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 основной инвертор на ключах 1 - 4 и N вспомогательных инверторов на ключах 5 - 12. Вторичная обмотка 16 - 18 основного трансформатора 13 и вторичные обмотки 19 - 22 вспомогательных трансформаторов 14 и 15 через ключи переменного тока 23 - 34 соединены с выходными выводами А, В и С. При определенном алгоритме коммутации ключей 1 - 12 и ключей переменного тока 23 - 34 выходное напряжение имеет 29-ступенчатую форму, близкую к синусоиде. Соотношение числа витков каждой крайней секции 16 (18), средней секции 17 вторичной обмотки основного трансформатора 13 и вторичных обмоток 19 (20), 21 (22) I-го вспомогательного трансформатора 14, 15 выбирается равным (3<SP POS="POST">N</SP> + 1)/2:3<SP POS="POST">N</SP>:3<SP POS="POST">N - I</SP>. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

>s Н 02 М 7/539

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ, ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4720703/07 (22) 20,07.89 (46) 23.07.91. Бюл. N 27 (71) Красноярский сельскохозяйственный институт (72) А.М.Азаров (53) 621.314.58(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1467722, кл. Н 02 М 7/539, 1987.

Авторское свидетельство СССР

М 1555789, кл. Н 02 M 7/539, 1988. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения — повышение качества выходного напряжения путем

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода.

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

На фиг. 1 показана принципиальная схема силовой части для случая двух вспомогательных инверторов (и - 2); на фиг. 2— принципиальная схема блока управления преобразователем; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя.

Силовая часть преобразователя (см. фиг. 1) содержит основной и два вспомога,, Ы2, 1665486 А1 уменьшения коэффициента гармоник. Преобразователь содержит основной инвертор на ключах 1-4 и и вспомагательных инверторов на ключах 5-12. Вторичная обмотка 16-18 основного трансформатора 13 и вторичные обмотки 19-22 вспомогательных трансформаторов 14 и 15 через ключи переменного тока 23 — 34 соединены с выходными выводами А, В и С. При определенном алгоритме коммутации ключей 1 — 12 и ключей переменного тока 23 — 34 выходное напряжение имеет 29-ступенчатую форму, близкую к синусоиде. Соотношение числа витков каждой крайней секции 16 (18), средней секции 17 вторичной обмотки основного трансформатора 13 и вторичных обмоток 19 (20), 21 (22) i-го вспомогательного трансформатора 14, 15 выбирается равным (3" + 1)/2:

:3:3 .3ил. тельных инвертора, выполненных соответственно на ключах 1 — 4, 5 — 8 и 9 — 12. Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки трансформаторов 13-15 соответственно. Секции 16 — 18 вторичной обмотки основного трансформатора 13 и вторичные обмотки 19 — 22 вспомогательных трансформаторов 14 и 15 соединены между собой и через ключи 23-34 переменного тока — с выходными выводами А, В, С преобразователя.

Блок управления преобразователем (см. фиг. 2) содержит задающий генератор

35, выход которого соединен через триггер

36 и блок буферных усилителей 37 с управляющими входами ключей 1 — 4 основного

1665486 инвертора, Кроме того, выход задающего генератора 35 подключен через делитель частоты 38 с изменяемым коэффициентом деления к входу двоичного счетчика 39. Выходы счетчика 39 нагружены на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 40, выходы 41-55 которого соединены через логические элементы Н Е 56-64, триггер 65, элементы 2-2И2ИЛИ 66-78, элементы 2И 79 — 82 и блок буферных усилителей 37 с управляющими входами силовых ключей преобразователя, причем номера выходов блока 37 соответствуют номерам кл.очей, к,которым они подключены.

На фиг. 3 диаграммы 83 — 108 представляют формы импульсов нэ выходах следующих элементов:

83 — задающего генератора 35, 84 — делителя частоты 38, 85 — 92 — элементов 66-69 и элементов 6063 (импульсы управления ключами 5 — 12 вспомогательных инверторов), 93 — 95 — трансформаторов 13 — 15, 96 — 107 — элементов 79-82 и 71-78 (импульсы управления ключами.23 — 34), 108 — форма выходного фазного напряжения 13д преобразователя.

