Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (19) (11) А1 д1) 4 Н 02 М 7/5395 s»

1 щ

1, (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

g g), )

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3922631/24"07 (22) 09.07.85 (46) 07.12.86, Бюл. У 45 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики

Ф (72) А.M. Азаров, А.Г. Азаров, С.М. Гавриленко и А.В. Лебедькова (53) 621.3 14.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(785935, кл. Н 02 М 7/537, 1979.

Авторское свидетельство СССР

В 936313, кл. Н 02 М 7/537, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 838963, кл. Н 02 M 7/48, 1980. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯМБНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к электро- технике и может быть использовано в системах автоматики и электроприводе для преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное.

Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов и улучшение формй кривой. выходного напряжения. Преобразователь содержит основной и вспомогательный инверторы, нагруженные на соответствующие обмотки трансформаторов 9, 10. Блок управления содер1275717 жит задающий генератор, триггер и блок буферных усилителей, соециненных по выходу с входами ключей основного инвертора. Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в дву:Р направлениях

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

Цель изобретения — уменьшение мас сы и габаритов и улучшение формы кривой выходного напряжения.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя; на фиг. 2 — принципиальная схема блока управления преобразователем„ на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие принцип формирования импульсов управления силовыми ключами преобразователя, формы напряжений на обмотках основного и вспомогательного трансформаторов и выходного фазнога напряжения; на фиг. 4 — таблица истинности программируемого постоянного запоминающего устройства.

Преобразователь (фиг. 1) содержит основной и вспомогательный инверторы, выполненные соответственно на ключах

1-4 и 5-8. Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки основного

9 и вспомогательного 10 трансформаторов. Секции 11 и 12 вторичной обмотки основного трансформатора 9 и вторичная обмотка 13 вспомогательного трансформатора 10 соединены между собой и через ключи 14 — 22 переменного тока с выходными выводами А, В и С преобразователя. В качестве клю чей 1 — 8 инверторов могут быть использованы транзисторы или тиристоры с обратными диодами, а в качeñòâå ключей переменного тока 14-22 — симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы = последовательно включенными диодами, и постоянство разности потенциалов фаз в течение каждого интервала, что обеспечивает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.

2 з.п. ф-лы, 4 ил. транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.

Блок управления преобразователем (фиг. 2) содержит задающий генера5 тор 23, выход которого связан через триггер 24 и блок 25 буферных усилигелей с управляющими входами силовых ключей 1-4 основного инвертора,Кроме того, выход .задающего генератора 23 ,g подключен через делитель 26 частоты с изменяемым коэффициентом деления к входу двоичного счетчика 27, выходы которого соединены с адресными входами программируемого постоянного запоминающего устройства 28. Выходы 29-39 последнего связаны через логические элементы НЕ 40 и 41, комбинационные устройства 47.1-42.3 и блок 25 буферных усилителей с управ26 ляющими входами силовых ключей 5-8 и 14-22 преобразователя (номера выходов блока 25 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены).

Каждое комбинационное устройство

2Ь 42 содержит логические элементы НЕ

43, 3-3-2ИЛИ 44, HE 45 и 2И 46, из которых первый элемент НЕ 42 подключен между вторым и пятым входами элемента 3-3-2ИЛИ 44, третий и шестой

ЗО входы которого соединены с одним входом элемента 2И 46. Выход элемента

3-.3-2ИЛИ 44 связан через второй элемент НЕ 45 с другим входом элемента

2И 46. Второй, третий с шестым,первый, четвертый входы элемента

3-3-2ИЛИ 44 образуют соответственно с первого по четвертый входы комбинационного устройства, а выходы последнего образованы выходами элементов

10 3 3 2ИЛИ 44 и 2И 46.

На фиг. 3 диаграммы представляют формы импульсов на выходах следующих

З 1275 элементов: 47 — задающего генератора

23; 48 и 49 — триггера 24 (прямой и инверсный сигналы которого являются управляющими для ключей 1-4 основного инвертора); 50 -делителя 26 час тоты; 51-54 — устройства 28 (выходы

29 и 30) и элементов 40 и 41 (импульсы управления ключами 5-8 вспомогательного инвертора); 55 и 56 — трансформаторов 9 и 10, 57-62 — комбина- 10 ционных устройств 42.1-42.3 (импульсы управления ключами 14-19 соответ ственно); 63-65 — на выходах 37-39

I ,устройства 28 (импульсы управления ключами 20-22); 66 †.преобразовате- 5 ля (выходное фазное напряжение).

