Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электронитания и электропривода . Цель - повышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник. Преобразователь содержит основной однофазный инвертор 1 и дополнительные инверторы 2 и 3. Силовой трансформатор основного инвертора 16 имеет отводы на вторичной обмотке, подключенные, как и ее крайние выводы, к двум выходным выводам А и С преобразователя через ключи переменного тока 31-38. Третий выходной вывод В преобразователя соединен с отводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора 16. Вторичные обмотки трансформаторов 17 и 18 дополнительных инверторов включены последовательно в цепь ключей переменного тока 31, 32, 35 и 38, соединяющих отводы вторичной обмотки трансформатора 16 с выводами А и С. Коэффициенты трансформации трансформаторов 16, 17 и 18 выбраны в соотношении 20;3:1. Благодаря этому выходное напряжение преобразователя имеет 10 ступенчатую S форму с равномерной амплитудой ступеней и коэффициентом гармоник К 5,2% в отличие от прототипа, где ,9°/о. 5 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1436242 (S!3 4 Н 02 М 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1112510 (21) 4227797/24-07 (22) 10.04.87 (46) 07.11.88. Бюл. ¹ 41 (7! ) Красноярский сельскохозяйственный институт (72) А. М. Азаров (53) 621.314.58 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1112510, кл. Н 02 M 7/48, 1980. (54) Г!РЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель — повышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник. Преобразователь содержит основной однофазный инвертор 1 и дополнительные инверторы 2 и 3. Силовой трансформатор основного инвертора 16 имеет отводы на вторичной обмотке, подключенные, как и ее крайние выводы, к двум выходным выводам А и С преобразователя через ключи переменного тока 31 — 38. Третий выходной вывод В преобразователя соединен с отводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора 16. Вторичные обмотки трансформаторов 17 и 18 дополнительных инверторов включены последовательно в цепь ключей переменного тока 31, 32, 35 и 38, соединяющих отводы вторичной обмотки трансформатора 16 с выводами А и С. Коэффициенты трансформации трансформаторов 16, 17 и 8 выбраны в соотношении

20:3:1. Благодаря этому выходное напряжение преобразователя имеет 10=ступенчатую форму с равномерной амплитудой ступеней и коэффициентом гармоник К=5,2% в отличие от прототипа, где К= 11,9%. 5 ил.

1436242

5 l0

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода и является усовершенствованием преобразователя по основному авт. св. № 1112510.

Цель изобретения — повышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя, когда он содержит два дополнительных инвертора (m=2); на фиг. 2 — принципиальная схема блока управления преобразователя; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие принцип формирования импульсов управления ключами преобразователя; на фиг. 4 и 5 — таблицы истинности программируемых постоянных запоминающих устройств.

Преобразователь (фиг. 1) содержит основной однофазный инвертор 1 и два дополнительных инвертора 2 и 3, выполненные соответственно на ключах 4 — 7, 8 — 11, 12 — 15. Выходы инверторов 1 — 3 нагружены на первичные обмотки трансформаторов 16—

18 соответственно. Секции 19 — 22 основного трансформатора 16 и вторичные обмотки

23 — 30 дополнительных трансформаторов 17 и 18 соединены между собой и через ключи 31 — 38 переменного тока — с выходными выводами А, В, С преобразователя. В качестве ключей 4 — 15 инверторов могут быть использованы транзисторы или тиристоры с встречно-параллельно включенными диодами, а в качестве ключей 31 — 38 переменного тока— симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с последовательно включенными диодами; транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.

Блок управления (фиг. 2) содержит задающий генератор 39, выход которого соединен через триггер 40 и блок 4! буферных усилителей с управляющими входами ключей 1 — 4 основного инвертора. Кроме того, выход задающего генератора 39 через делитель 42 частоты подключен к входу двоичного счетчика 43 импульсов и входу второго делителя 44 частоты, выход которого связан с входом двоичного счетчика 45 импульсов. Выходы счетчиков 43 и 45 соответственно нагружены на адресные входы программируемых постоянных запоминающих устройств 46 и 47. Выходы 48—

55 и 56 †l последних соединены через логические элементы 2-2И-ИЛИ 72-83, элементы НЕ 84 — 87 и блок 41 с управляющими входами ключей 8 — 15 и 31 — 38 преобразователя, причем номера выходов блока

41 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены.

На фиг. 3 диаграммы 88 — 112 представляют формы импульсов на выходах следующих элементов: 88 — задающего генера25

55 тора 39; 89 и 90 — прямого и инверсного выходов триггера 40 (импульсы управления ключами 4, 7 и 5, 6 инвертора 1); 91 — делителя 42 частоты; 92—

99 — на выходах элементов 72, 84, 73, 85, 74, 86, 75, 87 соответственно (импульсы управления ключами 8 — 15); 100 †1 трансформаторов 16 — 18; 103 — делителя

44 частоты; 104 †1 — элементов 76 — 83 (импульсы управления ключами 31 — 38);

112 — форма выходного линейного напряжения 3щ преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

Для улучшения формы выходного напряжения в преобразователе осуществляется амплитудно-импульсная модуляция выходного напряжения. Для уменьшения массы и габаритов трансформатора осуществляется преобразование постоянного напряжения в переменное на высокой промежуточной частоте.

