Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов. К выходу основного, вспомогательного и дополнительного инверторов на управляемых ключах 1 - 4, 5 - 8 и 9 - 12 соответственно подключены основной 13, вспомогательный 14 и дополнительный 15 трансформаторы соответственно. Вторичные обмотки 16 - 21 этих трансформаторов через ключи переменного тока 22 - 23 соединены с выходными выводами A, B, C преобразователя. Основной, вспомогательный и дополнительный инверторы работают на любой повышенной частоте, кратной выходной частоте преобразователя. Соотношение чисел витков вторичных обмоток 16(17):18(19):20(21) выбрано равным 5:3:1. При определенном алгоритме коммутации управляемых ключей 1 - 12 и ключей 22 - 33 переменного тока на выходе преобразователя формируется 15-ступенчатое фазное напряжение. 4 ил.

СОЮЗ COBETCHHX

РЕСПУБЛИН

SU„„1 55 (51)5 Н 02 М 7 539

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Т

Г ., -,:10! ЕГ1А (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Г1РИ ГКНТ СССР

1 (61) 1467722 (21) 4447662/24-07 (22) 23.06.88 (46) 07 ° 04.90. Бюл. ¹ 13 (71) Красноярский сельскохозяйственный институт (72) А.М. Азаров (53) 621.314.58 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1467722, кл. Н 02 М 7/5395, 1987. (54) ПРЕОБРАЗОВАТБ1Ь ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАПЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения— уменьшение массы я габаритов. К выходу основного, вспомогательного и до2 полнительного инверторов на управля1 емых ключах 1-4, 5-8 и 9-12 соответственно подключены основной 13, вспомогательный 14 и дополнительный 15 трансформаторы соответственно. Вторичные обмотки 16-21 этих трансформаторов через ключи переменного тока 2223 соединены с выходными выводами А, В, С преобразователя. Основной, вспомогательный и дополнительный инверторы работают на любой повышенной частоте, кратной выходной частоте ггреобразователя. Соотношение чисел витков вторичных обмоток 16(17):18(19):

:20(21) выбрано равным 5:3:!. При определенном алгоритме коммутация упO равляемых ключей 1-12 и ключей 22-23 переменного тока на выходе преобразователя формируется 15-ступенчатое фазное напряжение. 4 ил, 1555789

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода и является усовер5 шенствованием изобретения на авт. св. Р 1467722.

Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя для случая, когда он содержит основной, вспомогательный и один дополнительный инверторы; на фиг, 2 принципиальная схема системы управле- 15 ния преобразователем; на фиг. 3— диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя; на фиг. 4 — таблица истинности программируемого постоянного запоминающего устройства. 20

Преобразователь (фиг. 1) содержит основной, вспомогательный и дополнительный инверторы, выполненные соответственно на управляемых ключах

1-4, 5-8, 9-12. Выходы инверторов 25 нагружены на первичные обмотки трансформаторов 13-15 соответственно. Секции 16 и 17 вторичной обмотки основного трансформатора 13, вторичные обмотки 18 и 19 вспомогательного и обмотки 20 и 21 дополнительных трансформаторов 14 и 15 соединены между собой и через ключи 22-23 переменного тока с выходными выводами А, В, С преобразователя.

Блок управления преобразователем (фиг. 2) содержит задающий генератор

34, выход которого соединен через триггер 35 и блок 36 буферных усилителей с управляющими входами ключей

1-4 основного инвертора и ключей 5 и

6 вспомогательного инвертора. Кроме того, выход задающего генератора

34 подключен через делитель 37 частоты с изменяемыч коэффициентом деления 4 к входу двоичного счетчика 38, выходы которого нагружены на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 39. Выходы 40-57 последнего соединены через триггер 58 элементы 2-2И-2ИЛИ 59-72, 2И 73 и 74, НЕ 75-78 и блок 36 с управляющими входами силовых ключей, преобразователя,, причем номера выходов блока 36 соответствуют номерам ключей, к которым

55 они подключены.

На фиг. 3 диаграммы 79-104 представляют формы импульсов на выходах следующих элементов: 79 — задающего генератора 34, 80 и 81 — прямого и инверсного выходов триггера 35 (импульсы управления ключами 1, 4, 5 и

2, 3, 6 основного и вспомогательного инверторов), 82 — делителя 37 частоты, 83-88 — элементов 2-2И-2ИЛИ

60-62 и НЕ 75-77 (импульсы управления ключами 7-12 вспомогательного и дополнительного инверторов), 89-91 трансформаторов 13-15, 92-103 — элементов 2И 73-74, 2-2И-2ИЛИ 63-72 (импульсы управления ключами 22-33), 104 — форма выходного фазного напряжения U преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

