Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании источников вторичного электропитания, предназначенных для тихоходных электроприводов переменного тока в тех случаях , когда требуется обеспечить согласование номинальных уровней напряжения питания и потребителя. Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения за счет уменьшения его коэффициента гармоник. Преобразователь содержит сетевой трансформатор 1, вторичные обмотки 2 и 3 которого коммутируются при помощи ключей 11-16 и 20-25 переменного то ,/ г IV ка с управляющими входами М --М . Каждая обмотка имеет промежуточный отвод, делящий обмотки по числу витков в отношении 3:2 и 1:4. Блок управления преобразователем обеспечивает нарастание и создание амплитуды напряжения подключаемых частей вторичных обмоток по линейному закону на интервалах соответственно и 27Г/3- и постоянство этих амплитуд на интервале 1Г/3-2 Н/3 полупериода выходного напряжения. 5 ил. i (Л сх QD 00 Фиг, 2

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЩЕЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„411898 А1

В (51)4 Н 02М 5 27ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиг. 2

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗО6РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4087074/24-07 (22} 16.05,86 (46.} 23.07.88. Бюл. И 27 (71) Московский текстильный институт йм. А.Н.Косыгина (72) А.В.Чесноков и Г.С.Мыцык (53) 621,314,5(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 762109, кл. Н 02 М 5/27, 1978, Авторское свидетельство СССР

У 130104, кл, Н 02 М 5/27, 1960.

Тонкаль В.Е. и др. Полупроводниковые преобразователи модуляционноro типа с промежуточным звеном повышенной частоты.,- Киев. Наукова думка, 1981, с. 210, рис. 120, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ислользовано при создании источников вторичного электропитания, предназначенных для тихоходных электроприводов переменного тока в тех случаях, когда требуется обеспечить согласование номинальных уровней напряжения питания и потребителя. Цель изобретения — улучшение качества выходного напряжения эа счет уменьшения его коэффициента гармоник. Преобразователь содержит сетевой трансформатор 1, вторичные обмотки 2 и 3 которого коммутируются при помощи ключей 11-16 и 20-25 переменного тока с управляющими входами М -М . ф чч

Каждая обмотка имеет промежуточный

1 Х отвод, делящий обмотки по числу витков в отношении 3:2 и 1:4. Блок управления преобразователем обеспечивает нарастание и создание амплитуды напряжения подключаемых частей вторичных обмоток по линейному закону на интервалах соответственно О-4/3 и

2ЯЗ-Р и постоянство этих амплитуд на интервале 7t/3-20/3 полупериода выходного напряжения. 5 ил.

1411898

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при.построении источников вторичного электропитания с квазисинусоидальным выходным напряжением, предназначенных для питания электроприводов переменного тока во всех ! случаях, когда требуются согласование номинальных уровней напряжений 10 ( питания и потребителя, стабилизация

1 (или регулирование в определенном диапазоне) последнего при улучшении массогабаритных показателей устройства в целом. 15

Цель изобретения — улучшение качества выходного напряжения за счет уменьшения его коэффициента гармоник.

На фиг. 1 приведена принципиальная ! схема преобразователя однофазного на- 20 ( пряжения в трехфазное, обеспечивающего гальваническую развязку фаэ нагрузки, на фиг. 2 — вариант преобразователя с общей для трех фаз парой ( вторичных обмоток трансформатора; на фиг. 3 — временные диаграммы, пояс( няющие принцип формирования трехфазного напряжения,в нерегулируемом (а) и регулируемом различными способами (б, в) вариантах; на фиг. 4 — прин- 30 ципиальная схема блока управления преобразователем; на фиг. 5 - времен-! ные диаграммы поясняющие принцип

