Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение

 

Использование: преобразование пост, напряжения а трехфазное квазисинусоидальное перем. напряжение для систем вторичного электропитания и электропривода. Сущность изобретения: при коммутации ключей 1-4 на обмотках основного тр-ра 9 формируется прямоугольное напряжение тройной частоты. При коммутации ключей 5-8 на обмотках вспомогательного тр-ра 10 формируется прямоугольное напряжение повышенной частоты с нулевыми паузами на определенных интервалах времени. С помощью ключей перем. тока 29-40 напряжения , снимаемые с секций 11-14 вторичной обмотки основного тр-ра 9, суммируются с напряжениями на вторичных обмотках 23- 28 вспомогательного тр-ра 10. При определенном алгоритме коммутации ключей перем. тока 29-40 формируется 18-ступенчатое фазное напряжение, близкое к синусоиде . 3 ил., 1 табл. х (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,, SU, „1757071 А1 (я)з Н 02 М 7/539

У

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К:АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ: айаг.1

1 - :.::":: —:. : -.. ::.:., ::2 (21) 4841823/07.;.,-:.:: .. .. .. :.,. . . ",::: ричного злектропитания и электропривода. . (22) 21.06.90 - :.:.: ;: :.,--,.::,;:: : : - Сущность изобретения: при коммутации . (46) 23,08.92. Бел. t4 31 . .: ":: :.:... ключей 1-4 на обмотках основного тр-ра 9 ., (71) Красноярский сельскохозяйственный формируется прямоугольное напряжение . ийститут" -:..::.:;.:.,: .- . :: .,:-- .:, - :. ..: тройной частоты. При.коммутацйи ключей (56) Авторское свидетельство СССР . : ;: . :: формируется прямоугольное напряжение %983945, кл; Н 02 М 7/537, 198 1.. -:::. : -": - повышенной частоты с нулевыми паузами

Авторское свидетельСтво СССР:,:::;:: " на определенных интервалах времени. С по% 1624640, кл. Н 02 М 7/539, 1989.::,;:,: мощью ключей перем;. тока 29-40 напряжеАвторское свидетельство СССР;::;:::::,:"::-: ййя, снимаемые с секций 11-14 вторичной

N- 1702504, кл . Н 02 М 7/539; 1990.:,::, :, :::; " обмотки основного тр-. ра-9;: суммируются c " (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО:-,"". йапряжениями йа вторичных обмотках 23—

НАПРЯЖЕНИЙ 8 ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИ-:;::.: 28 вспомогательного тр -ра 10. При опреде-

СЙНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ::::,;:::„:,::. :..:,-" .ленном алгоритме коммутации "ключей ф

- (57) Использование:: преобразование пост, :-,, "nepeM; тока 29-40 формируется 18-стуйен-, напряжения s"Tðåõôàçíîå квазиСинусои- .. --:чатое"фазное напряжение, близкое к сину- (Л

1757071 вторичную обмотку вспомогательного трансформатора и ключ переменного тока, которые подключены между указанным от. водом и крайним выводом ключа переменного-тока первой ветви . Основйой и 25 вспомогательный инверторы работают на повышенных частотах. Напряжения вторичных обмоток алгебраически суммируются и с помощью ключей переменного тока демодулируются в трехфазное шестиступенча- 30 тое напряжение.

Недостатком данного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения.

Известен преобразователь йостояйно- 35 ные обмотки трансформаторов соединены 40 ветвей, первая из которых содержит после- 45

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

Известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, нагруженные на трансформаторы. Вторичные обмотки трансформаторов соединены через ключи переменного тока в замкнутый треугольник, вершины которого образуют выходные выводы преобразователя, Каждая сторона треугольника состоит из двух ветвей, первая из которых содержит последовательно соединенные обмотку основного трансформатора с промежуточным отводом, обмотку вспомогательного трансформатора и ключ переменного тока, а вторая ветвь — последовательно соединенные

ro напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, который содержит основной и вспомогательный однофазные инверторы, нагруженные на трансформаторы, 8ториччерез ключи переменного тока в замкнутый треугольник, вершины которого образуют выходные выводы преобразователя. Каждая сторона треугольника состоит из двух довательно соединенные обмотку основного трансформатора с промежуточным отводом, обмотку вспомогательного трансформатора и ключ переменного тока, а вторая ветвь — последовательно соединенные вторичную обмотку вспомогательного трансформатора и ключ переменного тока, которые подключены между указанным промежуточным отводом и крайним выводом ключа переменного тока первой ветви, а число витков секций вторичной обмотки основного трансформатора и числа витков вторичных обмоток вспомогательного трансформатора каждой фазы относятся между собой как 2;3:1:1. Основной и вспо10

20 могательный инверторы работают на повышенных частотах, Напряжения вторичных обмоток алгебраически суммируются и с помощью ключей переменного тока демодулируются в трехфазное девятиступенчатое напряжение.

