Способ преобразования постоянного тока в трехфазный переменный

 

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники. Его целью является снижение виброакустической активности электроприемников преобразованного тока. Способ заключается в преобразовании постоянного тока в трехфазный переменный путем инвертирования исходного постоянного напряжения в промежуточное многофазное переменное напряжение прямоугольной формы, трансформировании этого напряжения на основном магнитном потоке и векторном суммировании трансформированного многофазного напряжения в трехфазное напряжение . Цель достигается тем, что перед инвертированием и трансформированием напряжений основной многофазный магнитный поток создают в форме распределения по косинусоиде вдоль оси, лежащей в плоскости поперечного сечения контура магнитного потока, и в течение заданного циклически повторяющегося периода трехфазного напряжения распределение магнитного потока равномерно продвигают вдоль оси так, чтобы начало косинусоиды достигло конца оси по окончании периода трехфазного напряжения, 3 ил. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК (51)5 Н 02 M 7/539

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4404052/07 (22) 06,04.88 (46) 07.11.91. Бюл. ¹ 41 (72) Е.И.Малышко. С,А.Мартынов и П,И, Щербинин (53) 621.314.57(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1246305, кл. Н 02 М 7/539, 1984.

Проблемы преобразовательной техники, сб., ч. 1, Киев, 1979, с. 58 — 61. (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗ08АНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ТРЕХФАЗНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ (57) Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники, его целью является снижение виброакустической активности злектроприемников преобразованного тока. Способ заключается в преобразовании постоянного тока в трехфазный переменный путем инвертирования

Изобретение относится к электротехнике, в частности к судовой электроэнергетике, и может быть использовано при создании преобразователей постоянного тока в трехфазный переменный и наоборот для питания различных по назначению электроприемников переменного тока от источника постоянного тока в электроэнергетических системах на специальных морских -судах, требующих от электроприемников и преобразователей малошумной работы при ограниченных обьемах устанавливаемого оборудования.

Цель изобретения — снижение виброакустической активности электроприемников переменного тока и преобразователей при ограниченном обьеме реализующего

«SU 1690143 А1 исходного постоянного напряжения в промежу- очное многофазное переменное напряжение прямоугольной формы, трансформировании этого напряжения на основном магнитном потоке и векторном суммировании трансформированного многофазного напряжения в трехфазное напряжение. Цель достигается тем, что перед инвертированием и трансформированием напряжений основной многофазный магнитный поток создают в форме распределения по косинусоиде вдоль оси, лежащей в плоскости поперечного сечения контура магнитного потока, и в течение заданного циклически повторяющегося периода трехфазного напряжения распределение магнитногоо потока равномерно продвигают вдоль оси так, чтобы начало косинусоиды достигло конца оси по окончании периодатрехфазного напряжения, 3 ил. способ преобразования необходимого оборудования.

На фиг. 1 и 2 показаны примеры устройства, реализующего способ; на 3 — диаграммы, поясняющие работу устройства.

Способ преобразования постоянного

-тока в трехфазный переменный заключается в следующем.

8ходное постоянное напряжение инвертируют в промежуточное многофазное переменное напряжение. После его трансформирования вторичное многофазное напряжение векторно суммируют в выходное трехфаэное напряжение, которое прикладывают к элвктроприемникам переменного тока.

1690143

Инвертирование входного постоянного напряжения выполняют на ключевых элементах, собранных по многофазной мостовой схеме. управление ключевыми элементами в устройстве по фиг, осуществляют так, чтобы получить многофазное напряжение в виде временной последовательности чередования друг за другом прямоугольной формы фазных напряжений, сумма которых не равна нулю и сходится в любой момент времени к мгновенному значению входного постоянного напряжения, Трансформирование промежуточного многофазного напряжения и векторное суммирование его вторичного напряжения в выходное трехфазное напряжение выпол. няют на предварительно сформированном основном магнитном потоке в следующем порядке, Предварительно инвертированию входного постоянного напряжения за счет стороннего источника постоянного тока,с близким к нулю напряжением создают магнитный поток в форме распределения его значений по косинусоиде вдоль оси, лежащей в плоскости поперечного сечения магнитного контура. В течение заданного циклически повторяющегося периода выходного трехфазного напряжения распределение магнитного потока равномерно продвигают вдоль оси так, чтобы начало косинусоиды достигло конца оси по окончании периода трехфазного напряжения. С магнитным потоком сцепляют по крайней мере четыре электрических контура, к одному из которых прикладывают инвертированное многофазное напряжение, а с трех других снимают выходное трехфазное напряжениее.