Устройство работает следующим образом, Задающий генератор 5 формирует последовательность импульсов 83 (см. фиг, 3), которая поступает на вход триггера 36. Сигналы прямого и инверсного выходов триггера 36 усиливаются блоком буферных усилителей 37 и поступают на управляющие входы ключей 1, 4 и.2, 3 основного инвертора. Кроме того, частота задающего генера-. тора 35 делится, например, на 2 делителем частоты 38 и поступает на вход двоичного счетчика 39 с коэффициентом пересчета, равным 57. С выходов счетчика 39 импульсы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 40, логические состояния выходов

41-55 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице. Выходные сигналы элемента 40 разрешают или запрещают. прохождение импульсов с прямого или инверсного выходов триггера 36 на вход блока 37, т,е. на силовые ключи 5 — 12 и

23 — 34 преобразователя. Причем уровень логического нуля на входе блока 37 обеспечивает закрытое состояние силового ключа преобразователя, ауровеньлогической единицы — открытое. Триггер 65 и логические элементы 70 «64 обеспечивают инвертирование импульсов прямого и инверсного выходов триггера 36, поступающих на входы элементов 71 — 78 и 79-82, через каждый полупериод выходного напряжения преобразователя. В первый полупериод сигналом логической единицы с выхода 45 элемента

40 триггер 65 устанавливается в логическое

5 состояние "1" и на выход элемента 70 про- . ходит прямая последовательность импульсов с выхода триггера 36.. Во второй полупериод триггер 65 переключается в состояние "0" и на выход элемента 70.прохо10 дят инверсные сигналы с триггера 36, Такая смена последовательности импульсов определяется алгоритмом работы ключей 23 — 34 (см. фиг. 3, диаграммы 96-107) преобразователя. Полупериод выходного напряжения

15 (см. фиг. 3, диаграмма 108) преобразователя можно разделить на 57 равных интервалов, что соответствует 57-ми состояниям элемента 40.

На первом интервале работы элемента

20 40 в соответствии с таблицей, сигналы логических единиц с его выходов 41, 43, 48. 49 и 51 обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 36 через элементы 66, 68, 72, 73 и 82 и

25 инверсной последовательности импульсов через элементы 60, 62, 71, 74 и 81 и блок буферных усилителей 37 на управляющие входы ключей 5, 9, 26, 27, 30 и 6, 10, 25, 28, 29 соответственно. Остальные силовые клю30 чи преобразователя заперты сигналами логических нулей с соответствующего выхода элемента 40. Формирование импульсов упрэ вления всеми силовыми ключами преобразователя на следующих интервалах

35 происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 83-108 (см. фиг. 3) и таблицей истинности элемента 40. В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 13 — 15 формируются пря40 моугольные напряжения (см. фиг. 3, диаграммы 93 — 95), э на фазе нагрузки при соединении ее звездой — 29-ступенчатое фазное напряжение (см. фиг. 3, диаграмма

108), близкое по форме к синусоидэльному.

45 Для получения напряжения представленной формы напряжения на каждой из секций 16, 17 и 18 основного трансформатора t3 должны быть равны 5U, 9U, 5U, а на втОричных обмотках 19, 20 и 21, 22 вспомо50 гательных трансформаторов 14 и 15 соответственно 31А U, т.е. числа витков секций

16-18 вторичной обмотки трансформатора

13, э также числа витков вторичных обмоток трансформаторов 14 и 15 должны относить55 ся между собой как 5: 9: 5: 3: 1. Для случая и вспомогательных трансформаторов числа витков каждой крайней и средней секций вторичной обмотки основного трансформа—.ора,. а также числа витков вторичной обмотки >-го вспомогательного трансформаторов

1665486 должны относиться между собой как

3 + 1 и

: 3: 3, где!=1,2,3, .... и — порядковый номер вспомогательного трансформатора. Такое соотношение чисел витков секций и обмоток позволяет получить заданную форму кривой выходного напряжения при меньшем числе вспомогательных инверторов и трансформаторов, Например, при n = 2, 3 число ступеней в полупериоде выходного напряжения будет соответственно равно 57 и 165.

Инверторы и трансформаторы могут работать на любой высокой частоте, кратной выходной. При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя частоты 38 и числом ступеней в полупериоде выходного напряжения. Пусть коэффициент деления делителя частоты 38 равен, например, двум (см. фиг. 3, диаграмма 83).