1, формирования сигналов управления ключами преобразователя. 35

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное (фиг.. 1) содержит основной трансформатор 1, концы первичной обмотки которого связаны с силовыми выводами сети однофазного на- g0 пряжения. В зависимости от назначения преобразователя число вторичных обмоток трансформатора 1 может быть различно. В том случае, когда три фазы нагрузки должны быть гальванически 45 развязаны, трансформатор 1 должен содержать шесть равных по числу витков вторичных обмоток 2-7. При этом одни разноименные концы каждой пары обмоток 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7 соединены и образуют три нулевых выходных вывода 8-10 преобразователя. Другие разноименные концы пар упомянутых обмоток 2-7 подключены к ключам 11-16 пеРеменного тока, которые также объединены попарно (11 и 12, 13 и

14, 15 и 16), образуя точками соединения фазные А, В, С в оды 17-19 преобразователя.

Каждая вторичная обмотка 2-7 выполнена с промежуточным отводом, который через ключи 20-25 переменного тока также подключен к соответствующему фазному выводу 17-19. Блок управления включает в себя последовательно связанные узел 26 синхронизации с сетью (входом подключенный к силовым выводам сети) и узел распределения 27 импульсов, гальванически развязанные между собой выходы которогo подключены к соответствующим управляющим входам ключей 11-16 и 2025 переменного тока. Дпя обеспечения регулирования выходного напряжения преобразователя при минимально возможных его искажениях он снабжен регулятором 28 переменного напряжения с трансформаторным выходом.

Трансформатор 29 регулятора 28 имеет одну первичную обмотку, связанную с силовыми выводами сети через дополнительный ключ 30 переменного тока, а ее концы закорачиваются через второй дополнительный ключ 31 переменного тока. Вторичная обмотка трансформатора 29 регулятора 28 включена последовательно с первичной обмоткой основного трансформатора 1 по вольтодобавочной схеме. Управляющие входы ключей 30 и 31 связаны с выходами модулятора 32 ширины импульсов, который связан (синхронизирован) с узлом 26 синхронизации с сетью.

Если фазы нагрузки гальванически связаны между собой (трехпроводная нагрузка), точки 8-10 соединения пар обмоток 2-7 объединяют в общую точку — общий нулевой вывод преобразователя (пунктирная связь, фиг, 1). В этом случае трансформатор 1 целесообразно выполнять имеющим только две вторичные обмотки (например, 2 и 3), как показано на фиг. 2, К средней точке обмотки 2 подключены ключи 20, 22 и 24 переменного тока, образуя первую группу ключей с управляющими входами M ... .К средней точке обмотки 3, кроме ключа 21, подключены

J ключи 23 и 25, образуя группу ключей с управляющими входами М .Аналогич1 но к началу обмотки 2 подключены ключи 11, 13 и 15 с управляющими входаЙ ми М -, а к концу обмотки 3 — ключи

12, 14 и !6, с управляющими входами м ": .

На фиг. 4 представлен вариант узла распределения импульсов, входяще3

141189 го в состав блока управления преобразователем. Он содержит последовательно соединенные пятнадцатиканальный регистр 33 с перекрестной свя5 зью с парафазными выходами Ц1, Я.

1р ° 1 р

Qg, Ц,...,Ц;Я,,,... >QggQ выполненный, например, на I-К-.триггерах 3438, и логический узел, выходы трех каналов 49-51 которого связаны с управляющими входами М . -M ключей . х у

) 1

11-16 и 20-25 переменного тока.

К входу регистра 33 (общему счет- ному входу триггеров 34-48) подключен также счетный вход дополнителького I-К-триггера 52. Для обеспечения необходимой синхронизации его работы с сетью установочный вход I триггера 52 через логический элемент

2И-HE 53 связан с выходами Q> è ц, триггеров 34 и 35. Выходы Р, F триггера 52 также, как и выходы регистра

33, подключены к входам трех каналов

49-51 логического узла. Аппаратурная реализация каналов 49-51 обеспечивает связи между их входами, определяемые следующими логическими выражениями

M1. =Q iQ, +тЮ 11г; — Q i 1j i+QJ Q1+L+Q + 6 1+N+Q1+1

М =alii)Q>+ Р+Ц1„ 1 Р;

М У =й;„С „иу+Ц,;,А„,Р, где i=1 (11,21) соответственно для

1=А(В, С) .