Преобразователь работает следующим образом.

Задающий генератор 23 (фиг. 2) формирует последовательность импуль- 20 сов 47 (фиг. 3), которая поступает на вход триггера 24. Сигналы 48 и 49 прямого и инверсного выходов триггера 24 усиливаются блоком 25 буферных усилителей и поступают на управляющие25 входы силовых ключей 1-4 основного инвертора. Выходные импульсы задающего генератора 23 делятся делителем 26 частоты, например, на два и поступают на вход двоичного счетчи- ЗО ка 27 с коэффициентом пересчета, равным 24. С выходов счетчика 27 сигналы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 28,логические состояния выходов 29-39 которого в

3S зависимости от кода адреса представ лены в таблице (фиг. 4).

Выходные сигналы устройства 28 разрешают или запрещают прохождение сигналов 48 и 49 с выходов триггера

24 через элементы НЕ 40 и 41 и комбинационные устройства 42 на входы блока 25 ° Причем уровень логического нуля на входе блока 25 обеспечивает .45 закрытое состояние силового ключа, а уровень логической единицы — открытое. В результате формируются необходимые последовательности импульсов управления силовыми ключами 1-8 и

14-22 преобразователя. Полупериод

50 выходного напряжения 66 преобразо вателя можно разбить на 12 равных интервалов.

/ 17 4

С выходов 29 и 30 сигналы логических единиц поступают на два входа блока 25, обеспечивая открытое состояние ключей 5 и 7 вспомогательного инвертора в течение первого интервала. Кроме того, эти сигналы инвертируются элементами НЕ 40 и 41 и запирают ключи 6 и 8. С выходов 3 1 и 32 сигналы логических нулей поступают на входы комбинационного устройства 42.1, запирают его, а следовательно, и силовые ключи 14 и 15. Сигнал логического нуля с выхода 33 инвертируется элементом HE 43 и отпирает вторую схему И элемента 3-3-2ИЛИ

44 комбинационного устройства 42.2, обеспечивая прохождение инверсной последовательности импульсов с выхода триггера 25 через элемент

3-3-2ИЛИ 44 и блок 25 на управляющий вход силового ключа 16.

Кроме этого, выходные импульсы 59 элемента 3-3-2ИЛИ 44 инвертируются элементом HE 45 и через от срытый элемент 2И 46 и блок 25 поступают на управляющий вход ключа 17. Формирование импульсов управления другими ключами на данном интервале, а также всеми силовыми ключами на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 47-65 (фиг. 3) и таблицей истинности (фиг. 4) устройства 28. В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 9 и 10 формы» руются напряжения 55 и 56, а на фазе нагрузки при соединении ее ввез" дой — напряжение 66.

Амплитуды ступеней с первой по шестую последнего напряжения равны

2 4 5 6 7 8 — U — U — U — U — U — U где

3 3 3 3 3 *3

U — - амплитуда первой ступени выходного линейного напряжения.ngля получения напряжения с указанными ампли тудами ступеней напряжение на каждой из секций 11 и 12 вторичной обмотки трансформатора 9 должно быть равно

2U, а на вторичной обмотке 13 трансформатора 10 U, т.е. коэффициенты трансформации основного и вспомогательного трансформаторов должныотноситься между собой как 1:0,25..

На первом интервале в соответствии55 с таблицей (фиг. 4) логические состояния выходов 29-39 устройства 28

:имеют следующие значения: 11000111100.

Основной инвертор и трансформатор могут работать на высокой часто,те, кратной выходной. При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя 26 частоты и

5 12757 числом ступеней в полупериоде выходного напряжения. Пусть коэффициент деления делителя 26 частоты равен, например, двум. Тогда интервал каждой ступени напряжения бб можно разделить на два подынтервала, соответствующих полупериоду работы трансформатора 9.

