Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение

 

Использование: преобразование постоянного напряжения в трехфазное квазисинусбй альное напряжение в системах электропривода и вторичного электропитания/Сущность изобретения: основной и два вспомогательных однофазных инвертора на транзисторах соответственно генерируют напряжения прямоугольной формы с нулевыми паузами на определенных интервалах времени. Эти напряжения с помощью основного и двух вспомогательных трансформаторов изменяются до необходимого уровня, определяемого соотношением числа обмоты -..как (lO+4K):(5+4k):3:l, где К-. 1,5ПзТ.. - любое целое число, определяющее число отводов, разделяющих секции одной из ветйей каждой фазы вторичной обмотки основного трансформатора. Соотношение числа витков секций равно 5:4. При определенном алгоритме коммутации ключей пе ременного тока на выходе преобразователя формируется 19-ступенчатое фазное напряжение . 4 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (и)з Н 02 М 7/539 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ . ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) . g)„ ): 33.":, )3И

ЦЯ1М- ЕК;Т

@ИБЛИЭТЕ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4934303/07 (22) 02.04.91 (46) 30.04.93. Бюл. Ь 16 (71) Красноярский государственный аграрный унйверситет (72) А.М,Азаров (56) Авторское свидетельство СССР

t4 944026, кл. Н 02 М 7/48, 1980, - Авторское свидетельство СССР

М 1683159. ei. Н 02 М 7/539, 1989. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИ.СИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (57) Использование;-преобразование постоянного напряжения в трехфазное квазисинусотидальное напряжение в системах электропривода и вторичного электропитания. Сущность изобретения: основной и два

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

Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник, Заявляемый преобразователь отличается тем, что числа витков вторичных обмоток основного трансформатора одной и другой ветви каждой фазы и числа витков вторичных обмоток первого и второго вспомогательных трансформаторов относятся между собой как (5+4К);(10+4K):3;1, а числа витков первой секции вторичной обмотки . основного трансформатора одной ветви, соединенной одним выводом с вторичной об„„Я „„1812607 А1 вспомогательных однофазных инвертора на транзисторах соответственно генерируют напряжения прямоугольной формы с нулевыми паузамй на определенных интервалах времени. Эти напряжения с помощью основного и двух вспомогательных трансформаторов изменяются до необходимого уровня, определяемого соотношением числа обмоток, как (10+4К). (5+4К):3:1, где К1,23... — любое целое число, определяющее число отводов, разделяющих секции одной из ветвей каждой фазы вторичной обмотки основного трансформатора. Соотношение числа витков секций равно 5:4. При определенном алгоритме коммутации ключей пе= ременного тока на выходе преобразователя формируется 19-ступенчатое фазное напря- З жение. 4 ил.

° раагй моткой первого вспомогательного трансформатора, и каждой из остальных секций этой обмотки относятся между собой как

5:4, «де К - 1,2,3... — любое целое число.

На фиг. 1 представлена принципиаль- О ная схема силовой части преобразователя, для случая когда вторичная обмотка основного трансформатора оераоа оетан ордер- фа жит один промежуточный отвод; 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

1812607 однофазных инвертора, выполненных соответственно на ключах 1-4, 5-8, 9-12. Выходы инверторов нагружены на первичные . обмотки основного 13 и вспомогательных трансформаторов 14, 15. Секции 16-19, вторичные обмотки 20, 21 основного трансформатора 13 и вторичные обмотки 22, 23 и 24, 25 вспомогательных трансформаторов 14, 15 соединены через ключи переменного тока 26-31 в две фазы по схеме открытого . треугольника, вершины которого образуют выходные выводы А,В,С преобразователя.

Блок управления преобразователем фиг.2 содержит задающий генератор 32, выход которого подключен ко входу двоичного счетчика импульсов 33 с коэффициентом пересчета равным 39. Выходы счетчике 33 нагружены на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 34. Выходы 35-46 rtoследнего соединены через триггер 47, логические. элементы НЕ 48-57 элементы

2-2И-2ИЛИ58-62 и блок буферных усилителей 63 с управляющими входами силовых ключей преобразователя, причем номера выходов блока 63 соответствуют номерам ключей, к которым они подключены.

На фиг. 3 диаграммы 64-84 представляют 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 основного и вспомогательных инверторов), 75-77 — трансформаторов 13-15, 78-83 — на выходах 41-45 элемента 34 (импульсы управления ключами 26-3 1), 84- преобразователя (форма выходного фазного напряжения).

Преобразователь работает следующим образом. Задающий генератор 32 формирует последовательность импульсов 64(фиг.3), которая поступает иа вход двоичного счетчика 33. С выхода счетчика 33 им пульсы поступают нз адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 34, логическйе 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 логичвckoro нуля на его входе обеспечивает закратое состояние силового ключа преобразователя, з уровень логической единицы — открытое, Полупериод выходно«о напряжения 84 преобразователя можно разделить на 39 равных интерва Мв, что соответствуе 39 логическим состсяниям элемента 34.

Нэ первом интервале с выхода 35 элемента 34 сигнал логической единицы табл. фиг, 4 устанавливает триггер 47 в логическов состояние "1" которое сохраняется в течение первого полупериода выходного напряжения преобразователя, Выходные сигналы триггера 47управляют работой элементов 58-62, через которые проходят сигналы с выходов 35-40 на управляющие

10 входы ключей 1-4 и 5-12 основного и вспомогательных инверторов. С выходов 36, 37, 40 элемента 34 сигналы логических единиц проходят через открытые сигналом триггера

47 элементы 58, 59, 62, усиливаются блоком

15 63 и отпирают ключи 1,4 и 5,11 основного и вспомогательного инверторов, С выходов

38, 39 сигналы логических нулей запирают элементы 60, 61, а следовательно, и силовые ключи 7,9. Выходные сигналы элементов

20 58-62 инвертируются элементами 53-57 и отпирают силовые ключи 8, 10 и запирают ключи 2,3,6,12. Сигналы логических единиц с выходов 42, 46 элемента 34 отпирают ключи 27, 31. Остальные ключи переменного

25 тока 26, 28-30 заперты сигналами логических нулей с выходов 41, 43 45 элемента 34, Формирование импульсов управления силовыми ключами нз следующих интервалах происходит аналогично описанному в соот30 ветствии с диаграммами 64-83, фиг. 3 и таблицей истинности элемента 34, фиг, 4, В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 13 — 15 формируются напряжения 75-77 фиг. 3, а на фазе нагрузки.