Задающий генератор 39 (фиг. 2) формирует последовательность импульсов 88 (фиг. 3), частота которых определяется выбранной частотой работы трансформаторов преобразователя и выше последней в два раза. Эти импульсы поступают на вход триггера 40. Сигналы 89 и 90 прямого и инверсного выходов триггера 40 усиливаются блоком 41 буферных усилителей и поступают на управляющие входы ключей

4, 7 и 5, 6 основного инвертора 1.

Кроме того, частота импульсов задающего генератора 39 делится, например, на два делителя 42 частоты. Эти импульсы поступают на вход двоичного счетчика 43 с коэффициентом пересчета, равным 27, и вход второго делителя 44 частоты с коэффициентом деления, равным 9.

Выходные импульсы последнего поступают на вход двоичного счетчика 45 с коэффициентом пересчета, равным 6. С выходов счетчиков 43 и 45 импульсы поступают на адресные входы программируемых постоянных запоминающих устройств 46 и 47 соответственно, логические состояния выходов 48 — 55 и 56 — 71 которых в зависимости от кода адреса представлены в таблице на фиг. 4. Выходные сигналы элементов 46 и 47 разрешают и запрещают прохождение импульсов 89 и 90 с прямого и инверсного выходов триггера 40 на вход блока 41, т. е. на силовые ключи 8 — 15, 31 — 38 преобразователя. Причем уровень логического нуля на входе блока 41 обеспечивает закрытое состояние силового ключа преобразователя, а уровень логической единицы — открытое. В результате формируются необходимые последовательности импульсов для управления силовыми ключами преобразователя. Полупериод выходного напряжения 112 преобразователя можно разделить на 27 равных интервалов, что соответствует 27 состояниям

1436242 элемента 46 мента 47.

На первом интервале работы элемента

46 сигналы логических единиц с его выходов 48, 51, 52 и 55 обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 40 через элементы 72, 74 и инверсной последовательности импульсов через элементы 73, 75 и блок 41 буферных усилителей на управляющие входы ключей 8, 12 и 10, 14 соответственно. Кроме того, выходные импульсы элементов 72 — 75 инвертируются элементами HF 84 — 87 и через блок 41 поступают на управляющие входы ключей

9, 11, 13, 15.

На первом интервале работы элемента

47 сигналы логических единиц с его выходов 56, 59, 68 и 71 обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 40 через элементы 76, 82 и инверсной последовательности импульсов через элементы 77, 83 и блок 41 на управляющие входы ключей 31, 37 и 32, 38 соответственно.

Сигналы логических нулей с выходов 60—

67 элемента 47 запирают элементы 78 — 81, а следовательно, и силовые ключи 33 — 36 переменного тока. Формирование импульсов управления всеми силовыми ключами преобразователя на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 88 — 111 (фиг. 3) и таблицами истинности (фиг. 4 и 5) элементов 46 и 47.

В результате работы инверторов 1 — 3 на обмотках трансформаторов 16 — 18 формируются прямоугольные напряжения 100—

102, а на выходе преобразователя десятиступенчатое линейное напряжение 112, близкое по форме синусоидальному. Длительность каждой ступени с первой по девятую включительно равна —, а дли9

Х тельность десятой ступени равна — эл. град. з

Амплитуды ступеней изменяются по линейному закону и равны U, 2U,..., 10 U, где U — напряжение на вторичных обмотках 27 — 30 второго дополнительного трансформатора 18. Для получения напряжения с указанными параметрами ступеней напряжения на вторичных обмотках

23 — 26 первого дополнительного трансформатора 17 должны быть равны 3 U, а на секциях 19 — 22 вторичной обмотки основного трансформатора 5 U, т. е. коэффициенты трансформации основного и дополнительного трансфорМаторов должны относиться между собой как 20:3:1.

Для случая m дополнительных трансформаторов коэффициенты трансформации основного и i-го дополнительного трансформаторов должны относиться как КО..К„=

=2(3 +! ):3 ", где m — общее число дополнительных трансформаторов; i=!,2...;

m — порядковый. номер дополнительно5

55 го трансфорMàтора. Такое cooTнон1енис коэффициентов трансформации позволяет получить заданную форму кривой выходного напряжения при меньшем числе дополнительных инверторов и ключей переменного тока. Например, при m=!.2,3,4 чп ло ступеней на интервале — выходного напряжения соответственно равно N=— - 3,9,27, 81,.... Задавая необходимое число ступеней из этого ря.-.,а, можно определить требуемое число дополнительных трансформаторов m=! og;1." .