На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи 17, 18 и

20 переменного тока (диаграммы 60, 61 и 63, фиг. 3). При этом напряение на каждой из секций 11 и 12 торичной обмотки трансформатора 9 тановится равным 2U а на вторичной обмотке 13 трансформатора 10 нулю. К. выходным выводам А,В и С,А преобразователя прикладываются напряжения секций 12 и 11, равные 2U, а к выводам С, — сумма напряжений 20 этих секций, равная 4U. В этом случае при соединении нагрузки звездой фазные напряжения равны

"яв

3 г

Uec

Uñ = -(Uà + Пв) 30

На втором подынтервале. первого интервала замыкают ключи 16, 19 и

20, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 9. К выходным выводам А,В и С,В прикладываются напряжения секций 11 и 12,а к выводам В,С вЂ” их сумма, поэтому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале при любом коэффициенте деления делителя 26 частоты

40 работа ключей переменного тока повторяется для нечетных и четных подынтервалов соответственно и формируются нулевая, четвертая отрицательная и четвертая положительная ступени

45 фазных напряжений Ug,Бв и У соответственно.

Формула изобретения

2U - 2U

П в 4Н 2П 20.

На первом подынтервале второго интервала замыкают ключи 17, 1I8 и

20. Напряжение на секцчях 11 и 12 равно 2U, а на обмотке 13 становится равным U. К выводам А,В прикладывается сумма напряжений секции 12 и обмотки 13, равная 3U, к выводам

B,С вЂ” сумма напряжений секций 11 и

12, равная 40. При этом фазные напряжения становятся равными:

17 Ь

11 °

7

U =- -U

5

U = — U с т.е. формируются первая положительная пятая отрицательная и третья положительная ступени фазных напряжений

U U z и U соответственно. В дальнейшем работа преобразователя происходит аналогично в соответствии с диаграммами 47-65 импульсов управления ключами преобразователя.

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.

Для формирования выходного напряжения, в котором отсутствуют низшие гармоники, коэффициенты трансформации основного и вспомогательного трансформатоов должны относиться меж ду собой как 1:0,232. При этом в напряжении присутствуют высшие гармоники только с порядковыми номерами и = 11, 13, 23, 25,..., а коэффициент гармоник равен 15,2%.

Использование предлагаемого преобразователя обеспечивает по сравнению с известным уменьшение массы и габаритов, так как трансформатор в известном преобразователе работает на частоте, в три раза превышающей выходную, а основной трансформатор предлагаемого преобразователя — на любой высокой частоте, причем через основной трансформатор передается в нагрузку 80% всей мощности.

Кроме того, предлагаемый преобразователь имеет лучшую форму кривой выходного напряжения — шестиступенчатую, коэффициент гармоник которой равен 9,43%, вместо трехступенчатой кривой с К =15,2% в известном преобразователе.

1. Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусо идальное напряжение, содержащий ос7 1275717 8 новной однофазный инвертор, выходом вичную обмотку вспомогательного транс.нагруженный на первичную обмотку форматора, вторичная обмотка котороосновного трансформатора, три группы го подключена между средней точкой ключей переменного тока, по трн клю- вторичной обмотки основного трансфорча в каждой, одни силовые выводы ко- матора и общей точкой ключей перементорых подключены к выходным выводам, ного тока третьей группы. а другие объединены в три общие точ- 2. Преобразователь по п.1, о т л идве из которых соединены с конца- ч а ю шийся тем, что коэффициенми вторичной обмотки основного транс- ты трансформации основного и вспомоформатора, и блок управления, выходы 1Î гательного трансформаторов относятся которого связаны с управляющими вхо- между собой как 1:0,25. дами силовых ключей, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью уменьше- 3. Преобразователь по п.1, о т л иния массы и габаритов и улучшения фор- ч а ю шийся тем, что коэффициен-. мы кривой выходного напряжения, в 15 ты трансформации основного и вспомонего введен вспомогательный однофазный гательного трансформаторов относятся инвертор, выходом нагруженный на пер- между собой как 1:0,232.

14

16

17

f8

19

21

22

Фиг. 2

1275717

47

С8

Я

S2

И

5С

5 7

58

И

64

62

6С

12757 I 7

Яюхойчой коЮ и йю адреса

0 0

0 а

0 0

0 0 о ю

3б

0 0

0 Г

Составитель В. Моин

Техред Л.Олейник

Редактор В. Петраш

Корректор И. Муска

Заказ 6579/55 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4