Если результирующий индекс i больше пятнадцати (число разрядов регистра 33), то производится замена

Приведенные логические выражения могут быть реализованы различным образом. На фиг. 4 представлен один из возможных вариантов. Например, канал

49 содержит три логических элемента

2И-2ИЛИ 54-56, два логических элемента 2И 57 и 58, логические элементы

2ИЛИ-НЕ 59 и 2ИЛИ 60. Для формирования управляющего сигнала M ключом

Т

20 преобразователя канал 49 логического узла содержит логический элемент 2И-2ИЛИ 54, Его входы подключены к соответствуюпры выходам регистра

33 так, что на выходе логического элемента 2И-2ИЛИ 54 формируют управля55

Е ющий сигнал M =Q, Q, +A Р,>.

i 1 Э 1

Для формирования управляющего сигнала М ключом 21 в составе логи8

4. ческого узла имеется два логических элемента 2И 57 и 58, сигналы Q Q, и

Ю

Q

-" = ---. 1= а, + л 1 "у Э+ 4@ 1Т+М yW

Для формирования сигналов управления ключами 11 и 12 использованы логи еские элементы 2И-2ИЛИ 55 и 56, входы которых объединены попарно и подключены к выходам F, Р триггера

52, а также к выходам логических элементов 2И 57 и 58 так, что на их выходах формируются соответственно следующие логические сигналы: M д = 4,«F+QgQ 15Р И М А =Q

I Ч. узла соответствуют выражениям М -М приведенным выше, Принцип работы преобразователя поясняется временными диаграммами, представленными на фнг. 3 и 5. Рассмотрим, как формируют последовательности управляющих сигналов М . -M ключами 11 — 16 и 20-25 переме1ного тока (фиг. 5). Здесь представлены:

Ug — напряжение питания, U<<- сигнал с выхода синхронизатора 26 с сетью, импульсы которого совпадают с момен- том изменения полярности напряжения питания U . Работая в счетном режиме, I-К-триггер 52 изменяет свое состояние с приходом каждого очередного импульса (U ) последовательности

На выходах Q;Q . регистра 33 фор! мируют сигналы прямоугольной формы вида У -11 (некоторые представлены на фнг. 5), сдвинутые по фазе на угол Т(/15 относительно друг друга.

После осуществления. логических операций над исходными последовательностями импульсов на выходах каналов

49-51 логического узла будут сформированы новые последовательности управляющих сигналов (импульсов) М вЂ”

IV

М, . Эти, а также некоторые промежу5 14118 точные сигналы представлены на фиг.5, Номер каждого логического элемента на схеме,(фиг. 4) соответствует индексу приведенной последовательнас5 ти. Число витков вторичных обмоток (2-7 трансформатора 1 выбрано одинаковым W2 ЫЭ Л7

Промежуточные отводы целят обмотки 2, 4 и 6 по числу витков в атно- 1ð шенин 1:4, а обмотки 3, 5 и 7 — в отношении 3:2 при отсчете от точек 9 и 10 соединения. Таким образом, в

1 соответствии с управляющими последо-!

T y вательностями импульсов М -M клю- 15

1 J чи 11-16 и 20-25 переменного тока преобразователя осуществляют подключение к выходным зажимам 17-19 частей вторичных обмоток. При этом на интервале 0- Н/3 осуществляется увеличение 2р амплитуды линейного выходного напря: :жения по линейному закону (фиг. За) ! за счет последовательно подключаемых частей вторичных обмоток 2-7 с увели, чивающимся числом витков. На интерва- 25

1 ,, ле (f /3-2 и/3 за счет синхронного пе реключения пар ключей 11 и 12, 13 и

14, 15 и 16 амплитуда напряжения на .выходе преобразователя не изменяется, а на интервале 2Т/3- H осуществляет- Зр ся линейное уменьшение его величины.

