Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение

 

Использование: преобразование постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение в системах вторичного электропитения и электропривода. Сущность изобретения: преобразователь содержит основной и два вспомогательных однофазных инвертора, выходы которых подключены к первичным обмоткам соответственно основного 13 и двух вспомогательных 14 и 15 трансформаторов, концы вторичной обмотки 16, 17 основного инвертора подключены через ключи переменного тока 20, 21, 23, 24, 26, 27 к каждому из выходных выводов преобразователя А, В,С, а ее промежуточный отвод соединен с указанными выводами через последовательно соединенные вторичные обмотки 18 и 19 вспомогательных трансформаторов и ключи переменного тока 22, 25, 28. При коммутации ключей 20 - 28 по определенному алгоритму на выходе преобразователя формируется квазисинусоидальное напряжение с числом ступеней в четверти периода, равным 22,5. 4 ил.

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

Известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напяжение (1). Он содержит основной/ вспомогательный и "m" дополнительных однофазных инверторов/ нагруженных на трансформаторы. Концы вторичной обмотки основного трансформатора подключены через ключи переменного тока/ а ее промежуточный отвод - через вторичные обмотки вспомогательного/ дополнительных трансформаторов и ключи переменного тока к выходным выводам преобразователя. Коэффициенты трансформации основного вспомогательного и i-го дополнительного трансформаторов относятся между собой как (3^m+1+1): 3^m: 3^m-i, где i = 1, 2, 3...Все инверторы работают на частотах выше выходной. Напряжения вторичных обмоток трансформаторов алгебраически суммируются и с помощью ключей переменного тока демодулируются в трехфазное многоступенчатое напряжение. Например/ при наличии трех инверторов: основного/ вспомогательного и дополнительного преобразователь формирует 15-ти ступенчатое напряжение/ содержащее значительное количество высших гармоник. Дальнейшее улучшение формы кривой выходного напряжения требует увеличения числа дополнительных инверторов/ что усложняет схему преобразователя и понижает его надежность.

Недостатком данного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное (2). Он содержит основной и два вспомогательных инвертора/ нагруженных на трансформаторы. Концы вторичной обмотки основного трансформатора подключены через ключи переменного тока/ а ее промежуточный отвод через последовательно связанные вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов и ключи переменного тока к выходным выводам преобразователя. Коэффициенты трансформации основного и вспомогательных трансформаторов относятся между собой как 15: 3:1/ а указанный промежуточный отвод вторичной обмотки основного трансформатора делит ее по числу витков в отношении 10:5.

Недостатком данного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения.

Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник.

Сущность изобретения заключается в том/ что преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение содержит основной и два вспомогательных однофазных инвертора/ выходы которых подключены к первичным обмоткам соответственно основного и двух вспомогательных трансформаторов/ крайние выводы обмотки основного трансформатора подключены через ключи переменного тока к каждому из выходных выводов преобразователя/ а ее промежуточный отвод соединен через последовательно соединенные вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов и ключи переменного тока с каждым из выходных выводов преобразователя/ причем коэффициенты трансформации основного и вспомогательных трансформаторов относятся между собой как 16:3:1/ а промежуточный отвод вторичной обмотки основного трансформатора делит ее по числу витков в отношении 11:5.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает/ что заявляемый преобразователь отличается тем/ что коэффициенты трансформации основного и вспомогательных трансформаторов относятся между собой как 16:3:1/ а промежуточный отвод вторичной обмотки основного трансформатора делит ее по числу витков в отношении 11:5.

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/ выполненных соответственно на ключах 1-4/ 5-8/ 9-12. Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки основного и вспомогательных трансформаторов 13/ 14/ 15. Секции 16/ 17 основного трансформатора 13 и вторичные обмотки 18/ 19 вспомогательных трансформаторов 14/ 15 соединены между собой и подключены через ключи переменного тока 20-28 к выходным выводам А/ В/ С преобразователя.

Блок управления преобразователем (фиг.2) содержит задающий генератор 29/ выход которого подключен к входу двоичного счетчика импульсов 30 с коэффициентом пересчета/ равным 45. Выходы счетчика 30 нагружены на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 31. Выходы 32-46 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 соответствуют номерам ключей/ к которым они подключены.

На фиг. 3 диаграммы 64-87 представляют формы импульсов на выходах следующих элементов: 64 - задающего генератора 29/ 65-74 на выходах элементов 58-62 и 53-57 (импульсы управления ключами 1-12 основного и вспомогательных инверторов)/ 75-77 - трансформаторов 13-15/ 78-86 - на выходах 38-46 элемента 31 (импульсы управления ключами 20-28)/ 87 - преобразователя (форма выходного фазного напряжения).

Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 29 формирует последовательность импульсов 64 (фиг.3)/ которая поступает на выход двоичного счетчика 30. С выхода счетчика 30 импульсы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 31/ логические состояния выходов 32-46 которого в зависимости от кода адреса представлены в таблице (фиг.4). Выходы элемента 31 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 87 преобразователя можно разделить на 45 равных интервалов/ что соответствует 45-ти логическим состояниям элемента 31.