Формирование основного магнитного потока током стороннего источника выполняют при помощи электрического контура, магнитосвязанного с магнитным контуром так, чтобы при пропускании постоянноготока вызвать в магнитном контуре пространственно распределенный магнитный поток:

Фо = Kp Ip cos (Ip + Й ) (!) где 4 = 2 л — — ось распределения магнит1 ного потока, рад;

Й вЂ” начальные условия кривой распределения;

I — натуральная ось длиной L в плоскости поперечного сечения магнитного контура;

Ко — коэффициент связи потокосцепления Ф, с током 1о, Путем перестроения связей между электрическим и магнитным контурами задают изменение во времени начальных условий;

6I =0)оt (2)

2 где во = - — — скорость изменения начальТ ных условий Й в течение заданного периода ! 0 времени Т выходного трехфазного нап ряже- ния, Электрические контуры многофазного и ,трехфазного напряжений связывают с магнитным контуром так, чтобы получить на-!

5 веденные от основного потока потокосцепления взаимоиндукции в виде распределений вдоль оси, на которой выполнено распределение основного магнитного потока. Для электрического контура много20 фазного напряжения получают потокосцепление o =Kmo Iосоз(1о+Й вЂ” Й.), . (3) где Qmp — потокосцепление взаимоиндукции относительно каждой m-фазы многофазного напряжения;

Om = 2 л — — начало кривой распредеп ления потокосцепления для каждой m-фазы из одного числа и чередующихся во времени фаз многофазного напряжения;

Kmo — коэффициент связи потокосцепления Ф по с током 1о для контура многофазного напряжения.

Для каждого в отдельности из трех электрических контуров трехфазного напряжения получают потокосцепления

Qp = Као lо cos (Ip + Й );

Qp =Kpp Ipcos(Ip+0j — 2, 3); (4)

+co = Kco lo соя (1о + Й 4 7с/ 3 ), 45 где фао адьо @co — потокосцепления взаимоиндукции контуров а, Ь, с трехфазного напряжения;

Као = Кьо = Kco — коэффициенты связи

50 потокосцеплений с токов Ip.

Кроме того, при пропускании токов по электрическим контурам получают потокосцепления самоиндукции. Для электрического контура многофазного напряжения

55 фдд = Kmd Id cos (Io Йп ) . .(5) где g — потокосцепление самоиндукции относительно m-фазы многофазного напряжения;

16901- о

Km4 — КОЭффИЦИЕНт СВЯЭИ ПОтОКОСЦЕПЛЕния ф 4 с постоянным током !4 в контуре многофазного напряжения.

Для электрических контуров трехфазного напряжения фа = Ка 1а со$1, фЪ = Кь Iь cos Ио — 2 ЫЗ ); (6) фс = Кс 1с cos (!о 4aЫЗ), гДЕ фЪ фЬ фс — потокоСЦеплениЯ самОинДУкции контуров, а, Ь, с с трехфазного напряжения;

Ка = КЬ = Кс — КОЭффИцИЕНтЫ СВЯЗИ ПОТОКОСцЕПЛЕНИй С фаэНЫМИ тОКаМИ 1,, 1Ь, Ic.

В следствие изменений во времени потокосцеплений взаимоиндукции в электрических контурах наводятся ЭДС. Как первую производную по времени от потокосцеплений получают многофазную ЭДС в контуре многофазного напряжения:

jmp = Kmp 1о ®о slA ((о + Й Йп ) ° (7)

В контурах трехфазного напряжения получают трехфазную ЭДС: еао = Као Ip cUp sin (4 + Й );

ЕЬо = — Кьо1, C0p Slfl (Ip + Oj — 2 X/3 ); (Q)

ecp = — Ксо 1о Юо $)n (Г, +Й вЂ” 4Л/3).

С полученной многофазной ЭДС сравнивают инвертированное многофазное напряжение, а трехфазную ЭДС как выходное трехфазное напряжение прикладывают к электроприемникам переменного тока.

