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 уменьшения коэффициента гармоник. Преобразователь содержит однофазный инвертор на управляемых ключах 1-4 и трансформаторе 5. Вторичная обмотка трансформатора имеет крайние секции 6 и 11 между крайними выводами и основными промежуточными отводами и внутренние секции, разъемные на участки 7-10 дополнительными промежуточными отводами и отводом от средней точки. При определенном алгоритме коммутации основных 12-23, 27-29 и дополнительных 24-26 ключей переменного тока на выходе формируется четырнадцати ступенчатое фазное напряжение. Соотношение чисел витков секций и участков вторичной обмотки 6-11 трансформатора 5 выбрано равным 1:2:2:2:2:1. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5ц5 Н 02 М 7/539

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

С

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГННТ СССР (21) 4465549/24-07 (22) 26,07.88 (46) 30.11.90. Бнл. №- 44 (71) Красноярский сельскохозяйственный институт (72) А.M. Азаров (53) 621.314 . 58 (088 .8) (56) Авторское с вид ет ел ьс тво СССР №- 1305817, кл. Н 02 М 7/5395, 1986, Авторское свидетельство СССР

¹ 1361691, кл, Н 02 M 7/48, 1987. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (») Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цепь изобретения « повышение качества выходного напря„„ЯЦ„„1610575 А 1

2 жения путем уменьшения коэффициента гармоник. Преобразователь содержит однофазный инвертор на управляемых ключах 1-4 и трансформаторе 5 ° Вторичная обмотка трансформатора имеет крайние секции 6 и 11 между крайними выводами и основными промежуточными отводами и внутренние секции, разъемные на участки 7-10 дополнительными промежуточными отводами и отводом от средней точки. При определенном алгоритме коммутации основных 12-23, 27-29 и дополнительных 24-26 ключей переменного тока на выходе формируется 14-ступенчатое фазное напряжение. Соотношение чисел витков секций и участков вторичной обмотки 6-11 трансформатора 5 выбрано равным

1:2:2:2:2:1, 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1610575

Изобретение относится к электротехнике и может быт1 использовано в системах вторичного электропитания и электр опривода.

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

На фиг. 1 представлена принципиаль. ная схема силовой части преобразователя; на фиг. 2 — то же, блока управления преобразователем, на фиг. 3диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя; на фиг. 4 — таблица истинности программируемого постояннorо запоминающего устройства.

Силовая часть преобразователя (фиг. 1) содержит однофазный мостовой инвертор, выполненный на управляемых ключах 1-4. Выход инвертора нагружен на первичную обмотку трансформатора 5. Выводы секций 6-11 вторичной обмотки трансформатора 5 соединены через основные ключи 12-23 переменного тока и дополнительные ключи 24-26 переменного тока с выходными выводами А, В, С преобразователя соединенными также с основУ ными ключами 27-29 переменного тока.

Блок управления преобразователем (фиг. 2) содержит задающий генератор 30, выход которого соединен через триггер 31 и блок 32 буферных усилителей с управляющими входами ключей 1-4 основного инвертора. Кроме того, выход задающего генератора

30 подключен через делитель 33 частоты с изменяемым коэффициентом деления к входу двоичного счетчика 34, выходы которого соединены с адресными входами программируемого постоянного запоминающего устройства 35.

Выходы 36-52 последнего связаны через триггер 53, логические элементы

2-2И-2ИЛИ, 54,, 58-61, 64-69, элемент HE 55, элементы 2И 56, 57, 62, 63 и блок 32 с управляющими входами силовых ключей 12-29 преобразователя, причем номера выходов блока 32 соответствуют номерам ключей, к которым они подкпючены.

На фиг ° 3 диаграммы 70-93 представляют формы импульсов на выходах следующих элементов:

70 — задающего генератора 30;

71 72 — прямого и инверсного выУ ходов триггера 31 (импульсы управления ключами 1, 4 и 2, 3 инвертора);

73 — трансформатора 5;

74 — делителя 33 частоты;

75-88 — элементов 55-69 (импуль5 сы управления - ключами 12-25) °

У

89-92 — на выходах 49-52 элемента

35 (импульсы управления ключами 2629);

93 — пр еобра з ователя (выходное фаз ное напряжение СА) .