Тогда интервал каждой ступени напряжения (см. фиг. 3, диаграмма 108) можно разделить на два поди нтервала, соответствующих полупериоду работы трансформаторов 13-15.

На первом подинтервале первого интервала замыкают ключи 1, 4, 5, 8, 9, 12, 26, 27 и 29. К выходным выводам А и В, преобразователя через замкнутые ключи 29 и 26 прикладывается алгебраическая сумма напряжений секций 17 и 18 и обмоток 19 и 21, равная 100, к выводам В и С через ключи 26 и 27 — сумма напряжений секций 16-18, равная (-19О), к выводам С и А через ключи

27 и 29 — сумма напряжений секций 16 и обмоток 19 и 21, равная 9О. В случае соединения нагрузки звездой фазные напряжения равны:

ОА

Одв — Осд 10U — 9U U, 3 3 3

Ов

Овс — UcA 19Π— 10U 290

3 3 3

Ос = — (ОА+Ue) = — (g — =) = .

U 29U. 280

На втором подинтервале первого интервала замыкают ключи 2, 3, 6, 7, 10,11, 25, 28 и 30, меняется полярность напряжений на обмоткаМ трансформаторов 13 — 15. К выходным выводам А и В прикладывается алгебраическая сумма напряжений секций 16 и 17 и обмоток 20 и 22, равная 10U, к выводам В и С вЂ” сумма напряжений секций 16—

18, равная (-19О), к выводам С и А — сумма напряжений секции 18 и обмоток 20 и 22, равная 9О, поэтому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале при любом коэффициенте деления делителя 38 частоты работа ключей переменного тока повторяется для нечетных и четных подинтервалов соответственно и формируются первая положительная, двадцатая отрицательная и девятнадцатая положительная ступени фазных напряжений UA, Uo, Uc соответственно.

На первом интервале второго интервала замыкают ключи 1, 4, 5, 8, 9, 11, 26, 27 и

10 29, вновь меняется полярность напряжений на обмотках трансформаторов 13 и 14 и исчезает напряжение на обмотках 21 и 22 вспомогательного трансформатора 15. К выводам А и В прикладывается алгебраиче15 ская сумма напряжений секций 17 и 18 и обмотки 19, равная 11О, к выводам В и С— сумма напряжений секций 16 — 18, равная

-19U), к выводам С и А — сумма напряжений секции 16 и обмотки 19, равная SU. При этом

20 фазные напряжения становятся равными U, 10U, 9О, т.е. формируется вторая положительная, двадцать первая отрицательная и восемнадцатая положительная ступени фазных напряжений UA, Ов, Uc соответст25 венно. На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммаМи

83 — 108 (см, фиг. 3) импульсов управления ключами преобразователя и таблицей ис30 тинности элемента 40.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разности по35 тенциалов фаз в течение каждого интервала, Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.

40 Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной и и вспомогательных однофазных инверторов, 45 нагруженных на трансформаторы, четыре группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, одни силовые выводы которых подключены к выходным выводам преобразователя, а другие их силовые выводы

50 объединены в четыре общие точки, две из которых соединены с концами вторичной обмотки основного трансформатора, а две другие точки подключены соответственно к первым концам первой и второй ветвей, 55 каждая из которых содержит последовательно соединенные вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов, причем второй конец первой ветви подключен к первому промежуточному отводу вторичной обмотки основного трансформатора, о т1665486 и и ч а ю гц и и с я тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник, вторичная обмотка основного трансформатора содержит второй промежуточный отвод, 5 расположенный симметрично с первым промежуточным отводом относительно середины этой обмотки и соединенный с вторым концом второй ветви, а числа витков каждой крайней секции вторичной обмотки основного трансформатора, средней секции и вторичной обмотки I-го вспомогательного трансформатора относятся между собой как

3" +1 „„— j

:3:3, гдеi=1,2,3... и — порядковый номер вспомогательного трансформатора. .Фй

1Е65486

Продолжение таблицы

1об5486

1,Ф

23

6

0

11

166548б

83

89

S5

Ю

87

У

89 юп

91

92

Ж

9б

97

И

99

707

7О

1О

704

f05

10б

107

708

Составитель В.Моин

Редактор М.Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор B.Ãèðíÿê

Заказ 2398 Тираж 387 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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