Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение
Использование: преобразование постоянного напряжения в переменное трехфазное напряжение квазисинусоидальной формы для использования в трехфазных инверторах систем вторичного электропитания и электропривода. Сущность изобретения: при коммутации ключей 1-4 основного инвертора на обмотках основного трансформатора 13 формируется прямоугольное напряжение тройной частоты. На обмотках первого и второго вспомогательных трансформаторов 14 и 15 соответственно при коммутации ключей 5-12 формируются прямоугольные напряжения повышенной частоты с нулевыми паузами на определенных интервалах времени. Посредством ключей 26-31 переменного тока, коммутируемых по определенному алгоритму, указанные напряжения суммируются и подаются на выходные выводы преобразователя А,В,С, к которым вторичные обмотки 16-21 основного трансформатора 13 подключены по схеме открытого треугольника. В результате каждое фазное напряжение на выходе образователя имеет 16-ступенчатую близкую к синусоиде форму. 4 ил. ел с
СОЮЗ СОВЕ1СКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 M 7/539
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Ql
Q0
1 д (л) иг. / (21) 4822169/07 (22) 07.05.90 (46) 30.08.92. Бюл. ¹ 32 (71) Красноярский сельскохозяйственный институт (72) А.М.Азаров (56) Авторское свидетельство СССР
N944027,,кл,,Н 02 М 7/48, 1980, Авторское свидетельство СССР
N1652320,,кл. Н 02 М 7/539, 1988.
Авторское свидетельство СССР
N1676048,,кл. Н 02 M 7/539, 1989. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО
НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (57) Использование; преобразование постоянного напряжения в переменное трехфазное напряжение квазисинусоидальной формы для использования в трехфазных инверторах систем вторичного электропита„... Ж„„1758813 А1 ния и злектропривода, Сущность изобретения: при коммутации ключей 1 — 4 основного инвертора на обмотках основного трансформатора 13 формируется прямоугольное напряжение тройной частоты. На обмотках первого и второго вспомогательных трансформаторов 14 и 15 соответственно при коммутации ключей 5 — 12 формируются прямоугольные напряжения повышенной частоты с нулевыми паузами на определенных интервалах времени. Посредством ключей
26 — 31 переменного тока, коммутируемых по определенному алгоритму, указанные напряжения суммируются и подаются на выходные выводы преобразователя А,В,С, к которым вторичные обмотки 16-21 основного трансформатора 13 подключены по схеме открытого треугольника. В результате каждое фазное напряжение на выходе образователя имеет 16-ступенчатую близкуе к синусоиде форму. 4 ил, 1758813
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода.
Известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий аднофазный инвертор, нагруженный на первичную обмотку основного трансформатора, вторичная обмотка которого содержит среднюю точку, образующую первый выходной вывод преобразователя и по два промежуточных отвода в каждой полуобмотке. Крайний вывод первой полуобмотки и два промежуточных отвода второй полуобмотки соединены через ключи переменного тока со вторым, а крайний вывод второй полуобмотки и два промежуточных отвода первой полуобмотки — с третьим выходным выводом преобразователя. Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора относительно средней точки равны амплитудам ступеней выходного .линейного напряжения. Инвертор и трансформатор работают на частоте в три раза выше выходной. С помощью ключей переменного тока секции вторичной обмотки подключаются к выходным выводам преобразователя и на нагрузке формируется трехфазное трехступенчатое напряжение, коэффициент гармоник которого равен
15,2 /о.
Недостатком данного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения.
Известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, нагруженные на трансформаторы. Средняя точка вторичной обмотки основного трансформатора подключена к одному выходному выводу преобразователя непосредственно, а крайние ее выводы соединены порознь через два ключа переменного тока с двумя другими выходными выводами преобразователя. Каждая вторичная полуобмотка основного трансформатора содержит по два промежуточных отвода, каждый из которых подключен через вторичную обмотку вспомогательного трансформатора и ключ переменного тока к выходному выводу преобразователя смежной фазы. Числа витков вторичной полуобмотки основного трансформатора и вторичной обмотки вспомогательного трансформатора относятся между собой как
2:3:2:1. Оба инвертора работают на разных повышенных частотах. Напряжения вторичных обмоток трансформаторов алгебраически суммируются и с помощью ключей переменного тока демодулируются в трех10
55 фазное ступенчатое напряжение, содержащее значительное количество высших гармоник, Недостатком данного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной и два вспомогательных однофазных инвертора, нагруженные на трансформаторы. Средняя точка вторичной обмотки основного трансформатора подключена к одному выходному выводу преобразователя непосредственно, а ее крайние выводы соединены порознь через два ключа переменного тока с двумя другими выходными выводами преобразователя. Каждая вторичная полуобмотка основного трансформатора содержит по одному промежуточному отводу, каждый из которых подключен через последовательно соединенные вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов к выходному выводу преобразователя смежной фазы. Числа витков каждой секции вторичной обмотки основного трансформатора и числа витков вторичных обмоток вспомогательных трансформаторов относятся между собой как 5:3:1. Все инверторы работают на разных повышенных частотах.
Напряжения вторичных обмоток трансформаторов алгебраически суммируются и с помощью ключей переменного тока демодулируются в трехфазное 13-ти ступенчатое напряжение, содержащее значительное количество высших гармоник.
Недостатком данного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения.
Цель изобретения — повышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник.
Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь постоянного напряжения в трехфазное кваэисинусоидальное содержит основной, первый и второй вспомогательный инверторы, выходами соединенные с первичными обмотками соответственно основного, первого и второго вспомогательных трансформаторов. вторичная обмотка основного трансформатора имеет отвод от средней точки, разделяющий ее на две половины с первым промежуточным отводом в каждой из них и подключенным к первому выходному выводу преобразователя, первый и второй крайние выводы упомянутой обмотки через ключи переменного тока подсоединены соответст1758813 венно к второму и третьему выходным выводам преобразователя, первый и второй вспомогательные трансформаторы имеют по две вторичные обмотки, соединенные в две независимые ветви, в каждой из которых включены последовательно по одной вторичной обмотке первого и второго вспомогательных трансформаторов, первый вывод первой и второй ветви соединен соответственно с вторым и третьим выходными выводами преобразователя, а второй вывод первой и второй ветвей соединен через один ключ переменного тока с первым промежуточным отводом соответственно второй и первой половин вторичной обмотки основного трансформатора, и через другой ключ переменного тока с введенным вторым промежуточным отводом этой половины вторичной обмотки, причем число витков секций между крайним выводом и первым промежуточным отводом, между первым и вторым промежуточными отводами, между вторым промежуточным отводом и отводом от средней точки каждой половины вторичной обмотки основного трансформатора и число витков каждой вторичной обмотки первого и второго вспомогательных трансформаторов относятся, как
5:2:5 .3. 1.
На фиг.1 представлена принципиальная схема сиговой части преобразователя; на фиг.2 — принципиальная схема блока управления преобразователем; на фиг.3 — диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя; на фиг.4 — таблица истинности программируемого постоянного запоминающего устройства.
Силовая часть преобразователя (фиг.1) содержит основной и два вспомогательных однофазных инвертора, выполненные соответственно на ключах 1 — 4 и 5-12. Выходы инверторов соединены с первичными обмотками основного 13 и вспомогательнымх
14, 15 трансформаторов. Секции 16-21 основного трансформатора 13 и вторичные обмотки 22, 23 и 24, 25 вспомогательных трансформаторов 14. 15 соединены между собой и через ключи переменного тока 26—
31 в две фазы по схеме открытого треугольника, вершины которого образуют выходные выводы преобразователя.
Блок управления преобразователем (фиг.2) содержит задающий генератор 32, выход которого подключен к входу двоичного счетчика импульсов 33 с коэффициентом пересчета, равным 33. Выходы счетчика 33 нагружены на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 34. Выходы 35 — 46 последнего соединены через триггер 47, логические
55 элементы И-НЕ 48-57, элементы 2-2И2ИЛИ 58-62 и блок буферных усилителей 63 с управляющими входами силовых ключей преобразователя. при гем ном:.:р» л .;вдов блока 63 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены.
