Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное . Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов. Преобразователь содержит однофазный инвертор, нагруженный на трансформатор, а также .три группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой. Одни силовые выводы ключей связаны с выходными выводами преобразователя, а другие обьединены в три общие точки, две из которых соединены с крайними выводами основной вторичной обмотки трансформатора . Третья общая точка ключей подключена через три ключа и две дополнительные обмотки трансформатора к средней точке основной обмотки. Числа витков основной и дополнительных обмоток относятся как 1:0,25: :0,25 или 1:0,232:0,232. Блок управления преобразователем содержит задающий генератор, нагруженный на две параллельные ветви, первая из которых содержит триггер и блок буферных усилителей , а вторая ветвь - последовательно связанные делитель частоты, счетчик импульсов, программируемое постоянное запоминающее устройство, логические элементы и блок буферных усилителей. Инвертор работает на высокой частоте, кратной выходной, и на вторичных обмотках трансформатора формируется прямоугольное напряжение. С помощью ключей переменного тока это напряжение преобразуется в низкочастотное многоступенчатое, близкое по форме к синусоидальному. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. с (Л оо со СО ОС со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1339830 А1 д1) 4 Н 02 И 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4066464/24-07 (22) 11.05.86 (46) 23.09,87. Бюл. ¹ 35 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) А.M.Àçàðîâ, С.M.Ãàâðèëåíêî, А, В.Лебедькова и А.Г.Азаров (53) 621.314.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1032567, кл . Н 02 M 7/48, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1275717, кл. Н 02 M 7/48, 1985. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное. Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов. Преобразователь содержит однофаэный инвертор, нагруженный на трансформатор, а также три группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой. Одни силовые выводы ключей связаны с выходными выводами преобразователя, а другие объединены в три общие точки, две из которых соединены с крайними выводами основной вторичной обмотки трансформатора. Третья общая точка ключей подключена через три ключа и две дополнительные обмотки трансформатора к средней точке основной обмотки.

Числа витков основной и дополнительных обмоток относятся как 1:0,25:

:0,25 или 1:0,232:0,232. Блок управления преобразователем содержит задающий генератор, нагруженный на две параллельные ветви, первая из которых содержит триггер и блок буферных усилителей, а вторая ветвь — последовательно связанные делитель частоты, счетчик импульсов, программируемое постоянное запоминающее устройство, логические элементы и блок буферных усилителей. Инвертор работает на высокой частоте, кратной выходной, и на вторичных обмотках трансформатора формируется прямоугольное напряжение.

С помощью ключей переменного тока это напряжение преобразуется в низкочастотное многоступенчатое, близкое по форме к синусоидальному. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1339830

25

40 ю45

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания или электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное.

Цель изобретения — уменьшение мас сы и габаритов.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя; на фиг. 2 — принципиальная схема системы управления преобразователем; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие принцип формирования импульсов управления ключами преобразователя; на фиг ° 4 — таблица истинности программируемого постоянного запоминающего узла.

Преобразователь (фиг. 1) содержит однофазный инвертор, выполненный на ключах 1-4, выход которого нагружен на первичную обмотку трансформатора

5. Секции 6 и 7 основной вторичной обмотки трансформатора 5 подключены через дополнительные вторичные обмотки 8 и 9 и ключи 10-21 переменного тока к выходным выводам А, В, С преобразователя. В качестве ключей

1-4 инвертора могут быть использованы транзисторы или тиристоры с встречно-параллельно включенными диодами, а в качестве ключей переменного тока — симисторы, встречнопараллельно включенные тиристоры или транзисторы с последовательно включенными диодами, транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.

Блок управления преобразователем (фиг. 2) содержит задающий генератор

22, выход которого связан через триггер 23 и блок 24 буферных усилителей с управляющими входами силовых ключей

1-4 однофазного инвертора. Кроме того выход задающего генератора 22 подключен через делитель 25 частоты с изменяемым коэффициентом деления к входу двоичного счетчика 26, выходы которого соединены с адресными входами программируемого постоянного запоминающего устройства 27. Выходы 2829 последнего связаны через комбинационные узлы 40.1-40.4 и блок 24 буферных усилителей с управляющими входами силовых ключей 10-2 1 преобразо" вателя. Причем номера выходов блока

24 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены. Каждый комбинационный узел 40 содержит логические элементы НЕ 4 1, 3-ЗИ-2ИЛИ 42, НЕ 43, 2И 44, из которых первый элемент НЕ 4 1 подключен между вторым и пятым входами элемента 42, третий и шестой входы которого соединены с одним входом элемента 44, выход элемента 42 связан через второй элемент

НЕ 43 с другим входом элемента 44, второй и третий — с шестым, первый и четвертый входы элемента 42 образуют соответственно с первого по четвертый входы комбинационного устройства, а выходы последнего образованы выходами элементов 42 и 44.