Поставленную цель изобретения достигают путем электромагнитного уравновешивания входного постоянного тока в контуре многофазного напряжения с выходным трехфазным током в контуре трехфазного напряжения.. Электромагнитное равновесие разного рода токов обеспечивают следующим образом, За счет управления ключевыми элементами в многофазной мостовой схеме подгоняют инвертированное. многофазное напряжение к индуктированной от основного магнитного потока многофазной ЭДС так, чтобы на временной диаграмме каждый из чередующихся друг за другом прямоугольников фазных напряжений размещался симметрично по обе стороны от амплитуды соответствующей ему фазной

ЭДС. Причем предварительно выбирают такое общее число и фаз для многофаэного напряжения и многофазной ЭДС, при кото5 ром за счет малой продолжительности прямоугольников фаэных напряжений, мгновенные значения фазных ЭДС на соответствующих временных участках мало отличаются от амплитудных значений. В

10 результате на чередующихся друг за другом временных участках и во времени в целом на стороне постоянного напряжения получают постоянный ток с малыми пульсациями:

14-е макс

14

R4 где 04, 14 — входные постоянное напряжение и ток; е о" " — фазные ЭДС на временных участкак в окрестностях их амплитуд;

R4 — приведенное к контуру многофазного напряжения активное сопротивление электроприемников переменного тока, Протекающий в контуре многофазного напряжения цостоянный ток создает потокосцепление самоиндукции согласно выражению (5). Это потокосцепление уравновешивается потокосцеплением самоиндукции от активной составляющей выходного трехфазного тока.

После подстановки в выражение (6) значений трехфазного тока

1а =!макс cos (0i у);

1Ь = !Mакс СО$ (Й p — 2Л/3); (10)

Ic = !макс со$ (Й у"- 4 ЛГЗ ), где Iмакс -амплитуда трехфазного тока, .

45 р — угол, характеризующий соотношение активной и реактивной составляющих в трехфазном токе, и последующего суммирования фазных значений получают результирующее потокосцепление самоиндукции от трехфазного тока фа, Ь, с - — 2 Ка !макс СО$ (1о Й + P ) (11)

55 или после разложения по формуле косинуса двух углов в виде двух составляющих: фа,Ь, с =ф4 фя (12) 1690143 (16) гДе gd = — Ka !макс cos (fo Й ) с0$ P — по,3

2 токосцепление от активной составляющей трехфазного тока; (13)

3 .

gq = Ka макс Si> (о 6i ) Sin P Пото2 косцегление от реактивНой составляющей трехфазного тока . (14) Сопоставление выражения (5) для потокосцепления от входного постоянного тока с выражением (13) для потокосцепления от активной составляющей трехфазного тока показывает, что для их уравновешивания необходимым условием являются равенства:

Kmd Id = — Ka макс cos у; (15)

Выполнениие равенства (15) обеспечивают путем регулирования величины lmo макс в выражении (9) для входного постоянного тока ld. Регулирование Imp " осуществляют за счет изменения величины тока Io от стороннего источника в электрическом контуре формирования основного магнитного потока согласно выражению (1). Второе равенство (16) поддерживают в допустимых пределах отклонений О п от текущих значений 0, за счет выбора общего числа фаз для многофазного напряжения и многофазной

ЭДС, При этом погрешность, деленная на обе стороны от амплитуд чередующихся фазных ЭДС, не превышает значения:

ЛО = к/и

Устройство для преобразования постоянного тока в трехфазный переменный содержит трансформатор 1, подключенный через многофазный инвертор2 входного постоянного напряжения к основному источнику 3 постоянного тока и через тиристорный переключатель 4 к стороннему источнику 5 постоянного тока с близким к нулю напряжением.

Трансформатор 1 выполнен на тороидальном ленточном сердечнике магнитопровода с одной первичной обмоткой 6 и тремя вторичными обмотками 7 — 9. Сердечник имеет, в частности, тридцать шесть отверстий, разделяющий равноотстоящие стержни магнитопровода, Каждая обмотка

6-9 состоит из двух параллельно соединенных катушек, уложенных на диаметрально противоположных сторонах сердечника магнитопровода, Катушки обмоток 6 — 9 образованы путем намотки вокруг стержней

55 сердечника, каждая катушка состоит из восемнадцати элементарных витков, каждый виток охватывает пятнадцать стержней, каждый последующий виток сдвинут на один стержень в сторону намотки, последний виток одной катушки соединен с первым витком второй катушки, и наоборот, Первичная обмотка 6 снабжена отпайками от витков одной и другой ее катушек, которые присоединены к выходам инвертора 2 и переключателя 4. Вторичные обмотки

