Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении источников вторичного электропитания как централизованного , так и децентрализованного TimoB во всех случаях, когда требуются улучшенные массогабаритные показатели и улучшенное качество преобразованной электроэнергии. Целью изобретения является улучшение качества преобразованной электроэнергии путем повышения содержания основной гармоники и уменьшения коэффициента гармоник напряжения и тока. Преобразователь обеспечивает преобразователь постоянного напряжения в трехфазное, квазисинусоидальное, а также регулирование его величины. В состав преобразователя входят модулятор в виде четырех стоек ключей, три однофазных . трансформатора, три демодулятора на ключах переменного тока и устройство управления, снабженное триггером и элементом 2И-НЕ. Построение логических узлов обеспечивает формирование заданного напряжения и его регулирование . 6 ил. (Л о:) ел со 00 | ND

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1359872 (5И 4 Н 02 М 7 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3959098/24-07 (22) 27. 09.85 (46) 15 ° 12.87. Бюл. У 46 (71) Московский текстильный институт им. А.Н.Косыгина и Московский энергетический институт (72) Г.С.Мыцык и А.В.Чесноков (53) 621.316.727 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 736309, кл. H 02 М 7/48, 1978, Тонкаль В.Е. и др. Полупроводниковые преобразователи модуляционного типа с промежуточным звеном повышенной частоты. Киев, Наукова Думка:

1981, с.187-192. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В

ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении источников вторичного электропитания как централизованного, так и децентрализованного типов во всех случаях, когда требуются улучшенные массогабаритные показатели и улучшенное качество преобразованной электроэнергии. Целью изобретения является улучшение качества преобразованной электроэнергии путем повышения содержания основной гармоники и уменьшения коэффициента гармоник напряжения и тока, Преобразователь обеспечивает преобразователь постоянного напряжения в трехфазное, квазисинусоидальное, а также регулирование его величины. В состав преобразователя входят модулятор в виде четырех стоек ключей, три однофазных трансформатора, три демодулятора на ключах переменного тока и устройство управления, снабженное триггером и элементом 2И-НЕ, Построение логических узлов обеспечивает формирование заданного напряжения и его регулирование. 6 ил.

1359872

Изобретение относится к преобразовательной технике и мажет быть использовано при построении источников вторичного электропитания как централизованного, так и децентрализован5 ного типов на всех тех случаях, когда требуются улучшенные массогабаритные показатели и поньппенное качество преобразованной электроэнергии.

Целью изобретения является улучшение качества преобразованной электроэнергии путем повьппения содержания основной гармоники и уменьшения коэффициента гармоник напряжения и тока.

kIa фиг.l изображена принципиальная схема преобразователя; на фиг.2— предлагаемое устройство для управления преобразователем; на фиг.3— временные диаграммы, поясняющие прин цип формирования управляющих сигналов ключами преобразователя; на фиг.4временные диаграммы, поясняющие принцип формирования выходного фаэного 25 напряжения на нагрузке при одном значении угла регулирования 140; на фиг. 5 — временные диаграммы двухфазных напряжений на нагрузке и линейное напряжение между этими двумя фа- 30 зами при 4 =0; на фиг.6 — зависимости коэффициента гармоник тока нагрузки преобразователя для прототипа — "а" и для предлагаемого реше- ..

t1 I I ния — б о 35

Преобразователь (фиг ° 1) содержит модулятор 1, выполненный в виде четырех стоек ключей 2-9 (на фиг.l, например, в виде транзистора, шунтированного диодом обратного тока) с, управляющими входами Мl, Ml — М4, М4..

К средним точкам стоек ключей 2-7 подключены одни концы первичных обмоток 10 — 12 трех однофазных транс форматоров 13-15, вторые концы кото- 45 рых объединены и подключены к средней точке ключей 8-9 четвертой стойки. Вторичные обмотки 16-18 подключены к трем однофазным демодуляторам

19-21. Демодуляторы могут быть выполнены по любой однофазной схеме (например, однофазной мостовой) на полностью управляемых ключах переменного тока. На фиг.i демодуляторы 19-21 выполнены по схеме "с нулевой точкой", на ключах 22-27 с управляющими входами ДМ1, ДМ1 — ДМЗ, ДМЗ. Вторичнь е обмотки 16-18 в этом случае выполнены со средней точкой, которая янляется одним из выводов демодуляторов 19-21, объединенных н общую точку. Другие выводы демодуляторов