На фиг. 3 диаграммы представляют формы импульсов на выходах следующих элементов: 45 — задающего генератора 22; 46 и 47 — триггера 23 (прямой и инверсный сигналы, которые являются управляющими для ключей 1-4);

48 — трансформатора 5; 49 — делителя 25 частоты; 50-57 — комбинационные узлы 40.1-40,4 (импульсы управления ключами 10-17 соответственно);

58-61 — на выходах 36-39 элемента 27 (импульсы управления ключами 18-21);

55 — преобразователя (выходное напряжение).

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 22 (фиг, 2) формирует последовательность .импульсов 45 (фиг. 3), которая поступает на вход триггера 23. Сигналы 46 и 47 прямого и инверсного выходов триггера 23 усиливаются блоком 24 буферных усилителей и поступают на управляющие входы силовых ключей 1-4. Кроме того, частота задающего генератора 22 делится делителем 25 частоты, например, на 2 и поступает на вход двоичного счетчика 26 с коэффициентом пересчета, равным 24. С выходов счетчика

26 сигналы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 27, логические состояния выходов 28-39 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице на фиг. 4. Выходные сигналы элемента 27 разрешают или запрещают прохождение сигналов 46 и

47 с выходов триггера 23 через комбинационные узлы 40.1-40.4 на входы блока 24. Причем уровень логического нуля на входе блока 24 обеспечивает закрытое состояние силового ключа, а уровень логической единицы — от39830

-4U-2U

Нвс Uas

25 п

= -2U"

+U ) = 2U, U с з 13 крытое ° В результате формируются необходимые последовательности импульсов управления силовыми ключами 1-4 и 10-21 преобразователя, Полупериод выходного напряжения 62 преобразователя можно разбить на 12 равных интервалов.

На первом интервале в соответствии с таблицей на фиг. 4 логические состояния выходов 28-39 элемента 27 имеют следующие значения 000111001100

С выходов 28-29 сигналы логических нулей поступают на входы комбинационного узла 40.1, запирают его, а следовательно, и силовые ключи 10 и 11.

Сигнал логического нуля с выхода

30 инвертируется элементом 4 1 и отпирает вторую схему И элемента 42 комбинационного узла 40.2, обеспечивая прохождение инверсной последовательности импульсов с выхода триггера 23 через элемент 42 и блок 24 на управляющий вход силового ключа

12. Кроме того, выходные импульсы

52 элемента 42 комбинационного узла

40.2 инвертируются элементом 43 и через открытый элемент 2И 44 и блок

24 поступают на управляющий вход ключа 13. Формирование-импульсов управления другими ключами на данном интервале, а также всеми силовыми ключами на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 45-61 (фиг. 3) и таблицей инстинности (фиг. 4) элемента 27. В результате работы инвертора на обмотках трансформатора 5 формируется напряжение

48, а на фазе нагрузки при соединении ее звездой — напряжение 62. Амплитуды ступеней с первой по шестую

2 4 5 6 последнего равны - U - U - U - U

7 8 — U где U — амплитуда напряжения на обмотках 8 и 9. Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней напряжение на каждой из сек. ций 6 и 7 вторичной обмотки трансформатора 5 должно быть равно 2И, т.е. числа витков основной и вспомогательных вторичных обмоток трансформатора 5 должны относиться между собой как 1:0,25:0,25. Инвертор и трансформатор могут работать на высокой частоте, кратной выходной.При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя 25 частоты и числом ступеней в полуперио де выходного напряжения. Пусть коэффициент деления делителя 25 частоты равен, например, двум (фиг. 3).Тогда интервал каждой ступени напряжения

62 можно разделить на два подынтервала, соответствующих полупериоду работы трансформатора 5.

На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи 13, 14, 18 и 19 (фиг. 3, диаграммы 53, 54, 58, 59). При этом к выходным выводам А, В и С, А преобразователя прикладываются напряжения соответственно секций 6 и 7, равные 2U а к выводам

С,  — сумма напряжений этих секций, равная 4U. В этом случае при соединении нагрузки звездой фазные напряжения равны

Бдь -Б д 2U 2U

U 0

3 3

На втором подынтервале первого интервала замыкают ключи 12, 15, 18 и 19, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 5. К выходным выводам А, В и С, В прикладываются напряжения секций 6 и 7, 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 25 частоты

40 работа ключей переменного тока повторяется для нечетных и четных подынтервалов соответственно и формируются нулевая, четвертая отрицательная и четвертая положительная ступе45 ни фазных напряжений U» Us, U соответственно.

