Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем снижения коэффициента гармоник. Преобразователь содержит основной инвертор на ключах 1-4, 1 вспомогательный инвертор на ключах 5-8 и дополнительный инвертор на ключах 9-12. К выходу инверторов подключены первичные обмотки соответственно основного трансформатора 13, вспомогательного трансформатора 14 и дополнительного трансформатора 15, Две одинаковые половины вторичной обмотки 16 и 17 основного ,. грансформатора и вторичные обмотки 18 и 19 вспомогательного и дополнительного трансформаторов через ключи переменного тока 20-28 соединены с выходными вьшодами А,В,С преобразователя. Ключи инверторов 1-12 и ключи пере- .менного тока 20-28 коммутируются по такому алгоритму, что формируется выходное линейное напряжение с-15-тью ступенями, апроксимирующими синусоиду , .и имеющее коэффициент гармоник 5,2%. 5 ил. (Л С tpi/e. 1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН (Ю 4 Н 02 М 7 5395 б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРО УНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1275717 (21) 4294540/24-07 (22) 06.08.87 (46) 23 03а89 Бюа И 11 (71) Красноярский сельскохозяйственный институт (72) А.М.Азаров (53) 621.314.58 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

jl 1275717 кл. Н 02 И 7/5395, 1985. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕНЬ ПОСТОЯННОГО НАП.РЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретенияповышение качества выходного нааря-. жеикя путем снижения коэффициента гармоник. Преобразователь содержит основной инвертор на ключах 1"4, „,SU„„14 7 22 А2 вспомогательный инвертор на ключах

5-8 и дополнительный инвертор на клю- чах 9-12. К выходу инверторов подключены первичные обмотки соответственно основного трансформатора 13, вспомогательного трансформатора 14 и дополнительного трансформатора 15..

Две одинаковые половины вторичной обмотки 16 и 17 основного, трансформатора и вторичные обмотки 18 и 19 вспомогательного и дополнительного трансформаторов через ключи переменного тока 20-28 соединены с выходными выводами А,В,С преобразователя.

Ключи инверторов 1-12 и ключи переменного тока 20-28 коммутируются по такому алгоритму, что формируется выходное линейное напряжение с 15-тью ступенями, апроксимирующими синусоиду, и имеющее коэффициент гармоник

5>2Х. 5 нл.

1467722

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах электропитания и электропривода, и является, усовершенствованием изобретения по авт.св. У 1275717.

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

На фиг.1 показана принципиальная схема силовой части преобразователя для случая, когда он содержит основной, вспомогательный и один дополнительный инверторы; на фиг.2 - принципиальная схема системы управления преобразователем; на фиг.3 - диаграммы, поясняющие принцип формирования импульсов управления ключами преобразователя; на фиг,4 и 5 — таблицы истинности программируемых постоянных 20 запоминающих устройств.

Преобразователь (фиг. 1) содержит основной, вспомогательный и дополнительный инверторы, выполненные соответственно на ключах 1 - 4, 5 — 8, 25

9. - 12. Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки трансформаторов

13 — 15. Секции 16 и 17 вторичной обмотки основного трансформатора 13 и вторичные обмотки 18 и 19 вспомога- 30 тельного я дополнительного трансформаторов 14 и 15 соединены между собой и через ключи 20 — 28 переменного тока — с выходными выводами А,В,С преобразователя.

Блок управления преобразователем (фиг, 2) содержит задающий генератор

29> выход которого соединен через триггер 30 и блок 31 буферных усилителей с управляющими входами ключей

1 — 4 основного инвертора. Кроме того, выход задающего генератора 29 подключен через делитель 32 частоты с изменяемым коэффициентом деления к входам двоичных счетчиков 33 и 34.

Выходы счетчиков 33 и 34 нагружены соответственно на адресные входы программируемых постоянных запоминающих устройств 35 и 36, Выходы 37-40 и

41-49 последних соединены через логические элементы HF. 50-54 и элементы

2И 55 и 56, триггер 57, элементы

2-2И-2ИЛИ 58-62 .я блок 31 с управля-, ющими входами силовых ключей преобразователя, причем номера выходов блока 31 соответствуют номерам ключей, к которым оди подключены.

На фиг.3 представлены формы им-, пульсов: диаграмма 63 - на входе задающего генератора 29; 64 и 65 — прямого и инверсного выходов триггера

30 (импульсы управления ключами 1;

4 и 2, 3 основного инвертора); 66— делителя 32 частоты; 67-74 - на выходах 37-40 элемента 35 и выходах

50-53 (импульсы управления ключами

5-12 вспомогательного и дополнитель" ного инверторов); 75-77 - трансформаторов 13-15; 78-83 — 2И 55, 56;

2-2И-2ИЛИ 58-62 (импульсы управления ключами 20-25); 84-86 - на выходах

47-49 элемента 36 (импульсы управления ключами 26-28); 87 — форма выходного фазного напряжения UA преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом. !