Преобразователь работает следующим образом.

Задающий генератор 30 (фиг. 2) формирует последовательность им15 пульсов 70 (фиг. 3), которая поступает на вход триггера 31. Сигналы 71, 72 его прямого и инверсного выходов усиливаются блоком 32 буферных усилителей и поступают на управляющие

20 входы силовых ключей 1-4 инвертора.

Кроме того, частота задающего генератора 30 делится делителем 33 частоты, например, на два н поступает на вход двоичного счетчика 34 с коэф25 фициентом пересчета, равным 27. С выходов счетчика 34 импульсы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 35, логические состояния выходов 36-52 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице на фиг. 4. Выходные сигналы элемента 35 разрешают или запрещают прохождение импульсов 71, 72 с прямого и инверсного выходов триггера

31 на входы блока 32. Причем уровень логического нуля на входе блока 32 обеспечивает закрытое состояние силового ключа преобразователя, à уро40 вень логической единицы — открытое.

Триггер 53 и логические элементы

54, 55 обеспечивают инвертирование импульсов прямого и инверсного выходов триггера 31, поступающих на вход элементов 56-69 через каждый полупериод выходного напряжения преобразователя. В первый полупериод сигналом логической единицы с выхода 36 элемента 35 триггер 53 уста50 навливается в состояние логической

"1" и на выход элемента 54 проходит прямая последовательность импульсов с выхода триггера 31. Во второй полупериод триггер 53 переключается в состояние "0" и на выход элемента

54 проходят инверсные сигналы с выхода триггера 31. Такая смена последовательностей импульсов определяется алгоритмом работы ключей 12-25 (диаг5 16 раммы 75-88 фиг. 3) . Полупериод выходного напряжения 93 преобразователя можно разделить на 27 равных интервалов, что соответствует 27 состояниям элемента 35.

На первом интервале (в соответствии с таблицей на фиг. 4) сигналы логических единиц с выходов 39, 45 элемента 35 обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 31 через элементы

59, 66 на управляющие входы ключей

15, 22 и инверсной последовательности импульсов через элементы 58, 67 и блок 32 буферных усилителей на управляющие входы ключей 14, 23.

Кроме того, сигналы логических единиц с выходов 49, 50 отпирают силовые ключи 26, 27. Сигналы логических нулей с выходов 37, 40 — 44, 47, 48, 1

51, 52 элемента 35 запирают элементы

56, 57, 60 — 65, 68, 69, а следовательно, и силовые ключи 12, 13, 16

21, 24-29. Формирование импульсов управления всеми силовыми ключами преобразователя на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 7093 (фиг. 3) и таблицей истинности (фиг. 4) элемента 35. В результате работы инвертора на обмотках транс,- форматора 5 формируется прямоугольное напряжение 73, а на фазе нагрузки при соединении ее звездой — 14ступенчатое напряжение 93, близкое по форме к синусоидальному. Амплитуды ступеней с первой по четырнадцатую

U 5U этого напряжения равны —, 7U 10U 11U 13U 14U

3U 4U

3 3 3 3 3

17U

5U» .. 6U, где U — амплитуда

3 3 напряжения на секциях 6-11 вторичной обмотки трансформатора 5. Дпя получения напряжения с указанными амплитудами ступеней напряжения на каждой из секций 7-10 вторичной обмотки трансформатора 5 должны быть равны по 2U, т.е. числа витков секций 6-11 должны относиться между собой как

1:2:2:2:2:i Вторичная обмотка трансформатора содержит М дополнительных отводов, а числа витков каждой крайней и участков внутренней секций соотносятся между собой как 1;2. При этом формируется фазное напряжение .

10575 с числом ступеней 6М+15 в полупериоде.

Инвертор и трансформатор могут работать на любой высокой частоте, кратной выходйой.

При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя 33 частоты и числом ступеней в полупериоде выходного напряжения.