Недостатком данного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения..

Наиболее близким по технической сущности является преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, который содержит основной и вспомогательный однофазные инверторы, нагруженные на трансформаторы. Первый из них содержит три вторичные обмотки с промежуточными отводами каждая. Одни концы этих обмоток подключены к выходным выводам преобразователя непосредственно, а другие концы и промежуточные отводы соединены через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока к выходным выводам смежных фаз преобразователя так, что образуют замкнутый треугольник, Инверторы и трансформаторы работают на по-. вышенных промежуточных частотах, Напряжения вторичных обмоток трансформаторов алгебраически суммируются и помощью ключей переменного тока деомодулируются в трехфазное 18-ступенчатое напряжение.

Большое количество вторичных обмоток вспомогательного трансформатора усложняет схему преобразователя и снижают его надежность. Недостатками известного преобразователя является сложность схемы и пониженная надежность, Цель изобретения —. повышение надежности преобразователя путем упрощения схемы.

Предлагаемый преобразователь проще и надежнее известного, так как содержит только по две вторичные обмотки вспомогательного трансформатора в каждой фазе при любом числе промежуточных отводов вторичной обмотки основного трансформатора.

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное содержит основной и вспомогательный однофазныеинверторы, к выходу которых подключены первичные обмотки соответственно основного и вспомогательного трансформаторов, основной трансформатор выполнен с тремя вторичными обмотками с N промежуточными отводами, первый крайний вывод каждой из которых подключен к соответствующему выходному выводу преобразователя, 3(N + 1) ключей

1757071 переменного тока, вспомогательный мотки основного 9 и вспомогательного 10 трансформатор выполнен с шестью вто- трансформаторов. Секции 11-22 основного . ричными обмотками, в каждой фазе пре- трансформатора 9 и вторйчные обмотки 23— образователя второй крайний вывод 28вспомогательноготрансформатора10совторичной обмотки основного трансфор- 5 единены через ключи 29-40 переменного матора и каждый ее четный промежуточ- тока в замкнутый треугольник, вершины ко ный отвод через соответствующий ключ ": торого образуют выходные выводы преобпеременного тока соединен с первым. ви-: разователя. водом одной вторичной обмотки вспомо- .. Блок управления преобразователем - гательного трансформатора, каждйй 10 (фиг.2) содержит" задающий генератор 41, нечетный, промежуточный отвод вто-.. :- выход которого"подключен к входудвоичноричной обмотки. основного трансфор- -,: :::-ro счетчика 42 импульсов с коэффициентом матора через соответствующий ключ пересчета, равным 36. Выходы счетчика 42 переменного тока -соединен с первым. -,:нагружены йа адресные вХоды программивыводом другой вторичной обмотки 15 руемого постоянного запомийающего уствспомогательного трансформатора, а ...: ройства 43. Выходы 44 —. 59 последнего вторые выводы вторйчйых обмоток вспо- :; .:: соединены черезтрйггер 60, логические элемогательного трансформатора соедине-::...: менты НЕ 61-66, элементы 2 — 2И-2ИЛИ 67ны с выходным выводом смежной фазы. . 69 и блок буферных усилителей 70 с