7-9 являются обмотками трехфазного тока, соединенные в звезду и подключены к электроприемникам трехфазного тока (не показан). Вторичная обмотка 7 выполнена аналогично первичной обмотке 6 за исключением отпаек. Вторичная обмотка 8 выполнена аналогично обмотке 7 и относительно нее размещена со сдвигом в сторону намотки на двенадцать стержней сердечника магнитопровода. Вторичная обмотка 9 выполнена аналогично обмотке 8 со сдвигом относительно нее также на двенадцать стержней сердечника магнитопровода.

Инвертор 2 напряжения выполнен на тиристорах по мостовой, в частности, тридцатишестифазной схеме. Первые восемнадцать фаз инвертора 2 подключены к отпайкам одной катушки обмотки 6, а вторые — к отпайкам ее другой катушки. Инвертор 2 предусмотрен с углом проводимости

10 эл.град, для каждого плеча его моста.

Переключатель 4 выполнен на тиристорах с принудительной емкостной коммутацией также и тридцатишестифазной мостовой схеме с углом проводимости каждого плеча моста 10 эл.град, Устройство для преобразования постоянного тока, в трехфазный переменный работает следующим образом.

Предварительно через переключатель 4 подключают источник 5 к начальной паре отпаек первичной обмотки 6 и формируют приближенное к косинусоидальному распределение основного потока по стержням магнитопровода трансформатора 1, Начальный ток источника делится по параллельно соединенным катушкам обмотки 6, каждая из которых создает однонаправленные составляющие, дающие в сумме результирующее распределение потока Фо.

Переключением отпаек обмотки 6 при помощи переключателя 4 вызывает движение распределения потока Фа вдоль оси распределения I.

В силу электромагнитной инерции движение распределения потока ФЬ на участках между переключениями отпаек обмотки

6 приобретает плавный характер, Частоту

1690143

10 переключения задают пропорционально числу отпаек и частоте выходного трехфазного напряжения.

Движущееся распределение основного потока Фо наводит многофазную ЭДС в 5 первичной обмотке 6 и трехфазную ЭДС во вторичных обмотках 7 — 9 трансформатора 1.

Многофазная ЭДС уравновешивает инвертированное многофазное напряжение на выходе инвертора напряжения 2. Трехфаэ- 10 ная ЭДС создает в цепях электроприемников трехфазный ток.

Потокосцепление от протекающего по вторичным обмоткам 7-9 трехфазного тока уравновешивается двумя слагаемыми пото- 15 косцеплениями перви ной обмотки 6. Первое слагаемое потокосцепления обмотки 6 от тока основного источника 3 уравновешивает потокосцепление, создаваемое активной составляющей трехфазного тока 20 обмоток 7-9, второе слагаемое от тока стороннего источника 5 — создаваемое реактивной составляющей того же тока электроприемников.

Электромагнитное уравновешивание 25 входного постоянного тока с выходным трехфазным током электроприемников переменного т-ока при помощи формирования основного магнитного потока за счет сто- . роннего источника постоянного тока с близ- 30 ким к нулю напряжением позволяет обеспечить качество электроэнергии по обе стороны преобразователя и тем достигнуть снижения виброакустической активности электроприемников переменного тока, а также реализующего способ преобразования оборудования.

Формула изобретения

Способ преобразования постоянного тока в трехфазный переменный путем инвертирования исходного постоянного напряжения в промежуточное многофаэное переменное напряжение прямоугольной формы, трансформировании этого напряжения на основном многофаэном магнитном потоке, векторном суммировании трансформированного многофазного напряжения в трехфазное напряжение, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения виброакустической активности электроприемников преобразованного тока, перед инвертированием и трансформированием напряжений оновной многофазный магнитный поток создают в форме распределения по косинусоиде вдоль оси, лежащей в плоскости поперечного сечения контура магнитного потока, и в течение заданного циклически повторяющегося периода трех-., фазного напряжения распределение магнитного потока равномерно продвигают вдоль оси так, чтобы начало косинусоиды достигло конца оси по окончании периода трехфазного напряжения.

1690143

Составитель Г,Мыцык

Техред М.Моргентал Корректор M.äåì÷èê

Редактор Н,Химчук

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

Заказ 3824 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб„4/5