19-21 образуют выходные выводы 2830 (А,В С) преобраэанаТеля, 1

Блок 3! управления преобразователем, представленный на фиг,2, включает в себя эадатчик 32 частоты, подключенный к первому 33 и третьему 34 делителям частоты, выходы которых подключены к входам логического элемента 2И-НЕ 35. Выход последнего связан через второй делитель 36 частоты с первым управляющим входом шестиканальнога распределителя 37 импульсов. Выход первого делителя 33 частоты подключен также к счетному входу перного IK-триггера 38, а выход третьего делителя 34 частоты— к счетному входу второго триггера 39.

Прямой и инверсный выходы g, g перваго IK-триггера 38 связаны через усилительно-раэняэывающий узел (не показан) с управляющими входами М4, М4 ключей 8, 9 модулятора 1 так, что

М4 = g, М4=g . К установочному входу I первого триггера 38 подключен выход элемента 2И-НЕ 35, а к установочному входу I второго IK-триггера 39 — выход второго делителя 36 частоты. Шестиканальный распределитель 37 импульсов выполнен па пересчетной схеме с перекрестными связями, например на трех основных IK-триггерах 40-42, счетные входы которых . подключены к первому входу/выходу второго делителя 36 частоты. ПараФазные выходы 03 g > Q y 5 основ ных IK-триггеров 40-42 подключены к установочным входам трех дополнительных IK-триггеров 43-45, счетные входы которых объединены, образуют второй дополнительный вход шестиканального распределителя 37 импульсов и подключены к выходу логического элемента 2И-НЕ 35. В состав блока 31 управления входят также три логических узла: узел 46 форйирования управляющих сигналов ключами 2-7 модулятора узел 47 формирования управляющих сигналов ключами 22-27 демодуляторов 19-21 и вспомогательный логический узел 48. Кроме указанных узлов, для обеспечения регулирования выходного напряжения введен модулятор 49 ширины импульсов, который синхронизирован от .первого 33 (пунктирная связь

1359872

55 на фиг.2) или третьего 34 делителя частоты или может быть автономным.

Вспомогательный логический узел

48 содержит два канала. В состав первого входят последовательно включенные элемент ЗИ-НЕ 50 и элемент 2-ЗИ2ИЛИ 51. Связи между выходами первого 38 и второго 39 ИК-триггеров, выходом S модулятора 49 ширины импульсов и входами элементов 50, 51 выполнены реализующими следующие логические функции: на выходе элемента 3 -HE 50, Q„Q S, а на выходе элемента 51 F =Q Q S Q +0 Q S. Выход F

1 2 2 1 2 вспомогательного логического узла 48 подключен к соответствующим входам узла 46. Второй канал вспомогательного логического узла 48 содержит последовательно включенные элемент НЕ

52, к входу которого подключен выход S модулятора 49 ширины импульсов и элемент 2-2И-ИЛИ 53, оставшиеся входы которого подключены к выходам

Q„Q первого IK-триггера 38 и модулятора 49 ширины импульсов. На выходе I вспомогательного узла 48, подключенного к соответствующим входам узла 47, обеспечивается реализация логической функции I=Q„S + Q,S. Узел

48 используется в случае необходимости регулирования выходного напряжения, Без использования этого узла входы узлов 46 и 47 формирования управляющих сигналов ключами модулятора, обозначенные соответственно F u, I, подключены непосредственно к выходам первого и второго IK-триггеров, так, что Р = О, a I = Q,.

Узел 46 выполнен в виде трех идентичных каналов, каждый из которых содержит по четыре элемента ЗИ 54-65, элемент 4ИЛИ 66-68 и последовательно подключенный к нему элемент НЕ 69-71.

Связи между входами логического узла

46 и соответствующими выходами шестиканального распределителя 37 импульcos обеспечивают реализацию следующих логических функций: на выходе элемента ЗИ 54 — Q1,QgQв 55 — а„Q,Q в, 56 — ЩДр, 57 — Щ,Q s На выходе элемента 4ИЛИ 66 формируется сигнал м1 = а,Q,а, + Q,а а +FQ,а, + FQ„Q, а на выходе логического элемента ЙЕ

69 — сигнал Ml. Остальные каналы выюлнены аналогично и формируют на выходах элемента ИЛИ 67 сигнал М2 =

QeQ aQ s +а „а я в +Ра а8+Иаьаа1

35 та 4 ИЛИ 68 — МЗ = а а,Q + Я,а,а. +

+ FQ

HE 70 — сигнал М2, 71 — МЗ. Выходы узла 46 связаны через усилительноразызываюший узел с управляющими входами Мl, М1 — МЗ, МЗ ключей 2-7 модулятора 1.