: преобразователя, причем N — любое це-: 20 управляющими входами силовых ключей лое чйсло; а нумерация промежуточных :. преобразователя, прйчем номера выходов отводов вторичной обмотки основногО . блока 70 соответствуют номерам ключей, к трансформатора начинается со стороны ".- :: которым они подключены. ее второго крайнего вывода. - -::. -::,:. На фиг.3 диаграммы 71 — 92 предСтавляТаким образом, трансформатор выйол- 25 ют формы ймпульсов на выходах следующих . нен с шестью вторичными обмотками, в каж- :: . элементов; 71 — задающего генератора 41; дой фазе преобразователя второй крайний .72-.77-на выходахэлементов67-69 и 64-66 вывод вторичной обмотки основного транс-: - (импульсы управления ключами 1-8 инверформатора и каждый ее четный промежду оч-, :. торов); 78,79 — трансформаторов 9,10; 80-91 ный отвод через соответствующий ключ : 30 на выходах 48-59 элемЕнта 43 (импульсы переменноготокасоединенс первым выво- . управления ключами 29 40); 92 — преобрадом одной вторичной обмотки вспомога- - зователя(форма выходного фаэного напрятельного трансформатора, -каждый ::: жения). нечетный промежуточный отвод вторичной" :-: .:.:: Преобразователь работат следующим обмотки основного трансформатора через 35 образом. соответствующий ключ переменйого тока:,";, Задающйй генератор 41 формирует по-. соединен с первым выводом другой вторич- . следовательность импульсов 71 (фиг.3), коной обмотки вспомогательйого трансфор- ..":тораяпоступаетна входдвоичногосчетчика матора, а вторые выводы вторичных " .. :42с коэффициентом-пересчега; равным 36. обмоток вспомогательноготрансформатора 40 С выхода счетчика 42 импульсы. поступают соединены с выходным выводом смежной - : на "адресные входы программируемого пофазы преобразователя; причем N — любое::стоянного запоминающего устройства 43, целое число, а нумерация промежуточных- :- логические состояния выходов 44-59 котоотводов вторичной обмотки основного :. . рого в зависимости от кода адреса пред. трансформатора начинается со стороны ее,45 ставлены в тэблице; Вйходы элемента 43 второго крайнего вывода.: -:- -": : . "нагружейы на входы блока буферных усилиНа фйг.1 представлена принципиаль- телей 70, причем уровейьлогического" 0" на ная схема силовой части преобразователя .: . :его входе обеспечиваетзакрытоеСостояние для случая N =2; на фиг.2- принципиальйая силового ключа преобразователя, а уровень схема блока управления преобразователем; .50 логической "1" — открытое, Полупериод вына фиг.З-диаграммы поясняющие прийцип " ходного напряжения 92 преобразователя работы преобразователя. . "":: . можно разделить на 36 равных интервалов.

Кроме того, дана таблица истийнОсти что соответствует36-тилогическимсостоянипрограммируемого постоянного запомина- ям элемента 43, ющего устройства. .",.55 На первом интервале с выхода 44 элеСиловая часть преобразователя (фиг 1) мента43сигналлогическойединицы(таблисодержит основной и вспомогательный од- ца) устанавливает триггер 60 в логическое нофазные инверторы, выполненныЕ соот- состояние "1", которое сохраняется в течеветственно на ключах 1-4 и 5 — 8. Выходы ние первого nonyneðèoäà выходного напряинверторов нагружены на первичные об- жения преобразователя, Выходные сигналы

1757071 триггера 60 управляют работой элементов

67-69, через которые проходят сигналы с выходов 45-47 на управляющие входы ключей 1-8 инверторов. С выходов 45. 46 элемента 43 сигналы логических "1" проходят 5 через открытые сигналом триггера 60 элементы 67, 68; усиливаются блокам 70 и от- пирают ключи 1,4.5 основного и вспомогательного инверторов.

С выхода 47 сигнал логического "0" 10 запирает элемент 69, а следовательно,.и силовой ключ 7. Выходные сигналы элементов 67-69 инвертируются элементами

64-66,запирают силовые ключи 2,3,6 и от- .. пирают ключ 8, Сйгналы логических "1" с 15 выходов 49,58 элемента 43 отпирают ключи 30,39. Остальные ключи переменйого тока 29,31-38,40 заперты сигналами логических "0" с выходов 48,50-57,59 элемента

43..:...:,:.:.:.,::, .::, ::.:, .;: -; " ::: "".-.—::: 20

Формирование импульсов управления силовыми ключами на следующих интервалах происходит аналогично в соответСтвии с диаграммами 71-92 (фиг.3) и таблицей ис- тинности элемента 43, В результате работы 25 инверторов на обмотках трансформаторов