Улучшение формы кривой выходного напряжения преобразователя осуществляется за счет амплитудно-импульсной модуляции, а уменьшение массы и габаритов трансформаторов — за счет преобразования постоянного напряжения в переменное на высокой промежуточной частоте. Задающий генератор 34 (фиг. 2) формирует последовательность импульсов 79 (фиг. 3), которая поступает на вход триггера 35. Сигналы 80 и 81 с прямого и инверсного выходов триггера 35 усиливаются блоком 36 буферных усилителей и поступают на управляющие входы ключей 1, 4, 5 и

2, 3, 6 основного и вспомогательного инверторов. Кроме того, частота задающего генератора 34 делится, например на 2, делителем 37 частоты и поступает на вход двоичного счетчика 38 с коэффициентом пересчета, равным

30. С выходов счетчика 38 импульсы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 39, логические состояния выходов 40-57 которого в зависимости от кода адреса представлены íà фиг.4.

Выходные сигналы элемента 39 раз- . решают или запрещают прохождение им,пульсов 80 и 81 с прямого или инверсного выходов триггера 35 на вход блока 36, т.е. на силовые ключи 7-12 и

22-33 преобразователя. Причем уровень логического нуля на входе блока 36 обеспечивает закрытое состояние силового ключа преобразователя а уровень логической единицы — открытое.

Триггер 58 и логические элементы 59 и 78 обеспечивают инвертирование импульсов с прямого и инверсного выходов триггера 35, поступающих на вхо ды элементов 73, 74 и 63-72 через

55789

20

25 э30

5 15 каждый полупериод выходного напряжения преобразователя. В первый полупериод сигналом логической единицы с выхода 46 элемента 39 триггер 58 устанавливается в логическое состояние " 1" и на выход элемента 59 нроходит прямая последовательность импульсов с выхода триггера 35. Во второй полупериод триггер переключается в состояние "0" и на выход элемента

59 проходят инверсные сигналы с триггера, 35. Такая смена последовательности импульсов определяется алгоритмом работы ключей 22-33 (диаграммы

92-104 на фиг. 3) преобразователя.

Полупериод выходного напряжения 104 преобразователя можно разделить на

30 равных интервалов, что соответствует 30 состояниям элемента 39.

На первом интервале работы элемента 39 сигналы логических единиц с его выходов 40, 43, 45, 50 и 52 обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 35 через элементы 60, 64, 65 и 67 инверсной последовательности импульсов через элементы 61, 62, 63, 66 и 68 и блок 36 буферных усилителей на управляющие входы ключей 7, 25, 26, 28 и 9, 11, 24, 27, 29 соответственно; Кроме того, выходные импульсы элементов 60-62 инвертируются элементами НЕ 75-77 и через блок 36 поступают на управляющие входы ключей

8, 10 и 12.

Формирование импульсов управления всеми силовыми ключами преобразователя на следующих интервалах происходит аналогично в соответствии с диаграммами 79-103 (фиг. 3) и таблицей истинности (фиг. 4) элемента 39. В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 13-15 формируются прямоугольные напряжения

89-91 а на фазе нагрузки при соединении ее "звездой" — пятнадцатиступенчатое фазное напряжение 104, близкое по форме к синусоидальному.

Амплитуды ступеней с первой по пятнадцатую этого напряжения равны

2/ÇU, 4/ÇU, 2U, 8/3U) 10/ÇU, 11/ÇU, 12/ÇU, 13/ÇU, 14/ÇU, 15/ÇU, 16/ÇU, 17/3U, 18/ÇU, 19/ÇU, 20/ÇU, где U— амплитуда выходного напряжения на обмотках 20 и 21, дополнительного трансформатора. Для получения напряжения с указанными амплитудами ступени напряжения на каждой из секций 16 и 17 основного трансформатора 13 должны быть равны 5U, а на вторичных обмотках 18 и 19 вспомога тельного трансформатора 14 — ÇU, т.е. коэффициенты " ансформации основного и дополнительного трансформаторов должны относиться между собой как 10:3:1. Для общего случая с m дополнительными трансформаторами коэффициенты трансформации основного, вспомогательного и i-го дополнительного трансформаторов должны от,носиться между собой как (З + 1)::

:3 3, где i = 1,2... .,ш — порядковый номер дополнительного трансформатора. Такое соотношение коэффициентов трансформации позволяет получить заданную форму кривой выходного напряжения при меньшем числе дополнительных инверторов и трансформаторов.

Например, при т = 1 или 2 число сту-, пеней в полупериоде выходного напряжения будет соответственно равно 30 йли 84.

Все инверторы и трансформаторы могут работать на любой высокой частоте, Кратной выходной. При этом краткость частот определяется коэффициентом деления делителя 37 частоты и числом ступеней в полупериоде выходного напряжения ° Пусть коэффициент деления делителя частоты равен, например, двум (фиг.3, диаграмма 82).

Тогда интервал каждой ступени напряжения 104 можно разделить на два под

ынтервала, соответствующих полупериоду работы трансформаторов 13-15.