Узел 47 также выполнен трехканальньм, В состав каждого канала входят последовательно включенные элемент 2-2И-ИЛИ 72-74 и элемент HE 7577. Связи с распределителем 37 жив пульсов, первым IK-триггером 38 и вспомогательным логическим узлом 48 обеспечивают реализацию следующих логических функций; на выходе элемента 2 †2И вЂ 72 — ДМ1 = Q,а + I03, 73 — ДМ2 = Q, Q z + IQ,. 74 — ДМЗ

= а1а +Щ . На выходах элементов HE

75 формируется сигнал ДМ1„ 76 — ДМ2, 77 — ДМЗ. Выходы узла 47 связаны также через усилительно †развязывающ узел с управляющими входами ДМ1, ДМ1-ДМЗ, ДМЗ ключей 22 — 27 демодуляторов 19-21.

Принцип работы предлагаемого устройства для управления преобразователем поясняется временными диаграммами, представленными на фиг.3,4.

Рассмотрим принцип формирования уп— равляющих сигналов ключами преобразователя (фиг.3). Задатчик 32 частоты синхронизирует работу устройства.

Импульсы U., с его выхода поступают на входы делителей 33 и 34 частоты, коэффициенты деления которых связаны соотношением N u N " "1. Именно в этом случае на схеме сравнения 2И-НЕ 35 выделяются и пу- ьсы U32, частота следования которых равна 12 f ц„„, где

f ц„— частота напряжения на выходе преобразователя. После деления на 2 при помощи второго делителя 36 частоты последовательность импульсов

U поступает на первый вход распределителя 37 импульсов. Делители 3436 частоты формируют узкие импульсы (U < — U ). Для исключения состояний неоднозначности, присущих IK триггерам, и тем самым повышения функциональной надежности устройства в целом распределитель 37 импульсов выполнен по описанной вьппе схеме. Для этой же цели на установочный вход I первого IK-триггера 38 подают последовательность узких импульсов а на установочный вход I второго IKтриггера 39 — последовательность U q.

1359872

На выходах укаэанных триггеров в этом случае обеспечивается также устойчивое формирование последовательностей импульсов U, U,, причем в случае необходимости (случайный сбой и пр.) каждую 1/6 периода выходной частоты триггер 39 и каждую 1/12 периода fs„„ H e 38 автоматически принудительно устанавливаются в исходное состояние. Модулятор 49 ширины импульсов обеспечивает в соответствии с сигналом !! / формирование последовательности импульсов U<9, скважность которых может изменяться от 0 до 1. Узлы 46-48 выполнены на стандартных микросхемах, совершающих известные логические операции, Сигналы на некоторых их выходах представлены на -фиг.3. Номера последовательностей сигналов соответствуют номерам микросхем.

Особенностью построения модулято.ра 1 является использование общей стойки ключей 8,9 для формирования 26 модулированных напряжений U - U всех трех фаз А, R, С. На управляющие входы М 4, М4 ключей 8, 9 поДают сигналы управления 1533 U38 (Q„ ) (фиг.З) с неизменной частотой. 30

На управляющие входы Ml Hl — MÇ, MÇ ключей 2-7 остальных стоек модулятора 1 сигналы управления подают с большей или равной частотой (в отличие от прототипа, где сигнал. управления подают с большей, равной и меньшей частотой, что неоправданно усложняет структуру блока управления) при углах регулирования d ==0 либо сигнал типа P и сигнал равной частоты (U

U 6 на фиг.З) при a 4 0 на соответствующих интервалах проводимости, обусловленных требуемым фазовым сдвигом. Наличие одинаковой частоты коммутации силовых ключей 2-9 модулятора 1 позволяет сформировать на трех силовых трансформаторах 13-15 переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы (например, на интервале 7п/6 — 5 7!/6 (сигнал U 3 на фиг.4). Отличие, частоты коммутации ключей 2-7 от частоты коммутации ключей 8-9 позволяет сформировать переменное модулированное напряжение при

d =0 (например, сигнал Б„ на интервале — й/6 — 5й/6 и 5Г/6-7 й/6 нафиг.5) либо напряжение, форма которого представлена на фиг.4 (на тех же интервалах проводимости). Такая форма напря-жений позволяет получить на выходе трех демодуляторов. 19-21 на трехфазной нагрузке, соединенной в звезду, три трехфазных напряжения с однополярной 11!ИМ с фазовым сдвигом 120 (Uas — Uso на фиг.4,5).