Улучшение формы кривой выходного напряжения преобразователя осуществляется эа счет амплитудно-импульсной модуляции. Задающий генератор 29 (фиг.2) формирует последовательность импульсов 63 (фиг.3) которая поступает на вход триггера 30. Сигналы 64 и 65 прямого и инверсного выходов триггера 30 усиливаются блоком 31 буферных усилителей и поступают на управляющие входы ключей 1, 4 и 2, 3 основного инвертора, Кроме того, частота задающего генератора 29 делится, например на два делителем 32 частоты и поступает на вход двоичного счетчика 33 с коэффициентом пересчета 20 и вход двоичного счетчика..34 с коэффициентом пересчета равным 30, С выходов .счетчиков 33 и 34 импульсы поступают на адресные входы программируемых постоянных запоминающих устройств 35 и 36 соответственно, логические: состояния выходов 37-40 и

41-49 которых в зависимости от кода адреса представлены в таблицах соответственно на фиг.4 и 5. Выходные сигналы элементов разрешают или запрещают прохождение импульсов 64-65 с прямого или инверсного выходов триггера 30 на вход блока 31, т.е, на cHKQBbIe ключи 1-12 и 20-28 преобразователя. Причем уровень логического нуля обеспечивает закрытое состояние силового ключа преобразователя, а уровень логической единицы— открытое, Триггер 57 и логические элементы 58 и 54 обеспечивает инвертирование импульсов прямого и инверсного выходов триггера 30, поступающих на входы элементов 55,56 и 59-62, 146 7722 через каждый полупериод выходного напряжения преобразователя. В первый полупериод сигналом логической "f" с выхода 41 элемента триггер 57 уста5 навливается в логическое состояние

"t" и на выход элемента 58 проходит прямая последовательность импульсов с выхода триггера 30. Во второй полу" период триггер 57 переключается в состояние "0". и на выход элемента 58 и проходят инверсные сигналы с триггера 30. Такая смена последовательность импульсов определяется алгоритмом работы ключей 20-25 (диаграммы

78-83, фиг.3)„ преобразователя, Полупериод выходного напряжения 87 преобразователя можно разделить на

30 равных интервалов, что соответствует 30-ти состояниям элемента 36, На первом интервале сигналы логических нулей с выходов 37 и 38 и логических единиц с выходов 39 и 40 элемента 35 усиливаются блоком 31, запирают ключи 5 и 7 и отпирают ключи 9 и 11. Кроме того, эти сигналы инвертируются элементами НЕ 50-53, усиливаются блоком 31, отпирают ключи 6 и 8 и запирают ключи 10, 12.

С выхода 42 сигнал логического "0" ц запирает элементы 2И 55, 56, а, следо-4 вательно, и силовые ключи 20 и 21..

С выходов 44 и 45 сигналы логических единиц обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов.через элементы 2-2И-2ИЛИ 60 и 61 на управляющие входы ключей 23 и 24 и инверсной последовательности через элементы 59 и 62 на управляющие входы ключей 22 и 25. Сигнал логической единицы с выхода 47 и сигналы логических нулей с выходов 48 и 49 отпирают ключ 26 и запирают ключи 27 и

28. Формирование импульсов управления Всеми силОВыми ключами преОбра 45 зователя на следующих интервалах происходит в соответствии с диаграммами

63-86 (фиг.3) и таблицами истинности (фиг,4 и 5) элементов 35 и 36. В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 13-15 формируют50 ся прямоугольные напряжения (диаграммы 75-77), а на фазе нагрузки при соединении ее звездой - 15-ступенча» тое напряжение {диаграмма 87),близкое. по форме к синусоидальному

Амплитуды ступеней с первой по пятнадцатую этого напряжения равны

-U -V 2U -U — U --U 4U

2 4 8 10 11 13

3 3 3 3 3 3

14 l6 17 19 20 — U 5U — U — U 6U --V

3 3 3 3 3 где U — амплитуда первой ступени выходного линейного напряжения. Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней напряжения на каждой из секций 16 и 17 основного трансформатора 13 должны быть равны

50, а на вторичных обмотках 18 и 19 вспомогательного и дополнительного трансформаторов 14 и 15 — 3U, U т.е, коэффициенты трансформации основного, вспомогательного и дополнительного трансформаторов должны относится между собой как 10:3:1. Для случая m дополнительных трансформаторов коэффициенты трансформации основного, вспомогательного и i-го дополнительного трансформаторов должны относится между собой как (3 +1):3 :3 где i=2 3...,, тп — порядковый номер дополнительного трансформатора, Такое соотношение коэффициентов транс" формации позволяет получить заданную форму кривой выходного напряжения при меньшем числе дополнительных инверторов и трансформаторов. Например, при m=1 и 2 число ступеней в полупериоде выходного напряжения будет соответственно равно 30 и 84.

