Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение

 

Использование: преобразование постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение квазисинусоидальной формы для систем вторичного электропитаи электропривода. Сущность изобретения: на выходе основного однофазного инвертора на ключах 1-4 формируют прямоугольное напряжение тройной частоты, а на выходе вспомогательных однофазных инверторов на ключах 5-12 формируют более высокие частоты, имеющие нулевые паузы в определенных интервалах полупериода. Данные напряжения, снимаемые с секций 16-21 вторичной обмотки основного трансформатора 13 и с вторичных обмоток 22-25 вспомогательных трансформаторов 14, 15, суммируют посредством ключей переменного тока 26-31, коммутируемых по определенному алгоритму. В результате на выходных выводах А, В, С преобразователя формируется близкое к синусоидальному многоступенчатое напряжение с 18-тью ступенями в четверти полупериода фазного напряжения . 4 ил. ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 М 7/539

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (61) 1758813 (21) 4919370/07 (22) 18.03.91 (46) 23.03.93. Бюл. М 11 (71) Красноярский государственный аграрный университет (72) А.М.Азаров (56) Авторское свидетельство СССР

N1758813,,кл. Н 02 М, 7/539, 1989. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (57) Использование: преобразование постоянного напряжения в трехфазное переменнбе напряжение квазисинусоидальной формы для систем вторичного электропитан ия и зле ктроп ри вода. Сущность изобретения; на выходе основного однофазного

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 представлена принципиальная схема силовой 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 сооТ,!Ж, 1803959 А2 инвертора на ключах 1 — 4 формируют прямоугольное напряжение тройной частоты, а на выходе вспомогательных однофазных инверторов на ключах 5 — 12 формируют более высокие частоты, имеющие нулевые паузы в определенных интервалах полупериода.

Данные напряжения, снимаемые с секций

16 — 21 вторичной обмотки основного рансформатора 13 и с вторичных обмоток 22 — 25 вспомогательных трансформаторов 14, 15, суммируют посредством ключей переменного тока 26 — 31, коммутируемых по определенному алгоритму. В результате на выходных выводах А, В, С преобразователя формируется близкое к синусоидальному многоступенчатое напряжение с 18-тью ступенями в четверти полупериода фазного напряжения. 4 ил. ветственно на ключах 1 — 4 и 5 — 12, Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки основного 13 и вспомогательных трансформаторов 14, 15. Секции 16 — 21 основноготрансформатора 13 и вторичные обмотки 22, 23 и 24, 25 вспомогательных трансформаторов 14, 15 соединены между собой и через ключи переменного тока 2631 в две фазы по схеме открытого треугольника, вершины которого образуют выходные выводы преобразователя.

Блок управления преобразователем фиг. 2 содержит задающий генератор 32, выход которого подклю ен ко входу двоичного счетчика импульсс 33 с коэффициентом пересчета равным; з. Выходы счетчика

33.нагружены на адрес-ые входы программируемого постоянног: запоминающего

1803959 устройства 34, Выходы 35 — 46 последнего соединены через триггер 47, логические элементы НЕ 48-57 элементы 2-2И-2ИЛИ

58-62 и блок буферных усилителей 63 с управляющими входами силовых ключей преобразователя, причем номера выходов блока 63 соответствует номерам ключей, к которым они подключены..

На фиг. 3 диаграммы 64 — 84 представляют собой формы импульсов на выходах следующих элементов:

64 — задающего генератора 32, 65 — 74 — на выходах элементов 58 — 62 и

53 — 57 (импульсы управления ключами 1 — 12 ин верторов), 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 64 (фиг, 3), которая поступает на вход двоичного счетчика 33, с выхода которого импульсы поступают на адресные входы программируемого пс.тоянного запоминающего устройства 34, логические состояния выходов

35 — 46 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице 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 36 равных интервалов, что соответствует 36-ти логическим состоянием элемента 34, На первом интервале с выхода 35 элемента 34 сигнал логической единицы (табл. фиг. 4) устанавливает триггер 47 в логическое состояние 1, которое сохраняется в течение первого полупериода выходного напрях<Ыйя преобразователя, Выходные сигналы триггера 47 управляют работой элементов 58 — 62, через которые проходят сигналы с выходов 36 — 40 на управляющие входы ключей 1 — 12 инверторов, С выходов

36-38, 40 элемента 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.

Од

UAB — UcA 7 U — 6 U

3 3

55 Uec — UAÂ. — 13 U — 7 U

Lls — —" ——

3 — 20 U

Uc=-(UA+ Ue)= — U

19

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

44, 45 элемента 34 отпирают ключи 29, 30.