На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи 1, 4, 5, 7, 10, 12, 25, 26, 28 (диаграммы

80, 83, 86, 88, 95, 96, 98 на фиг.3).

При этом напряжение на каждой из секций 16 и 17 вторичной обмотки основного трансформатора 13 равно 5U а на вторичных обмотках 18-21 вспомогательного и дополнительного трансформаторов 14 и 15 — нулю. К выходным выводам А и В преобразователя через замкнутые ключи 28 и 25 прикладывается напряжение секции 17, равное 5U, к выводам В и С через ключи 25 и 26 — сумма напряжений секций 16 и 17, равная -10U, к выводам

С и А через ключи 26 и 28 — напряжение секции 16, равное 5U. В случае соединения нагрузки "звездой" фазные напряжения равны

1555789

5U-5U

= — — — = 0

Ulled -Ucpl

Пл =

-1 OU-50

Пьс -Бль

Пь

U, = -(ил+0,) = -(0-5U) = 5U

На втором подынтервале первого интервала замыкают ключи 2, 3, 6, 8, 9, 11, 24, 27 и 29, меняется полярность напряжений на обмотках. трансформатора 13, а напряжение на обмотках 18-21 трансформаторов 14 и 15 ос- 15 тается равным нулю. К выходным выводам А и В прикладывается напряжение секции 16, равное 5U к выводам В и

С вЂ” сумма напряжений секций 16 и 17, равная -1ОП, к выводам С и А — напря- 20 жение секции 17, равное 5U, поэтому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале при любом коэффициенте деления делителя 37 частоты 25 работа ключей переменного тока повторяется для нечетных и четных подынтервалов соответственно и формируется нулевая, десятая отрицательная и десятая положительная ступени фазных 3р напряжений Бл, Uq, U соответственно.

На первом подынтервале второго интервала замыкают ключи 1, 4, 5, 7, 10

10, 11, 25, 26 и 28, вновь меняется полярность напряжений на секциях 16 и 17 основного трансформатора 13, появляется напряжение на обмотках 20 и 21 дополнительного трансформатора

15, равное U, а напряжение на обмотках 18 и 19 вспомогательного тран- 4п сформатора 14 остается равным нулю.

К выводам А и В прикладывается сумма напряжений секций 17 и обмотки 20, равная 6U, к выводам В и С вЂ” сумма напряжений секций 16 и 17, равная 45 -100, к выводам С и А — разность напряжений секции 16 и обмотки 20, равная 4U. При этом фазные напряжения становятся равными 2/3U, -16/3U, 14/ЗП, т.е. формируются первая положительная, одиннадцатая отрицательная и девятая положительная ступени фазных напряжений УЛ, Бь, U соответственно. В дальнейшем работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 79-104 (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.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение по авт. св. ¹ 1467722, отличающийся тем, что, с целью уменыпения массы и габаритов, введены три ключа переменного тока, одни силовые выводы которых подключены к выходным выводам преобразователя, а другие их выводы объединены и образуют четвертую общую точку„ в каждый вспомогательный и дополнительные трансформаторы введена вторая вторичная обмотка с тем же числом витков, что и их первая обмотка, вторые вторичные обмотки вспомогательного и основного и всех дополнительных трансформаторов соединены согласно-последовательно между собой и подключены между отводом от средней точки вторичной обмотки основного трансформатора и четвертой общей точкой ключей переменного тока.

1555789

7,45

Z,3,6

8

22

СРиг.2

1555789

1555789

8ьмоднпй чд

8ыходы

55 а О

001

О 0010 О

0011а а оо

О О

О О а 01 ао

010 010

001 оо оо о о оо

001

011 017

000 1

01701

0 а

0 О ап

1 О 1

0 0

7 10 01

0 О ао

101

010

101

0 00 010

ОО17 О О

О О

1 О 1

О 0 о1о7 оо

101 о а

10

101

011 1ОО ао

0 О

10 Оа10

101

О 1 а О

701

1Ч

О О

0 О

110011

О 7

0 О

101

1111 0

О О

О 000

О 0101О

1О0

1 а

1 О о

10О

1 О

01001

1 0

1 0

1 00

011100

1 0

1ОО га ао

0 0 100

101 100

100

1 0

1 00

1 1001 а ао

100

О 1

11 011

100

7 а

00110

1аа

1 1 О ао

0100 11 оо

010 а о

1 О ото

0 О

1000 10

1 01 100

Оо

О 10

ОО аа

Редактор В.

Кравцова

Данко

Корректор

Заказ 560

494

Тираж

Подписное

ГКНТ СССР при комбинат "Патент", ул, Гагарина, 101

Ужгород, Производственно-издательский

Кад адреса

BHHHIIH Государственного

113035, Составитель В. Моин

Техред М.Дидык комитета по изобретениям и открытиям

Москва, Ж-35, Раупская наб., д. 4/5