Полупериод выходного напряжения преобразователя можно разделить па 27 равных интервалов. Интервалы 1 — 3 и трансформаторы 16 — 18 могут работать на любой высокой частоте, кратной выходной.

При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя 42 частоты и числом ступеней в полупериоде выходного напряжения. Пусть коэффициент деления делителя 42 частоты равен, например, двум (фиг. 3, диаграмма 91). Тогда интервал каждой ступени напряжения 112 можно разделить на два подинтервала.

cooTBcTcTB$ющих пол :периоду работы трансформатора 16.

На первоM одинтервале первого интервала замыкают ключи 31 и 37 (фиг. 3. диаграммы 104 и 1!0). При этом через замкнутый ключ 31 к выходным выводам

А н В преобразователя прикладывается алгебраическая сумма напряжений обмоток 25 и 29 трансформаторов 17, 18 и секции 21 трансформатора 16, равная

5 U — -3U--U= — U. K выводам В и С через ключ 37 прикладывается сумма напряжений секций 21 и 22, равная - (5U+

+5U) =-10U.

На втором подинтервале первого интервала меняется полярность напряжений на обмотках 32 и 38. К выходным выводам

А и B прикладывается алгебраическая сумма секции 20 и обмоток 23 и 27, также равная U. К выводам В и С через ключ 38 прикладывается сумма напряжений секций 19 и 20, равная -10U, т. е. формируются первая положительная, десятая отрицательная и девятая положительная ступени линейных напряжений (. и О д соответственно.

На первом подинтервале второго интервала замыкают ключи 31 и .".7, в результате BvoBb меняется полярность напряжений на обмотках трансформаторов

16 H 17, а напряжение на обмотках трансформатора 18 равно нулю. К выводам А и В через ключ 31 прикладывается алгебраическая сумма напряжений секций 21 H обмотки 25, равная 5U—

31 =211. К выво.—,ам В и С через ключ 37 вновь прикла jûâzåòcÿ сумма нанряжений секций 21 11 2.?, равная -10U, формируются вторая положительная, деся1436242 б,т б,б в а

1а и

1Z

13

Ц

3Z

Фиг.Z тая отрицательная и восьмая положительная ступени линейных напряжений.

На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 88—

111 (фиг. 3), а все ступени с первой по десятую формируют путем суммирования напряжений вторичных обмоток трансформаторов 16 — 18 следующим образом:

5U — 3U — U=U; 5U+U=6U;

5U — 3U=2U; 5U+3V — U=7U;

5U — 3U+ V=3U; 5U+3U=8U;

5U — U=4U; 5U+3V+U=9U;

5U=5U; 511+5U= 1 OU.

В результате работы предлагаемого преобразователя на его выходе формируется трехфазное десятиступенчатое напряжение, которому соответствует тринадцатиступенчатое фазное при соединении нагрузки звездой.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянно разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки неизменной формой кривой выходного напряжения.

Регулирование выходной частоты преобразователя может осуществляться изменением коэффициента деления делителя 42 частоты при постоянной частоте работы трансформаторов 16 — 18, что благоприятно сказывается на массо-габаритных показателях преобразователя.

Предлагаемый преобразователь имеет лучшую форму кривой выходного напряжения (десятиступенчатую, коэффициент гармоник которой равен К =5,20/о вместо четырехступенчатой кривой с К,=11,9%); обладает более высоким КПД и быстродействием, жесткой внешней характеристикой, лучшей симметрией выходных напряжений, независимостью их от величины и характера нагрузки.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное по авт. св. № 1112510, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник, введены m-1 дополнительных однофазных инверторов, выходы которых

20 соединены с первичными обмотками m-1 введенных дополнительных трансформаторов, содержащих по четыре вторичных обмотки, причем последовательно в цепь каждой вторичной обмотки дополнительного трансформатора включено по одной вторичной обмотке каждого введенного дополнительного трансформатора, а коэффициенты трансформации основного и i-го дополнительного трансформаторов выбраны из соотношения Ко. К вЂ” — 2 (Зп+1):31 ", где

m — общее число дополнительных трансформаторов; i=1,2...; m — порядковый номер дополнительного трансформатора.

1436242

О

89

УО

9f

57

Я

Я4

Уб

Я7

Я

Я

00 !

1436242

51 52

1 1

0 0

1 1

1 0

0 0

0 1

0 1

0 0

0 0

1 1

1 0

1 0

1 1

0 0

1 1

1 0

1 1

0 0

0 0

0 0

0 1

1 1

0 0

1 0

0 1

1 0

0 1

1 1

1 1

Ф

И7.

Код

HppcQ выходной код

gblgga06

1436242

Составитель В. Моин

Редактор А. Мотыль Техред И. Верес Корректор О. Кравцова

Заказ 5656/54 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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