Основнои инвертор и трансформатор могут работать на любой высокой час" тоте кратной выходной. При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя 32 частоты и числом ступеней в полуперноде выходного напряжения, Пусть . коэффициент деления делителя 32 частоты равен, например, двум .(фиг.3, диаграмма 66). Тогда интервал каждой ступени напряжения 87 можно разделить на два подынтервала, соответствующих полупериоду работы основного трансформатора 13.

На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи l 4,6,8,9,11, 23,24,26 (диаграммы 64,68,70,7f 73, 81,82,84, фиг,З). При этом напряжение на каждой из секций 16 и f7 вторичной обмотки основного трансформатора 13 равно 5U а на вторичных обмотках 18 и 19 вспомогательного и дополнительного трансформаторов

14 и 15 — нулю. К выходным выводам

А, B преобразователя через замкнутые ключи 26 и 23 прикладывается напряжение секции 17, равное 5U, к выводам

1467722

В, С через ключи 23 и 24 сумма напряжений секций 16 и 17, равная -100, к выводам С,А через ключи 24 и 26 напряжение секции 16, равное 5U, В случае соединения нагрузки звездой .5 фазные напряжения равны

"в ь Пса 5ц-5П "вс 4ь

0 =- в --- — — -=0 U = — — —3 3 8 3

-10U-5U 5U

-50

3 1

Пс = (U„+U ) =- (0-5П) -5U.

На втором подынтервале первого интервала замыкают ключи 2, 3, 6, 8, 9 ° t,1, 22, 25, 26, меняется поляр-. ность напряжений на обмотках трансформатора 13 а напряжение на обмотках 18 и t9 трансформаторов 14 и 15 остается равным нулю. К выходным выводам А, В прикладывается напряжение секции 1б равное 5П, к выводам

В, С - сумма напряжений секций 16 и 17, равная — 10U, к выводам С,А— напряжение секции 17, равное 5U, 25 поэтому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале при любом коэффициенте деления делителя 32 частоты работа ключей переменного тока повторяется для нечетных и четных подынтервалов соответственно и формируются нулевая, десятая отрицательная и десятая положительная ступени фазных напряжений"БА ° Ugg Пс, соответственно.

На первом подынтервале второго интервала .замыкают ключи 1,4,6,8,10

11,23,24,26, вновь меняется полярность напряжений на секциях 16 и 17 основного трансформатора 13, появля- 40 ется напряжение на обмотке .19 дополнительного трансформатора 15, равное

U а напряжение на обмотке 18 вспомогательного трансформатора 14 остается равным нулю, К выводам А, В приклады- 45 вается сумма напряжений секции 17 и обмотки 19, равное 6U ê выводам

В, С вЂ” сумма напряжений секций 16 и 17, равная — 10U к выводам С,А"разность напряжений секции 16.и об-..; мотки 19, равная 4U Ïðè этом фазные напряжения становятся равными

2. 16 14

31 3 П 3 П т е. Формируются первая положительная, одиннадцатая отрицательная и девятая положительная ступени фазных напряжений Ug, Us, U соответственно. В дальнейшем работа преобразователя происходит в соот" ветствии с диаграммами 63-87 (фиг.3) 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.

Предлагаемый преобразователь обеспечивает по сравнению с известным лучшую форму кривой выходного напряжения (пятнадцатиступенчатую коэффициент гармоник которой равен К„ =5,2Х вместо шестиступенчатой с К =9,47)

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение по авт. св, Р 1275717, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем снижения коэффициента гармоник, введено m дополнительных однофазных инверторов, нагруженных на m дополнительных трансформаторов, вторичные обмотки которых включены последовательно в цепь вторичной обмотки вспомогательного трансформатора, а коэффициенты трансформации основного, вспомогательного и -го дополнительного трансформаторов относятся между собой как (3 " +1):3m:

:3, где i=1,2,3,...,m - порядковый номер дополнительного трансформатора.

1467722

14677 22

1467722

Выхо0ной код

КОд адреса

Ф М дыхпдод

48 49

1 0

0 0

T 0

О О

1 0

О 0

1 0

0 О

О 0

О 1

0 0

О 1

0 0

0 1

0 0

0 0

0 1

О О

0 О

О 0

0 1

О О

1 О

О 1

1 О

1 0

О 1

T О

О 1

О 1

О 1

1 0

О г

О 1

О 7 а

О 1

О О

ОО

Заказ 1209/53 Тираж б45 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям

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

Гагарина, 101

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.

Составитель В,Моин

Редактор Л.Зайцева Техред Л.Сердюкова Корректор М.Васильева