Преобразовательное устройство со звеном постоянного тока

 

Изобретение относится к преобразовательной технике н м.б. использовано при построении устройств гарантированного питания или в электроприводе. Целью изобретения является выравнивание нагрузки между одноименными вентилями инверторов и повышение функциональной надежности. Устройство содержит трехфазные инверторы напряжения 1, 2, выходы которых подключены к соединенным в звезду первичным обмоткам трансформаторов 3, 4. Вторичные обмотки тр-ров 3, 4 соединены в звезду и треугольник. Основные гармоники ступенчатых кривых напряжений на вторичных обмотках тр-ров 3, 4 оказываются в фазе, тогда как напряжения на выходе вентильных схем инверторо1з сдвинуты на 30 эл. град. Вследствие синфазности и равенства « основных гармоник кривых напряжений ин (Л верторов их одноименные вентили однаково загружены. 4 ил. 1 табл. 2. 5 ьо | to 4 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН 51) 4 Н 02 М 7 515

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

F

Ф

С:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3656377/24-07 (22) 20. 10.83 (46) 23.11.86. Ьюл. ¹ 43 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (72) В. С. Высочанский, А. Ф. Суров и Ю. Н. Чаплыгин (53) 621.314.572 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 561274, кл. Н 02 Р 13/18, 1973.

Патент ФРГ № 2348157, кл. Н 02 Р 7/44, 1977

Руденко В. С. и др. Основы преобразовательной техники. — М.: Высшая ilIKQла, 1980, с. 262. (54) Г!РЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СО ЗВЕНОМ ПОСТОЯННОГО

ТОКА

ÄÄSUÄÄ 1272431 А1 (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано при построении устройств гарантированного питания или в электроприводе. Целью изобретения является выравнивание нагрузки между одноименными вентилями инверторов и повышение функциональной надежности.

Устройство содержит трехфазные инверторы напряжения 1, 2, выходы которых подключены к соединенным в звезду первичным обмоткам трансформаторов 3, 4. Вторичные обмотки тр-ров 3, 4 соединены в звезду и треугольник. Основные гармоники ступенчатых кривых напряжений на вторичных обмотках тр-ров 3, 4 оказываются в фазе, тогда как напряжения на выходе вентильных схем инверторов сдвинуты на 30 эл. град. Вследствие синфазности и равенства основных гармоник кривых напряжений инверторов их одноименные вентили однаково загружены. 4 ил. табл.

1272431

Зо

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, при построении устройств гарантированного питания или в электрон р и воде.

Цель изобретения — выравнивание нагрузки между одноименными вентилями инверторов и повышение функциональной надежности устройства.

На фиг. 1 приведена силовая схема преобразователя; на фиг. 2 — кр, âûå напряжения инверторов и преобразователя; на фиг. 3 — возможная модификация преобразователя; на фиг. 4 — пример схемы инвертора напряжения, входящего в преобразователь.

Преобразователь (фиг. 1) содержит трехфазные инверторы 1 и 2 напряжения, выходами Ql, 81, cl и а2, В2, с2 подключенные к соединенным в звезду первичным обмоткам выходных трансформаторов 3 и 4.

Элементы — 4 образуют преобразователь 5, шины питания которого подключены к источнику 6 питания с условно введенной в него нулевой точкой 7. Вторичные обмотки трансформаторов 3 и 4 соединены соответственно по схеме звезда и треугольник и подключены к выходным шинам 8 для подключения к ним нагрузки.

На фиг. 2 показаны временные диаграммы выходных напряжений 9 и 10 инверторов 1 и 2 между точками аь а и точкой 7 соответственно, а также кривые линейного 11 и фазного 12 напряжений на выходе трансформатора 3 (при отключенном инверторе 2), кривые линейного напряжения 13 на выходе инвертора 2 (при отключенном инверторе 1) и общего линейного напряжения 14 преобразователя.

Преобразователь (фиг. 3) может содержать трехфазные инверторы 15 — 18 напряжения, аналогичные инверторам 1 и 2 (причем инверторы 15 и !7 — ведущие, а инверторы 16 и 18 — ведомые), с выходными трансформ атор ам и 19 и 20.

Инвертор содержит основные управляемые вентили 21 — 26 и обратные диоды 27 — 32.

Коэффициенты трансформации трансформаторов 3 и 4 или 19 и 20, их мощность и величина напряжения короткого замыкания выбираются одинаковыми. Инверторы 1 и 2, или 15 — 18 также выбираются одинаковыми.

Это могут быть как инверторы напряжения с двухпроводным входом (фиг. 4), которым соответствуют кривые фиг. 2, так и инверторы напряжения с трехпроводным входом. Во всех случаях фазовый сдвиг между кривыми напряжений инверторов (так же, как это делается в известных устройствах) устанавливается 30 эл. град. При невыполнении условий по фазовому сдвигу, величине коэффициентов трансформации или напряжений к.з. работоспособность преобразователя не нарушается, но меняется степень подавления высших гармонических (узлы коммутации на фиг. 4 не пока. заны) . В частности вентили 21 — 26 могут рассматриваться как полностью управляемыее.

Рассмотрим работу преобразователя с инвертором (фиг. 4) . Пусть потенциальная диаграмма вывода а инвертора соответствует кривой 9 (фиг. 2), Тогда потенциальные диаграммы выводов в и с аналогичны ей, но сдвинуты соответственно на треть и две трети периода. Если моменту запирания вентиля 21 соответствует момент времени ti, то моменты запирания следующих вентилей 22 — 26 соответствуют моментам 4 — !6 (фиг. 2).