9,10 формируются напряженная 78,79 (фиг.3), а на фазе нагрузки, соединенной звездой —18-ступенчатое напряжение 92. Для получения формы выходного напряжения, пред- 30 ставленной на диаграмме 92; напряжения на секциях 11,15,19 основного трансформа тора 9 должны быть равны по 2 U. на остальных секциях по 3U, а на каждой йз: вторичных обмоток 23-28 вспомогательно- 35 го трансформатора 10 по Ц. Следовательно, числа витков первой и последующих секций каждой вторйчной обмотки основного трансформатора 9 и числа витков вторичных обмоток вспомогательного трайсформатора 40

10 должны относится между собой как 2: 3

; 1.

Силовая схема работает следующим об разом.

На первом интервале. замыкают ключи 45

1,4,5,8,30,39, При .этом через замкнутый ключ 30 к выходным выводам А,В преобра зователя прикладывается алгебраическая сумма напряжений секций 11-13 основного . трансформатора 9 и обмот ки 24 вспомога- 50 тельного трансформатора 10, равная 7 Ц, к выводам В,С через ключи 30,39 — алгебраическая сумма напряжений секций 11-13 и

19-20 и обмоток 24,27, равная (-13 U), а к выводам С,А через ключ 39 — сумма напряженйй секций 19,20 и обмотки 27, равная 6

U.

При этом фазные напряжения нагрузки, соединенной звездой, соответственно равны

Одв — 0сд 70 — 6U U з 3 =э

Uac — UAB — 200

3 3

Uc = — (UA + Ов ) =—

16U .3 т.е, формируются первая положительная, тринадцатая отрицательная и двенадцатая положительная ступени фазных напряже- ний UA, Ug, Uc, На втором интервале вместо ключа 8 замыкают ключ 7. исчезает напряжение на обмотках 23-28 вспомогательного трансформатора 10. Через ключ 30 к выводам А;В прикладывается сумма напряжений секций

11-13, равная 8 U, к выводам В,С через ключи 30,30 прикладывается сумма напряжений секций 11-13 и 19,20, вновь равная (-13 U); к выводам С,А через ключ 39 — сумма напряжений секций 19,20, равная 5 U, Фазные напряжения становятся равными O,7U, 60, 1.е. формируются вторая положительная, четырнадцатая отрицательйая и одиннадцатая положительная ступени фазнйх напряжений UA, Ов, Uc.

На-следующих интервалах работа пре- образователя происходит аналогично в соответствии с диаграммами 71-92 (фиг.3) и таблицей истинности элемента 43.

Подключение любой ветви схемы. с rio- мощью управляемых ключей с двусторонней проводимостью обеспечивает возможность прохожденйя тока в двух направлениях и постоянство разности потенциалов фаз в теченйе каждого интервала.

Это обусловливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности йэгрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, к выходу которых подключены первичные обмотки соответственно основного и вспомогательного трансформаторов, основной трансформатор выполнен с тремя вторичнымй обмотками с N промежуточными отводами, первый крайний вывод каждой из которых подключен к соответствующему вы. ходному выводу преобразователя, и 3(N+ 1) ключей переменного тока, о т л и ч а ю щ и-. и с я тем, что, с целью повышения надежности путем упрощения, вспомогательный трансформатор выполнен с шестью вторич10

1757071

4 Г

36 ными обмотками, в каждой фазе преобразователя второй крайний вывод вторичной обмотки основного трансформатора и каждый ее четный промежуточный отвод через соответствующий ключ переменного тока соединены с первым выводам одной вторичной обмотки вспомогательного трансформатора, каждый нечетный промежуточный отвод вторичной обмотки основнога трансформатора через соответствующий кл ач переменйого тока соединен с первым выводом другой вторичной обмотки вспомогательного трансформатора, а вторые выводы вторичных обмоток вспомогательного трансфор5 матора соединены с выходным выводом смежной фазы преобразователя, и ричем

M — любое целое число, а нумерация и рамежутачных отводов вторичной обмотки оснавнага трансформатора начинается са 0 стороны ее второго крайнего вйвада.

1757071 и

Ф уУ

Рг

Составитель . Азарова

Редактор И.Шулла : Техред М.Моргентал Корректор М.Максимиши

Заказ 3098 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С(;

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

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