На первом подынтервале второго интервала замыкают ключи 13, 14, 17 и 19, меняется полярность напряжений на секциях 6 и 7. К выводам А, В при50 кладывается сумма напряжений секции

7 и обмотки 9, равная 30, к выводам

С, А . — разность напряжений секции 6 и обмотки 9, равная U к выводам В, 55 С вЂ” сумма напряжений секции 6 и 7, равная 4U, При этом фазные напряже2 ния становятся равными U

1339830

7 5

Uþ,U = — Uþ r. e, формируются первая положительная, пятая отрицательная и третья положительная ступени фазных напряжений U,,U, Ц соответственно. В дальнейшем работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 45-б 1 импульсов управления клю- 10 чами преобразователя.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает воэможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство 15 разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой вы- 20 ходного напряжения.

Для формирования выходного напряжения, в котором отсутствуют низшие гармоники, числа витков основной и вспомогательных обмоток трансформато- 25 ра должны относиться между собой как

1:0,232:0,232. При этом в напряжении присутствуют только высшие гармоники с порядковыми номерами п = 11, 13, 23, 25,..., а коэффициент гармо- З0 ник равен 15,27.

Использование предлагаемого преобразователя обеспечивает меньшую массу и габариты по сравнению с известным за счет исключения вспомогательного инвертора и трансформатора, работающих на низкой частоте.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Преобразователь постоянного напряжения в трехфазнае квазисинусоидальное, содержащий однофазный инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора, основная вторичная обмотка которого содержит отвод от средней точки, три группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, одни силовые выводы которых соединены с выходными выво дами преобразователя, а другие их выводы объединены в три общие точки, две из которых соединены с концами вторичной обмотки трансформатора, и блок управления, содержащий задающий генератор, выход которого соединен с входом триггера и входом последовательно связанной цепи, содержащей делитель частоты, счетчик импульсов, программируемое постоянное запоминающее устройство, три пары выходов которого соединены с первыми и вторыми входами трех комбинационных узлов, третий и четвертый входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, выходы комбинационных узлов, три другие выхода программируемого постоянного запоминающего устройства и выходы триггера подключены соответственно через блок буферных усилителей к управляющим входам силовых ключей преобразователя, а каждый комбинационный узел содержит два логических элемента НЕ и по одному элементу 3-ЗИ— 2ИЛИ и 2И, второй вход элемента

3-ЗИ-2ИЛИ соединен с пятым входом через первый элемент НЕ, третий и шестой входы объединены и соединены с одним входом элемента 2И, выход элемента 3-ЗИ-2ИЛИ соединен через второй элемент НЕ с другим входом элемента

2И, причем второй, третий — с шестым, первый и четвертый входы элемента

3-ЗИ-2ИЛИ образуют соответственно с первого по четвертый входы комбинационного узла, выходы которого образованы выходами входящих в него элементов 3-ЗИ-2ИЛИ и 2И, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, средняя точка вторичной обмотки трансформатора соединена с общей точкой третьей

t группы ключей переменного тока через три параллельные ветви, из которых первая и вторая содержат по ключу переменного тока и дополнительной вторичной обмотке трансформатора, а третья ветвь — ключ переменного тока, причем указанные обмотки включены встречно, а в блок управления введены четвертый комбинационный узел, первый и второй входы которого подключены к двум дополнительным выходам программируемого постоянного запоминающего устройства, а третий и четвертый входы — к выходам триггера, выходы указанного комбинационного узла и третий дополнительный выход программируемого постоянного запоминающего устройства соединены через блок буферных усилителей с управляющими входами указанных дополнительно введенных ключей переменного тока,причем в программируемое постоянное запоминающее устройствовведена программав соответствии с таблицей истинности, 1339830 иг. 2

0

13

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что числа витков основной и дополнительных вторичных обмоток трансформатора от5 носятся между собой как 1:0,232:0,232 °

3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что числа витков основной и дополнительных вторичных обмоток трансформатора относятся между собой как 1:0,25:0,25.

1339830

Ф интЕ дпла бикпРюай лад л оо

odpeca л л oidoaog

72 И а о о а

7 т а о

0 0 о и о о

0 7 о 7

0 О а а т о о

0 0 (0

0 0 а !

0 О

От а

7 !

1 О

О а 7 а 0

0 0 о о а r т т

0 7 т 1 т т! о

0 0 а о о о

r 0

0 0

1 О

О 7 а

О 1

0 0 о о о о !

О 0 а т о о

1 т и о о о

0О

o r

0 а

7 1

О О о

0 О

0 1 а а

0 7 т т о о

0 7 и а а 1

77 о а о а о

0 1

76 а а

О r

0 1 о о о а а а а

0 1 а

0 о

1 а

0 а

0 r а о

o r о а 0 а а т

1 0 а а 1

Составитель В.Моин

Редактор С.Пекарь Техред М.Яндык

Корректор С,Шекмар

Заказ 4241/52 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1i3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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