Пусть нагрузка инвертора индуктивноактивная с созХ)0,55 и к рассматриваемому моменту времени в интервале времени — ток проводят вентили 21 — 23. В момент ti, когда должен быть изменен знак потенциала вывода а, запирают вентиль 21, а ток этой фазы нагрузки начинает протекать по цепи диода 27. Сразу же после восстановления вентильной прочности вентиля 22 может быть подан отпирающий импульс на вентиль 24 и он начнет проводить ток, как только будет израсходована энергия, накопленная полем нагрузки фазы а. С этого момента времени ток проводят управляемые вентили 22 — 24. В момент tg запирают вентиль 22. Ток фазы с нагрузки начинает проводить диод 22 и проводит его до момента, когда не будет израсходована энергия фазы с нагрузки.

Сразу же после восстановления вентильной прочности вентиля 22 может быть подан отпирающий импульс на вентиль 25. Этот вентиль вступит в работу вслед за тем, как прекратится ток в диоде 32. Дальнейшая работа вентилей инвертора происходит аналогично рассмотренному.

Так как входное напряжение инвертора неизменно, управляемые вентили и диоды инвертора обеспечивают непрерывное протекание тока как согласно с напряжением источника питания, так и встречно ему, то основным свойством инвертора напряжения является независимость формы кривой его напряжения от величины и характера нагрузки (независимость от величины и направления тока нагрузки). Естественно, что это свойство сохраняется и в предлагаемом преобразователе, когда выводы вторичных обмоток трансформаторов инверторов с различными мгновенными значениями кривых напряжений объединены общими выводами (фиг. 1 и 3).

Благодаря этому основные гармоники ступенчатых кривых напряжений на вторичных обмотках трансформаторов инверторов оказываются в фазе, тогда как напряжения на выходе вентильных схем инверторов, как и у известного устройства, сдвинуты на 30 эл.

1272431

Гармоника

19

О,0012 0,001

0,028

0,035

0,2

0,4

Формула изобретены» град. Вследствие синфазности и равенства основных гармоник кривых напряжений инверторов их одноименные вентили одинаково загружены. Поэтому кривые 9 — 13 (фиг. 2) не меняют своего вида от того, есть ли у инверторов 1 и 2 общие шины 8, связывающие их трансформаторы 3 и 4, или нет.

Разница мгновенных значений упомянутых кривых напряжений вызывает протекание между трансформаторами 3 и 4 уравнительных токов. При равенстве их реактан- 1О сов (равенстве напряжений короткого замыкания — 1«) общее линейное напряжение

14 на шинах 8 оказывается равным полусумме мгновенных значений напряжений 11 и 13.

Уравнительный ток, содержащий только высшие гармонические, оказывается незначительным и не превосходит тех значений, которые имеют уравнительные токи высших гармонических инверторов, при улучДействующее значение тока трансформатора в относительных единицах с учетом токов высших гармонических — — 1":

Т( в данном слу е оказывается равным

1-:= /1+

С учетом активной составляющей импеданса трансформатора и эффекта вы35 теснения тока с ростом его частоты снижение токов 1„с ростом и идет еше быстрее, чем это следует из приведенной формулы.

Преобразователь (фиг. 3) содержит два 4о преобразователя, аналогичных рассмотренному. Разница состоит в том, что инверторы, входящие в состав каждого преобразвателя, здесь могут управляться с произвольным фазовым сдвигом, а первичные обмотки трансформаторов включены между 45 выходными выводами инверторов 15, 16 и

17, 18. При сдвиге моментов подачи отпирающих импульсов и сдвиге моментов запирания между парами инверторов в 30 эл. град. получаем на общих шинах подавление гармоник с порядковым номером и =

= 6К+1, где К = 1, 3, 5... Поскольку при этом угол фазового сдвига между ведущим и ведомым инвертором в каждой паре может устанавливаться произвольно, получаем устройство с регулируемым напряжением, в котором при любом уровне выходного напряжения подавлены все названные гармоники. ц(енин Нх формы кривой путем Il(>XI.. II() I( ния фильтров. или в относительных единицах где 11, I. — — соответственно токи нср1)ой и п-й гармоник;

1 — напряжение к.з. трансформ;)т()ра, Х вЂ” суммарное реактивное сопротивление одной фазы трап(форматора;

L — напряжение и-й гарм(ники.

В таблице приведены значения ур;(ьч(ительных токов 5, 7, !7, !9, 29 и 31 I I!)xli)IIIII( для кривых фиг. 2 в относительных единицах при )„=О,!.

Г1ри одинаковом сдв»гc отпир;)к)11(и Ililпульсов между инверторами каждой II

7,5 раз 11 и !3-я гармоники. Yliol()(ã )1(11чатая кривая выходного напряжения это(() преобразователя оказывается прияти (сеixll синусоидальной.

Преобразовательное устройство со з)ив ном постоянного тока, содержа>цее два трсхфазных инвертора напряжения и два Т!>схфазных трансформатора, причем Ilx lie!)sичные или вторичные обмотки соединены по одинаковой схеме, например звезда или треугольник, а также систему управления, обеспечивающую фазовый сдвиг трехфаз)(ых систем напряжения этих инверторон и» угол т(/6, отличающееся тем, что, с цельк> выр;)внивания нагрузки между одноименными исllтилями инверторов и повышения фу ни)ни>нальной надежности устройства, H ()!>11lx T!)<111сформаторов соединены но разным схемам

v одного трансформатора Iio x(ме знсз,1<1, а у другого — треугольник, концы вторичHblx обмоток трансформаторов пофаз)н> ll() 1ключены к трем выводам переменного T()ка преобразовательного устрой(тва.

1272431 ь5 сб Ь

Составитель Г. Мыцык

Редактор A. Шишкина 1 скреп И. Верее Корректор A. Обручар

Заказ 6346j53 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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