора делит ее по числу витков в отношении 1: (1/3 — 1).

6. Преобразователь по п. 4, отличающийся тем, что промежуточный отвод первичной обмотки трансформато >а делит ее по числу витков в отношении;/3: (2 — /3).

125779I

Фы. 2

5Ю

125779!

Фиг.4

1257791

62

66

66

66

67

68

7О

71

72

7S

7Ф

76

77

78 дыханий sod

/Ы а4еса

W Aludcd

60 61

25

1 0

0 0

0 1

0 !! 0

0 0

1 0

0 0

1 0

0 1! 0

0 0

0 0

0 !! 0

1 0

1 0

1 0

0 1

1 0

0 0! 0

0 0

0 0

1 0

0 0

0 1

1 0

0 0

1 0

0 1! 0

0 0

1 а

1 0

1 0

Фиг.7

Редактор И. Сегляник

Заказ 5037/55

Составитель В. Моин

Техред И. Верес Корректор Г. Решетник

Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4