Средняя линия выходного линейного напряжения представляет собой равнобо, кую трапецию с углом наклона боковых . сторон " /3.

Для обеспечения регулирования величины выходного напряжения при ми нимально возможных искажениях преобразователь снабжен регулятором 28.

В соответствии с сигналам U (фиг.Зб) др с выхода модулятора 32 ширийы импульсов последовательно с первичной о6моткой трансформатора 1 включается вторичная обмотка дополнительного трансформатора 29 регулятора 28, Она, 45 может быть включена как встречно (B этом случае выходное напряжение преобразователя регулируется от U до U „, так и согласно с первичной обмоткой трансформатора 1. Напряжение на первичной обмотке трансформатора 1 имеет вид Б„ (фиг.Зб), а выходное напряжение (например, линейное напряжение А-В) — U В зависимости

17-)В 1 от алгоритма работы ключей 30 и 31 регулятора 28 это напряжение может иметь различный вид (фиг. Зб, в). В первом случае модулято 32 ширины импульсов может быть выполнен, например; на основе одного генератора пилообразного напряжения и при этом регулятор обеспечивает несимметричное фазовое регулирование, а во втором— симметричное фазавое регулирование.

Таким образом, преобразователь позволяет получить трехфаэное напряжение с хорошим качеством, характеризуемым малой величиной коэффициента гармонии, из однофазного. При частоте питающей сети f » f (f — частота а выходного напряжения) коэффициент гармоник напряжения улучшается более чем в 6 раз (при углах регулирования

Ы=О) от величины 0,31 до 0,046.

Формула изобретения

Пр ео бр аз о ватель однофаз ного напряжения в трехфаэное, содержащий основной трансформатор, концы первичной обмотки которого соединены с выводами для подключения источника однофазного напряжения, а вторичная обмотка выполнена с равными по числу витков полуобмотками, одни разноименные концы которых объединены и образуют нулевой вывод, а их другие разноименные концы и промежуточные отводы через ключи переменного тока. с управляющими входами М, М, M "-, М ., где ) — А,В,С-индекс выходная фазы, соединены с выходными выводами, и блок управления, включающий в себя . последовательно связанные узел синхронизации с источником однофазного напряжения и узел распределения цмпульсов, выходами связанный с управляющими входами ключей переменного тока, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения, отвод первой полуобмотки делит ее по числу витков в отношении 1:4, отвод второй попуоб» мотки — в отношении 3:2, узел распределения импульсов выполнен в виде последовательно соединенных пятнадцатиканального регистра с перекрестной связью, с парафазными выходами

Я,, Q (, Ц,...,Ц 1g Q и трехканального логического узла, к остальным входам которого подключен парафазный выход F, F введенного I Ктриггера, счетный вход которого подключен к выходу узла синхронизации, установочный — к выходу введенного логического элемента 2И-НЕ, подключенного к соответствующим выходам уз7 1411898 8 ла распределения импульсов, а аппа- где i=1 (11,21) соответственно для ратурная реализация логического уз- )=A(B,С), ла и связи между входами и выходами причем если =16; 30, то связь между в каждом его канале определяется сле- Q -выходом вьппеупомянутого пятнадца5 дующими выражениями

М = тиканального регистра и соответствуj (1+2 ВИЛ ющим входом логического узла определяется в соответствии с выражением где k=i-15, если i=31 35 — то

М =Q Q F+Q Q F

i+y 1+ е+ 1(3 1ц+ 10 Q 1=Q где 1=х-30„

1+) \+ (+э 1 (-(э

1411898

1411898

Ж N

essa. 4

Составитель И.Жеребина

Редактор П,Гереши Техред M.Äèäûê Корректор О.Кравцова

Заказ 3667/52 Тираж 665 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