Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СОюз СОветских

Социалистических

Республик

% (i»944026

Ф

l ,// -

-.Г (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено04.11.80 (21) 3000673I24-07 с присоединением заявки №(23) П рнорнтет

Опубликовано 15.07.82. Бюллетень №26

Дата опубликования описания 15.07.82 (51) М. Кл.

Н 02 М 7/48

3Ъоударотвеииый комитет

СССР ло делам изобретений

Э и открытий (53 ) .УЙ К 621,314. .572(088.8) (72) Авторы изобретения

А,М. Азаров и B.È. Иванчура (7! ) Заявитель

Красноярский политехнический институт (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ТРЕХ ФАЗН ОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоиадальное.

Известен трехфазный инвертор с трехступенчатой формой кривой выходного напряжения, содержащий мост основных клю чей, мост дополнительных ключей, а также трансформаторы, первичные обмотки которых соединены треугольником и подключены на выходе моста дополнительных ключей, а вторичные обмотки включены последовательно в цепь нагрузки основного моста. К лючи основного моста управляются импульсами длительностью

180 эл. град, сдвинутыми друг относительно друга на 60 эл. град. В результате на выходе основного моста формируется двухступенчатое напряжение., коэффициент гармоник которого равен 31,08%.

Добавляя и вычитая из этого напряжения дополнительное напряжение, снимаемое со вторичных обмоток трансформаторов, включенных на выходе дополнительного моста, получают трехступенчатое напряжение с коэффициентом гармоник, равным 15,2%Ã×.

Недостатком данного инвертора является значительная масса и габариты траноформаторов, особенно на низкой выходной частоте. Кроме того, для согласованияуровней постоянного входного и переменного выходного напряжений требуется включение выходного трансформатора, ко торый будет работать на выходной частоте, что также существенно увеличивает массу и габариты инвертора, усложняет его схему.

Известен также трехфазный инвертор, содержащий мост основных ключей, выходная цепь которого имеет общую точку, связанную с .отводом автотрансформатора, включенного в диагональ дополнительного полумоста. Основной мост формирует относительно средней точки источника питания прямоугольные фазные напряжения, коэффициент гармоник которых равен

К;=48,5%. Улучшение формы этих напря3 9440 жений осуществляют путем суммирования каждого из них с выходным напряжением дополнительного полумоста, работающего на тройной частоте f27.

Однако результирующее двухступенчатое фазное напряжение инвертора также с -. держит значительный процент высших гармоник. В нем содержатся все нечетные гармоники, кроме кратных трем, а коэффициент гармоник выходного напряжения 1g инвертора равен К„.=31,08 Ь. Это приводит к увеличению потерь мощности в потребителе или к необходимости установки выходных фильтров, которые увеличивают массу и габариты инвертора, ухудшают его КПД и динамические показатели, симметрию выходными напряжений и могут привести к автоколебаниям в системе инвертор - нагрузка. Кроме того, согласование уровней входного постоянного и выходного переменного напряжений требует обычно применения трансформатора, работающего на частоте выходного напряжения инвертора, что также отрицательно сказывается на массе и ra- д баритах всего устройства. Следовательно, недостатком данного инвертора является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, большая масса и габариты.

Известен преобразователь постоянного зо напряжения в трехфазное трехступенчатое напряжение, в котором выходное напряжение получают путем суммирования напряжений двух инверторов - трехфазный инвертор, содержапщй цреобразовательные ячейки, каждая из которых выполнена на управляемых ключах, образующих мост, диагональ переменного тока которого связана с цепью нагрузки, а длительность прямоугольного импульса выходного фазного напряжения составляет

150 эл. град, и:дополнительный преобразователь на управляемых ключах, в цепь переменного тока которого включена первичная обмотка дополнительного трано45 форматора, вторичные обмотки которого включены последовательно с каждым управляемым ключом преобразовательных ячеек. Преобразовательные ячейки обра;зуют два трехфазных моста ключей, уп50 равляемых со взаимным фазовым сдвигом в 30 an. град. Между смежными ячейками инвертора включены первичные обмотки трех трансформаторов, напряжения на которых сдвинуты друг относительно друга на 120 an. град, и имеют вид

55 двуполярных импульсов длительностью ,по 150 эл. град. с паузой на нуле в

:30 эл. град. На интервалах импульсов в

26 напояжения суммируются по первичным цепям трансформаторов с напряжением дополнительной ячейки, работающих с шестикратной частотой. Результирующее линейное напряжение инвертора имеет трехступенчатую форму с паузой на нуле, в которой присутствуют высшие гармоники с порядковыми номерами =11, 13, 23,. 25, а коэффициент гармоник этого напряжения равен 15,2 Г32.