На первом интервале с выхода 32 элемента 31 сигнал логической единицы (таблица/ фиг.4) устанавливает триггер 47 в логическое состояние "1"/ которое сохраняется в течение первого полупериода выходного напряжения преобразователя. Выходные сигналы триггера 47 управляют работой элементов 58-62/ через которые проходят сигналы с выходов 33-37 на управляющие входы ключей 1-4 и 5-12 основного и вспомогательных инверторов. С выходов 33/ 34/ 36/ 37 элемента 31 сигналы логических единиц проходят через открытые сигналом триггера 47 элементы 58/ 59/ 61/ 62/ усиливаются блоком 63 и отпирают ключи 1/ 4/ 5/ 9/ 11 основного и вспомогательных инверторов. С выхода 35 сигнал логического нуля запирает элемент 60/ а следовательно/ и силовой ключ 7. Выходные сигналы элементов 58-62 инвертируются элементы 53-57 и отпирают силовой ключ 8/ запирают ключи 2/ 3/ 6/ 10/ 12. Сигналы логических единиц с выходов 40/ 41/ 45 элемента 31 отпирают ключи 22/ 23/ 27. Остальные ключи переменного тока 20/ 21/ 24-26/ 28 заперты сигналами логических нулей с выходов 38/ 39/ 42-44/ 46 элемента 31. Формирование импульсов управления силовыми ключами на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 64-86 (фиг.3) и таблицей истинности элемента 31 (фиг.4).

В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 13-15 формируются напряжения 75-77 (фиг.3)/ а на фазе нагрузки/ соединенной звездой/ многоступенчатое напряжение 87. Для получения формы выходного напряжения/ представленной на диаграмме 87/ напряжения на каждой из секций 16/ 17 основного трансформатора 13 должны быть равны 11U и 5U/ а напряжения на каждой из вторичных обмоток 18/ 19 вспомогательных трансформаторов 14 и 15 соответственно 3U и U/ т.е. коэффициенты трансформации основного и вспомогательных трансформаторов относятся между собой как 16:3:1/ а промежуточный отвод вторичной обмотки основного трансформатора делит ее по числу витков в отношении 11:5.

Силовая схема преобразователя работает следующим образом.

На первом интервале замыкают ключи 1/ 4/ 5/ 8/ 9/ 11/ 22/ 23/ 27 диаграммы 65/ 67/ 70/ 71/ 73/ 80/ 81/ 85. При этом напряжение на обмотке 19 равно нулю. Через замкнутые ключи 22/ 23 к выходным выводам А/ В преобразователя прикладывается алгебраическая сумма напряжений секции 16 основного трансформатора 13 и обмотки 18 вспомогательных трансформаторов 14/ равная 8U. К выводам В/ С через ключи 23/ 27 сумма напряжений секции 16/ 17 равная (-16U)/ а к выводам С/ А через ключи 27/ 22 сумма напряжений секции 17 и обмотки 18/ равная 8U. При этом фазные напряжения нагрузки/ соединенной звездой равны U_A= = = 0 U_B= = = -8U U_C= - (U_A+U_B) = 8U/ т.е. формируются нулевая/ 15-я отрицательная и 15-я положительная ступени фазных напряжений U_A, U_B, U_C.

На втором интервале вместо ключа 9 замыкают ключ 10/ появляется напряжение на обмотке 18 вспомогательного трансформатора 14. Через ключи 22/ 23 к выводам А/ В прикладывается алгебраическая сумма напряжений секций 16 и обмоток 18/ 19/ равная 9U/ к выводам В/ С через ключи 23/ 27 вновь прикладывается сумма напряжений секций 16/ 17/ равная (- 16U)/ к выводам С/ А через ключи 27/ 22 сумма напряжений секции 17 и обмоток 18/ 19/ равная 7U. Фазные напряжения становятся равными U, U, U, т.е. формируются первая положительная/ 16-я отрицательная и 14-я положительная ступени фазных напряжений U_A, U_B, U_C.

На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 64-87 (фиг.3) и таблицей истинности элемента 31 (фиг.4).

Подключение любой ветви схемы с помощью управляемых ключей с двусторонней 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.

Предлагаемый преобразователь имеет лучшую форму кривой выходного напряжения: 45 ступеней в полупериоде вместо 42 ступеней в прототипе без усложнения схемы преобразователя.

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий основной и два вспомогательных однофазных инвертора, выходы которых подключены к первичным обмоткам соответственно основного и двух вспомогательных трансформаторов, крайние выводы вторичной обмотки основного трансформатора подключены через ключи переменного тока к каждому из выходных выводов преобразователя, а ее промежуточный отвод соединен через последовательно соединенные вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов и ключи переменного тока с каждым из выходных выходов преобразователя, отличающийся тем, что коэффициенты трансформации основного и вспомогательных трансформаторов соотносятся между собой как 16 : 3 : 1, а промежуточный отвод вторичной обмотки основного трансформатора делит ее по числу витков в соотношении 11 : 5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4