35 соединенной звездой 19-ти ступенчатое напряжение 84. Для получения формы выходного напряжения, представленной на диаграмме 84 напряжения на каждой из секций 16, 18 и 17, 19 обмоток 20, 21 основного

40 транс аторз 13 должны быть соответственно равны 50, 40, 14 К з напряжения нз каждой из вторичных обмоток 22, 23 и 24,:

25 вспомогательных трансформаторов 14.

15 соответственно w 30 и U.

45 При другом произвольном числе "К" отпаек вторичной обмотки первой ветви основного трансформатора 13 числа витков вторичных обмоток вспомогательных трансформаторов относятся между собой «зк

50 (5+4К):{10+4К):3 1, а числз витков первой и каждой последующей секции вторичной обмотки основного трансформатора первой ветви относятся между собой как 5:4, Силовая часть преобразователя работа- ..

55 вт следующим образом.

На первом интервале .замыкают ключи 1,4,5,8,10,11,27,31 (диаграммы

65,67,70,72,73,79,83) фиг. 3). Через замкнутый ключ 27 к выходным выводам А,В преобразователя прикладывается алгебра1812607 ическая сумма напряжений секций 16, 17 основного трансформатора 13 и обмоток

22, 24 вспомогательных трансформаторов 14, 15, равная 7 U. К выводам В,С через ключ 31 — напряжение обмотки 21, равное (-14 U), a к выводам С,А через ключи 31, 27 алгебраическая сумма напряжений обмоток 21, 22, 24 и секций 16, 17 равная 70. При этом фазные напряжения нагрузки, соединенной звездой соответственно равны:

UA—

UAs — UcA 7 0 — 7 U

3 3 — 0

0вс — 0дв — 14 U — 7 U

0в

3 3

7U

Uc = - (UA+ Ue) = 7 U т.е. формируются нулевая, 13-я отрицательная и 13-я положительные ступени фазных напряжений UA, 0в, Uc.

На втором интервале вместо ключей 5, 10, 11 замыкают ключи 6,9,12 исчезает напряжение на обмотках 22, 23 вспомогательного трансформатора 14, Через ключ 27 к выводам А,В преобразователя прикладывается сумма напряжений секций 16, 17 и обмотки 24, равная 8 U, к выводам В.С через ключ 31 вновь прикладывается напряжение обмотки 21 равное (-14 U), к выводам С,А, через ключи 31, 27 алгебраическая сумма напряжений обмоток 21, 24 и секций 16, 17 равная 60. Фазные напряжения становятся

2 22 20 равными — U, — — U, U, т.е. формиру3 3 3 ются первая положительная, 14-я отрицательная и 12-я положительная ступени фазных напряжений UA UB Uc

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 потенциалов фаз в течение каждого интервала. .Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.

Предложенный преобразователь обеспечивает следующие преимущества перед прототипом без усложнения схемы:

1. Лучшую форму кривой выходного напряжения 19-ти ступенчатую вместо 18-ти ступенчатой.

2. Увеличение КПД, надежности, срока

5 службы потребителей за счет уменьшения потерь от высших гармоник.

3. Повышение быстродействия, исключение автоколебаний s системе преобразователь частоты — асинхронный двигатель эа

10 счет уменьшения или исключения выходных фильтров.

4, Повышение точности равномерности вращения асинхронных двигателей, питаемых от преобразователя, уменьшение влия15 ния 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 напряжения в трехфазное квазисинусаидальное напряжение, содержащий основной, первый вспомогательный и второй вспомогательный однофазные инверторы, нагруженные на пер30 вичную обмотку соответственно основного, первого вспомогательного и второго вспомогательного трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены в две фазы по схеме открытого треугольника, вершинами

35 подключенного к выходным выводам преоб-. разователя, каждая из указанных фаз содержит две параллельные ветви, в первую из которых включены последовательна вто-. ричные обмотки основного, первого и вто40 рого вспомогательных трансформаторов, а во вторую ветвь вторичная обмотка основного трансформатора, при этом вторичная обмотка основного трансформатора первой ветви каждой из двух фаз разделена на сек45 ции посредством К промежуточных отводов, одни концы ветвей соединены между собой непосредственно, а другие концы ветвей и все промежуточные отводы соединены с выходным выводом преобразователя через

50 ключи переменного тока, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества . выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник, числа витков вторичных обмоток основного трансформатора

55 одной и другой ветви каждой фазы и числа витков вторичных обмоток первого и второго вспомогательных трансформаторов отно-. сятся между собой как (5+4К):(l0+4K):3:1. а числа витков первой секции вторичной обмотки основного трансформатора одной

1812607 ветви, соединенной одним выводом с вторичной обмоткой первого вспомогательного трансформатора, и каждой из остальных секций этой обмотки относятся между собой как 5;4, где К - 1,2,3,... — любое целое число.

1812607

1812607

1812607

Составитель. А. Азаров

Редактор А. Егорова Техред M. Моргентал Корректор M. Куль

Заказ 1579 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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