На фиг.3 диаграммы 64 — 84 представляютформы импульсов на выходах следующих элементов; 64 — задающего генератора 32;
65 — 74 — на выходах элементов 58-62 и 53-57 (импульсы управления ключами 1-12 вспомогательных инверторов); 75-77 — трансформаторов 13-15; 78-83 — на выходах
41 — 46 элемента 34 (импульсы управления ключами 26-31); 84 -преобразователя (форма выходного фазного напряжения).
Устройство работает следующим образом.
Задающий генератор 32 формирует последовательность импульсов 61 (фи; 3), которая поступает на вход двоичного счетчика
ЗЗ с коэффициентом пересчета, равным 33.
С выхода счетчика 33 импульсы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 34, логические состояния выходов 35-46 которого в зависимости от кода адреса представлены на фиг,4. Выходы элемента 34 нагружены на входы блока буферных усилителей 63, причем уровень логического нуля на его входе обеспечивает закрытое состояние силового ключа преобразователя, а уровень логической единицы — открытое.
Полупериод выходного напряжения 84 преобразователя можно разделить на 33 равных интервала, что соответствует 33 логическим состояниям элемента 34.
На первом интервале с выхода 35 элемента 34 сигнал логической единицы (фиг.4) устанавливает триггер 47 в логическое состояние 1, которое сохраняется в течение первого полупериода выxîäнаго напряжения преобразователя. Выходные сигналы триггера 47 управляют работой элементов
58-62, через которые проходят сигналы с выходов 35 — 40 на управляющие входы ключей 1 — 12 инверторов. С выходов 36 — 38, 40 элементами 34 сигналы логических единиц проходят через открытые сигналом триггера
47 элементы 58 — 60, 62, усиливаются блоком
63 и отпирают ключи 1, 4. 5, 7, 11 основного и вспомогательных инверторов. С выхода 39 сигнал логического нуля запирает элемент
61. а следовательно, и силовой ключ 9.
Выходные сигналы элементов 58-62 инвертируются элементами 53-57 и запирают силовые ключи 2, 3, 6, 8, 12 и отпирают ключ
10. Сигналы логических единиц с выходов
42, 44 элемента 34 отпирают ключи 27, 29, Остальные ключи переменного ток; 26, 28, 1758813
Uc =- -(UA + Ua) =- 6U, 30, 31 заперты сигналами логических нулей с выходов 41, 43, 45, 46 элемента 34, Формирование импульсов управления силовыми ключами на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соот- 5 ветствии с диаграммами 64 — 84 на фиг.3 и таблицей истинности. элемента 34 на фиг.4.
В результате работы инверторов на обомтках трансформаторов 13 — 15 формируются напряжения 75-77 на фиг.3, а на фазе на- 10 грузки, соединенной звездой,— 16-ступенчатое напряжение 84. Для получения формы выходного напряжения, представленной на диаграмме 84, напряжения на секциях 16, 19, 17, 20 и 18, 21 основного трансформато- 15 ра 13 должны быть соответственно равны
50, 20, 5U, а на обмотках 22, 23 и 24, 25 вспомогательных трансформаторов 14, 15, соответственно 3U и U.
Следовательно, числа витков секций 20 каждой вторичной полуобмотки основного трансформатора 13 и числа витков вторичных обмоток вспомогательных трансформаторов 14, 15 должны относиться между собой как 5:2:5:3:1. 25
Силовая схема преобразователя работает следующим образом.