Пусть коэффициент деления делителя

33 частоты равен, например, двум (фиг. 3, диаграмма 74). Тогда интервал каждой ступени напряжения

93 можно разделить на два подинтервала, соответствующих полупериоду работы трансформатора 5.

На первом подинтервале первого интервала замыкают ключи 15, 22, 2С 26, 27 (диаграммы 78, 85, 89, 90 фиг.3) . При этом через замкнутые ключи 27, 26, 15 к выходным выводам А, В преобразователя прикладывается сумма напряжений секций 9

25 11, равная 5U, к выходам В, С через ключи 15, 22 — сумма напряжений секций 7-11, равная (-9U) к выходам С, А через ключи 22, 26, 27— сумма напряжений секций 7, 8, равная 4Б. При соединении нагрузки звездой фаэные напряжения равны:

5U-40 U

3 3

Ни НсА

Up =

-9U-5U 14U

3 3

f3U

Нвс Нда

С (А Ь) На втором подинтервале первого

40 интервала замыкают ключи f4, 23, 26, 27, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 5.

К выходным выводам преобразователя прикладываются напряжения прежних

45 величин и полярностей, поэтому величины линейных и фаэных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале работа преобразователя повторяется для нечетных

5р и четных подинтервалов соответственно и формируются первая положительная, десятая отрицательная и девятая положительная ступени фазных напряжений UA, UtI, Бс соответственно.

На первом I:îäèíòåðâàëå второго и нт ер вала замыкают ключи 16, 21, 24, 27, меняется полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора 5. К выводам А, В через ключи

1610575

2 1,. 24, 21 прикладывается сумма напряжений секций 8-10, равная 6U, к вьпзгпам В, С через ключи 21, 16 сумма напряжений секщ и 6-10, равная (-9U) к выводам С, А через ключи 16, 24, 27 — сумма напряжений секции 6, 7, равная 3U. При этом формируется вторая положительная, одиннадцатая отрицательная и восьмая положительная ступени фазных напряжений.

На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 70-92 фиг. 3. В результате работы преобразователя íà его выходе формируется трехфазное 14ступенчатое напряжение 93.

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 обусловливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой криBDH выходного напряжения.

Формула из о бр ет ения

1. Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий однофазный инвертор, выходом подключен".... ный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого име ет отвод от средней точки, и два . основных промежуточных отвода, разделяющих каждую половину вторичной обмотки на внутреннюю и крайнюю секции, и пять групп основных ключей переменного тока, по три ключа в каждой, одни силовые выводы которых соединены соответственно с выходными выводами преобразователя, а другие объединены и образуют пять общих точек, четыре из которых подключены к двум крайним выводам и к двум основным промежуточным отводам вторичной обмотки трансформатора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник, каждая внутренняя секция вторичной обмотки трансформатора снабжена M дополнительными промежуточными отводами, которые так же, 25 как и отвод от средней точки этой обмотки," через 2M+ 1 введенных дополнительных ключей переменного тока присоединены к пятой общей точке основных ключей переменного тока.

30 2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что отношение чисел витков крайней и каждого участка между отводами внутренней секции вторичной обмотки трансформатора выбрано равным 1:2.

I 610575

Ю

7f 2

gled

1У 6

7Р

Ю

Ю

8/

82

И

89

И

8б

8У

88

8Ó

91

92 иг, 1610575

0 0 Г д

0 0

0 0

000

0 0

/00

0 00 0

0 0

0 КОК

0 0

0 0

ООО

0 О

0 0

0 0

Г 0

0 0

0 О

0О 00

0 7

0 /

/ /ю /

0 О

0 0

О О

О 0

/ 0

0 О

00 00

0 /0

I 00 0

4.f00

ОО 00

Редактор А, Маковская

Корр ектор Т. Колб

Заказ 3744 Тираж 497 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

/&Я аРреса

/ 000

70 /

700 0

0 Г0

7 000

0 / 0,0

f 00 0

Составитель В. Моин

Техред М.яндык