Сравнивая спектральный состав фазового напряжения в предлагаемом устройстве и в прототипе, можно отметить что относительная величина основной гармоники увеличивается на 14,87. (U, -" 1,218 д„„„, по сравнению с

U» = I,06I U««a прототипе), причем это достигается при одинаковом числе коммутаций силовый ключей преобразователя (= О). Качество же преобразованной электроэнергии при этом улучшается вдвое (К (i) снижается с

0,4! до 0,21(фиг.6). ц ормула изобретения

Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, включающим модулятор в виде четырех стоек ключей с управляющими входами Ml

Ml - M4, М4, подключенных между шинами питания, три однофазных трансформатора, одни концы первичных обмоток которых подключены соответственно к точкам соединения ключей первых трех стоек, другие концы этих обмоток объединены и подключены к точке соединения ключей четвертой стойки, три однофазных демодулятора на ключах переменного тока с управляющими входами ДМI, ДМ! — ДМЗ, ДМЗ, подключенных к вторичнъпк обмоткам соответствующих трансформаторов, причем одни одноименные выводи демодуляторов объединены, другие являются выходными выводами преобразователя, содержащее задатчик частоты, подключенный к первому делителю частоты, въиод которого связан также с вторым делителем честоты, выход которого соединен с первым входом распределителя импульсов, третий делитель частоты и формирователь управляющих сигналов ключами модулятора, входами подключенный к выходам распределителя импульсов, а выходы предназначены для подключения к управляющим входам Ml, Ml — MÇ, MÇ ключей первых трех стоек модулятора, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества преобвазо1359872

15 ванной электроэнергии путем повышения содержания основной гармоники и уменьшения коэффициента гармоник напряжения и. тока, оно снабжено двумя

IK-триггерами с парафазными выходами

Q,Я „ и Я,Я, элементом 2И вЂ” НЕ и формирователем управляющих сигналов клю— чами демодулятора, входами подсоединенного к выходам распределителя импульсов и первого IK-триггера, выход первого делителя частоты связан с вторым, делителем через первый вход элемента 2И-НЕ и со счетным входом первого IK-триггера, второй вход эле- 15 мента 2И-НЕ соединен с выходом третьего делителя частоты и подключен к счетному входу второго IK-триггера, а выход подключен к установочному

I-входу первого IK-триггера, пред- 2р назначенного для подключения выходами к управляющим входам ключей четвертой стойки модулятора так, что

M4=Q1, M4 = Q1, вход третьего делителя частоты подключен к выходу за- 25 датчика частоты, а распределитель импульсов выполнен шестиканальным с парафазными выходами Q >, Q q — Q q, Q > по пересчетной схеме с перекрестными связями на трех основных IK-триггерах, счетные входы которых подключены к первому входу распределителя, выходы Q,Q — Q,0 < — к установочным входам трех дополнительных IKтриггеров, счетные входы которых объединены и являются вторым дополнительным входом распределителя импульсов, подключенным к выходу элемента

2И вЂ” HE, причем связи между выходами

IK-триггеров, распределителя импульсов и выходами формирователей управляющих сигналов выполнены реализующиI ми следующие логические функции:

Ml = Q,Q„Q, + Q„Q ц, + QQ,Q,Q,+ Q,Q„Q ;

ДМ1 = QЯ + Q, W2 = Q,Ä, + Qß ;

БЗ = Я,Я,+ Я,О а первый, второй и третий делители частоты выполнены формирующими узкие выходные импульсы и с коэффициентами деления N, 2, 11 1 соответственно, где N — любое целое число.

) 359872

l359S72

1359872

08

Составитель О,Парфенова

Редактор А.Маковская Техред M.Äèäûê Корректор Г.Решетник.

Заказ 61б1/54 Тираж 659 Подписное

BHHWH 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