На первом интервале замыкают ключи
1, 4, 5, 7, 10, 11, 27, 29 (диаграммы 65, 67, 69, 72, 73, 79, 81). 30
При этом напряжение на обмотках 22, 23 вспомогательного трансформатора 14 становится равным нулю. Через замкнутый ключ 27 к выводам А, B преобразователя прикладывается алгебраическая сумма на- 35 пряжений секций 19, 20 основного трансформатора 13 и обмотки 24 вспомогательного трансформатора 15, равная 6U. К выводам В, С через ключ 29- сумма напряжения секции 19-21, равная (— 120), а 40 к выводам С, А через ключи 29, 27-сумма напряжений секции 21и обмотки 24, также. равная 60, При этом фазные напряжения нагрузки, соединенной звездой, соответственно равны 45
Одв — UcA 60 — 60 р
3 3
0 pc — Одв -120 — 6 0
UB 3 3 — 6U, т.е. формируются нулевая, 11 отрицатель- 55 ная и 11 положительная ступени фазных напряжений Од, Ов, Ос, На втором интервале вместо ключа 10 замыкают ключ 9,исчезает напряжение также на обмотках 24, 25 вспомогательного трансформатора 15. Через ключи 27 к выводам А, В прикладывается сумма напряжений секций 19 — 20, равная 7U, к выводам В, С через ключ 29 вновь прикладывается сумма напряжений секций 19-21, равная (12U), к выводам С, А через ключи 29, 27напряжение секции 21, равное 5U. Фазные напряжения становятся равными 2U/3, 19
О/3, 17 О/3, т.е. формируются первая положительная, 12-я отрицательная и 10-я положительная ступени фазных напряжений Од, UB, UC.
На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами
64 — 84 на фиг.3 и таблицей истинности элемента 34 на фиг.4.
Подключение любой ветви схемы с помощью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью 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, содержащий основной, первый и второй вспомогательный инверторы. выходами соединенные с первичными обмотками соответственно основного, первого и второго вспомогательных трансформаторов, вторичная обмотка основного трансформатора имеет отвод от средней точки, разделяющий ее на две половины с первым промежуточным отводом в каждой из них и подключенным к первому выходному выводу преобразователя, первый и второй крайние выводы упомянутой обмотки через ключи переменного тока подсоединены соответственно к второму и третьему выходному выводу преобразователя, первый и второй вспомогательные трансформаторы имеют по две вторичные обмотки, соединенные в две независимые ветви. в каждой из которых включены последовательно по одной вторичной обмотке первого и второго вспомогательного трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник, первый вывод первой и второй ветви соединен соответственно с вторым и третьим выходным выводом преобразователя, а второй вывод первой и второй ветви соединен через один ключ переменного то1758813
10 ка с первым промежуточным отводом соответственно второй и первой половины вторичной обмотки основного трансформатора, и через другой ключ переменного тока с введенным вторым и ромежуточным отводом этой половины вторичной обмотки, причем число витков секций между крайним выводом и-первым промежуточным отводом, между первым и вторым и ромежуточными отводами, между вторым и ромежуточным отводом и отводом от средней точки каждой половины вторичной обмотки
5 основного трансформатора и число витков каждой вторичной обмотки первого и второго вспомогательного трансформатора относятся как 5:2;5:3:1.
1758813
1758813
8 +DÀ/ унт
0 0;0
Г 1 1
О ГГО о Г о о
0 if
0 6
0-Г Г 0
1 1
Р О
0,Г
О 0 + 0
О О о о
0 о
Ю .г 0 0
0 0 0 Р
67 0
0 / 0 1 о о о
f 10
0 б
0 У У gi0„ 0 0ll71
r O г ?:Р 0
gl71g
1 Р
О Ю
0 1 1
0 7 Р IФ о о
7 1
_#_ 0,0 / Р
g 1 Ф,0 о о
2т 0
e a co
VlO
f O о < у<ус
24 0 .г Р ооо а
О,а1l Р
О:giY 0
2б
0 Г 4 ; 0
0IW Ф 0
r o
zs o
Г ойдо
/ 1 1 / ю 0 Г 0
0 0 0 0 оооо ро о
Редактор Ю,Середа
Корректор Т.Ваш
Заказ 3009 Тираж 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 о Р а, феса.
Г О ог Г
Составитель А,Азаров
Техред M.Ìîðãåíòàë