Остальные ключи переменного тока 2628,13 заперты сигналами логических нулей с выходов 41 — 43, 46 элемента 34. Формирование импульсов управления силовыми ключами на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 64 — 84 фиг. 3 и таблицей истинности элемента 34 (фиг. 4).

В результате работы инверторов на об15 мотках трансформаторов 13 — 15 формируются напряжения 75 — 77 фиг, 3, а на фазе нагрузки, соединенной звездой восемнадцати ступенчатое напряжение 84, Для получения формы выходного напряжения, представленной на диаграмме 84, напряжения на секциях 16, 18, 19, 21 и 17, 20 основного трансформатора 13 должны быть соответственно равны 5U, U, 3U, а на обмотках 22, 23 и 24, 25 вспомогательных транс25 форматоров 14, 15 соответственно 30 и И.

Следовательно, числа витков секций каждой вторичной полуобмотки основного трансформатора 13 и числа витков вторичных обмоток вспомогательных трансформа30 торов 14, 15 должны относится между собой как 5;3;5;3:1, Силовая схема преобразователя работает следующим образом.

На первом интервале замыкают ключи

35 1, 4, 5, 7, 10, 11, 29, 30 (диаграммы 65, 67, 69, 72, 73, 81, 82). При этом напряжение на обмотках 22, 23 вспомогательного трансформатора 14 становятся равным нулю. Через замкнутый ключ 29 к выходным выводам

40 А, В преобразователя прикладывается алгебраическая сумма напряжений секций 19, 20 основного трансформатора 13 и обмотки

24 вспомогательного трансформатора 15 равная 7U, К выводам В, С через ключ 30

45 сумма напряжений секций 19 — 21 равная (13U), а к выводам С, А через ключи 29, 30 сумма напряжений секции 21 и обмотки 24 также равная 6U, При этом фазные напряжения нагрузки, соединенной звездой соответственно равны;

1803959 т.е, формируются первая положительная, 13-я отрицательная и 12-я положительная ступени фазных напряжений UA, Ua, Uc.

На втором интервале вместо ключа 10 замыкают ключ 9, исчезает напряжение также на обмотках 24, 25 вспомогательного трансформатора 15. Через ключ 20 к выводам А, В прикладывается сумма напряжений секции 19 — 20 равная 80, к вводам В, С через ключ 30 вновь прикладывается сумма напряжений секции 19 — 21 равная -13U), к выводам С, А через ключи 29, 30 напряжение секции 21 равное 5U. Фазные напряжения становятся равными U, 7U, 6U, т.е. формируется вторая положительная, 14 отрицательная и 11-я положительная ступени фазных напряжений UA, 0в, Со, На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично опиСанному в соответствии с диаграммами

64 — 84 фиг. 3 и таблицей истинности элемента 34, фиг. 4.

Подключение любой ветви схемы с помощью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью обеспечивает возможность прохождения тока в двух наПравлениях и постоянство разности потениалов фаз в течение каждого интервала. то обусловливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменн6й формой кривой выходного напряжения.

Предложенный преобразователь обеспечивает без усложнения схемы следующие и реимущества перед прототипом:

1, Лучшую форму кривой выходного напряжения (18 ти ступенчатую вместо 16-ти ступенчатой), 2, Увеличение КПД, надежности, срока

5 службы потребителей за счет уменьшения потерь от высших гармоник, 3. Повышение быстродействия, исключение автоколебаний в системе преобразователь частоты — асинхронный двигатель за

10 счет уменьшения или исключения выходных фильтров.

4, Повышение точности, равномерности вращения асинхронных двигателей, питаемых от преобразователя, уменьшение вли15 яния на питающую сеть за счет уменьшения амплитуд высших гармоник.

5. Уменьшение входных и выходных фильтров, т.е. уменьшение массы и габаритов преобразователя за счет лучшей ком20 пенсации реактивной мощности нагрузки и лучшей формы выходного напряжения соответственно, Формула изобретения

25 Преобразователь постоянного апряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение по авт.св. ¹ 1758813, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем

30 уменьшения коэффициента гармоник, числа витков секций каждой половины вторичной обмотки основного трансформатора и числа витков вторичных обмоток вспомогательных трансформаторов относятся между со35 бой как 5:3:5:3:1.

1803959

1803959

М

79

84

82

85 и2.

1803959

8>rwuAuu

КрЯ аф8СЮ

О 0

О 0

0 0

0 0 б 0

0 0

О О

В 0

/ 0

0 0

О 0

0 О

2 0

2б 0

Г О

2 0

0 0

0 0

0 0

Составитель А,Азаров

Техред M.Mîðãeíòàë

Редактор

Корректор Н.Милюкова

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

Заказ 1059 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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