Регулируемый преобразователь постоянного тока

 

О П И С А Н И Е 38II44 ! ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Соеетскил

Со))иалистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 04 1.1971 (№ 1605704/24-7}

М. Кл. Н 02m 7 52

Н 02m 112 с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 15.Ч.1973. Бюллетень X 21

Дата опубликования описания ЗО.Ч11.1973

Комитет по Леле)е изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621,314.572 (088,8) Авторы изобретения

А. В. Иванов, В. И. Климов " В. Н. Левин

Заявитель

Ленинградский институт авиационного приборостроения

РЕГУЛИРУЕМЪ|Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В ПЕРЕМЕННЫЙ С УЛУЧШЕННОЙ ФОРМОЙ КРИВОЙ

ВЫХОДНОГО НАПРЯ)КЕНИЯ

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться в системах электроснабжения и электропривода промышленных установок и транспортных средств.

Важным требованием в таких системах является минимальное искажение формы кривой выходного напряжения инвертора при минимальных пульсациях его входного тока.

В известных схемах это достигается либо формированием многоступенчатой формы кривой напряжения путем геометрического сложения напряжений нескольких инверторов, работающих на общую сеть с различным фазовыми сдвигами на основной частоте, либо применением инверторов с широтно-импульсной модуляцией по синусоидальному закону.

Недостатком инверторов первого типа является значительный суммарный вес и габариты выходных трансформаторов в случае широкого диапазона регулирования частоты и напряжения переменного тока.

Недостаток инверторов второго типа заключается в наличии сравнительно большого процентного содержания высших гармонических составляющих во входном токе и зы:o.:.ã.. напряжении. Поэтому вес и габариты фильтрующих устройств для таких инверторов могут быть значительными. Стремление уменьшить вес и габариты фильтров за счет увели2 чепия несущей частоты приводит к уменьшению к.п.д. инвертора.

Цель изобретения заключается в улучшении формы кривой выходного напряжения

5 преобразователя, уменьшении веса и габаритов фильтрующих устройств, увеличении к.п.д. инвертора, а также в уменьшении уровня излучаемых помех.

Указанная цель достигается включением в

10 каждую фазу преобразователя нескольких (2т) управляемых ключей, работающих с взаимным фазовым сдвигом на несущей частоте, равным 2л/m, и введением в каждую фазу т-стержневого трансформатора, работа15 ющего на несущей частоте, за счет которого обеспечиваются необходимые свойства преобразователя.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого преобразователя (для

20 трехфазного варианта); на фиг. 2 даны кривые выходного напряжения преобразователей предлагаемого типа с различным числом nz u для разных соотношений несущей и выходной частот.

25 Преобразователь (фиг. 1) состоит из т элементных ннверторов 1 и трех т-стержневых трансформаторов 2. Каждый элементарный инвертор собран по мостовой трехфазной схеме на полностью управляемых ключах 3 с

30 двухсторонней проводимостью. Трансформа381144

3 тор 2 каждой фазы содержит т стержней, на каждом из которых размещено по одной обмотке с одинаковым числом витков. Начала обмоток подсоединены к выводам соответствующих фаз элементарных инверторов (к общим точкам соединения управляемых ключей верхнего и нижнего плеча фазы). Концы обмоток объединены и являются точкой подсоединения соответствующей фазы нагрузки. Управление ключами 8 осуществляется таким образом, что включенному состоянию верхних ключей отвечает выключенное состояние соответствующих нижних ключей и наоборот.

Ключи переключаются с частотой f, (íåñóщей) со взаимным фазовым сдвигом для соответствующих фаз элементарных инверторов, равным 2л/m. Величина фазового напряжения на нагрузке определяется только соотношением между длительностями включенного и выключенного состояния ключей за период несущей частоты и не зависит от величины и характера тока нагрузки.

Формирование переменного напряжения выходной (низкой) частоты f на нагрузке осуществляется регулированием по синусоидальному закону соотношения между длительностями проводящего и непроводящего состояния каждого из ключей за каждый следующий друг за другом период несущей частоты. Для всех трех фаз преобразователя обеспечивается взаимный фазовый сдвиг модулирующих синусоид на одну треть периода выходной частоты.

Величина амплитуды выходного напряжения определяется глуоиной модуляции, т. е. максимальным отклонением углов проводимости верхних (или нижних) ключей от значения, соответствующего половине периода несущей частоты, и может регулироваться от

Е

О до —.

На фиг. 2 приведены кривые выходных фазпых напряжений преобразователя для частных случаев (т=4; f, f=12 и т=б; f„/f=8) при максимальной глубине модуляции.

Трансформаторы (фиг. 1) работают таким образом, что обмотки, подключенные к положительному полюсу источника питания постоянного тока (в интервале, когда энергия по5 требляется от источника), являются первичными, а остальные обмотки вторичными.

В интервалы времени, соответствующие возврату энергии в источник питания, первичными являются обмотки трансформаторов, подклю10 ченные к отрицательному полюсу источника.

Токи нагрузки преобразователя (выходной частоты f) распределяются равномерно между всеми обмотками трансформаторов.

Основной магнитный поток в сердечнике

15 трансформатора имеет высокую (несущую) частоту, что обусловливает относительно небольшие габариты трансформатора.

Эффективность схемы состоит в том, что частота пульсаций входного тока и выходно20 го напряжения в m раз выше несущей частоты переключения ключей. Благодаря тому, что каждый ключ (вентиль) проводит лишь одну m-тую часть тока нагрузки и, следовательно, одновременно коммутируемый ток

25 также равен одной m-той части мгновенного значения тока нагрузки. Размах пульсаций входного тока и выходного напряжения равны соответственно 1/m тока нагрузки и 1/т напряжения питания.

ЗО

Предмет изобретения

Регулируемый преобразователь постоянного тока в переменный с улучшенной формой

35 кривой выходного напряжения, состоящий из т элементарных инверторов с широтно-импульсной модуляцией, отличающийся тем, что, с целью уменьшения веса и габаритов и повышения к.п.д. в каждую фазу включен

40 m-стержневой трансформатор, содержащий нг каждом стержне одну обмотку, начало которой соединено с выходным зажимом элементарного инвертора, а концы всех обмоток данного трансформатора объединены и образу45 ют выходной зажим данной фазы регулируемого преобразователя, причем элементарные инверторы управляются с взаимным фазовым сдвигом на несущей частоте, равным 2л/т.