Основные трансформаторы работают на . выходной частоте, поэтому имеют большую массу и габариты. Значительное число управляемых ключей и обмоток трансформаторов существенно, усложняют схему инвертора. Недостатком данного инвертора является большая масса и габариты, сложность схемы.

1Лель изобретения — упрощение и улучшение массогабаритных показателей преобраз ователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в трехфаэное квазисинусоидальное, содержащем ключи переменного тока, основной и вспомогательный инверторы, нагруженные соответственно на первичные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, вторичные обмотки которых связаны с выходными выводами, оба инвертора выполнены однофззными, вторичные обмотки трансформаторов соединены в две фазы и включены по схеме открытого треугольника, вершины которого непосредственно связаны с выходными выводами преобразователя, а каждая иэ указанных фаз содержит две параллельные ветви, в одну иэ которых включены последовательно обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, а в другуюобмотка основного трансформатора, причем одни концы ветвей соединены между собой непосредственно, a другие — через упомянутые ключи переменного тока.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразователя, на фиг. 2 формы напряжений на обмотках основного и вспомогательного трансформаторов, диаграмма импульсов управления ключами, форма выходного напряжения.

Преобразователь (фиг. 1) содержит основной однофазный инвертор 1, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, вторичные обмотки

3-6 этого трансформатора через ключи переменного тока 7-10 соединены с вы» модными выводами преобразователя А, В, С. Кроме того, преобразователь содержит вспомогательный однофаэный инвер5 944 тор 11, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора 12, вторичные обмотки 13 и 14 которого соединены,последовательно с обмотками 3 и

4 основного трансформатора. Таким образом, вторичные обмотки трансформаторов вместе с ключами переменного тока образуют две фазы преобразователя, которые соединены, по схеме открытого треугольника, вершины которого образуют выход- 30 ные выводы преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

Однофаэные инверторы 1 и 11 синхронизированы и управляются .таким образом,1 что на их выходах создаются переменные напряжения, формы которых представлены на фиг. 2d . Управление ключами осуществляется импульсами напряжения, диаврамма которых представлена на фиг. 2 о, причем импульсы, соответствующие графику 7, подаются на ключ 7, графику 8 - на ключ 8 и т. д. Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из условия исключения гармоник, близких к основной. При этом величины первой, второй и третьей ступеней выходного ли- . нейного напряжения соответственно равны ЭО

U, Uy =(1+ 1ГЗ) U, Ug =(2+ УЗ) (фиг. 2 6). Для получения напряжения с такими амплитудами ступеней величины напряжений на обмотках 3 и 5 трансформ матора 2 должны быть равгыО =U = - зз

ОЪ 05 ф. а на обмотках 4, 6 оа= "оЬ- 0, а на обмотках 13 и 14 трансформатора 12

Uq-U равны V p

6 равных интервалов. На первом интервале замыкают ключи 7 и 10 (фиг. 2 о ).

При этом к выводам А, В прикладывается разность напряжений обмоток 3 и 13, 0 -0„ рвнаяЙ.„» — - — «0 к выводам 8

А&1 Я ll

С - напряжение обмотки 6, равное

И8 „- - U, к выводам С, А - алгебраическая сумма напряжений обмоток 6, 3 о

ОЪ U -U1 и 13, равная И А = 0 - + — = И сА

В результате формируется первая положительная, третья отрицательная и вторая положительная, третья отрицательная и вторая положительная,- ступени линейных напряжений 0 8, 08, И д соответственно.

1 (На втором интервале меняется полярность

026 6 напряжений на обмотках 13 и 14 транс форматора 12, а включенными остаются те же ключи, поэтому линейные напряжения становятся равными и о -u„

1 И?. 8Cll 03

0 И,-U

Р,„ =,— — т. е. формируются вторая положительная третья отрицательная и первая положительная ступени линейных напряжений.

На третьем интервале ..меняется поляр-— ность напряжений на обмотках 3-6 трансформатора 2 и замыкаются ключи 8 и 9.

К выводам А, В прикладывается напряжение обмотки 4, равное Из, к выводам В, С - сумма напряжений обмоток 5 и 14, равная (- U ) и к выводам С, Аалгебраическая сумма напряжений обмоток 14, 5, 4 равная (- И., ) . При этом формируются третья положительная, вторая н первая отрицательные ступени линейных юпряжений и в, О С,Ц.„.

На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично. опнанному в соответствии с формами напряжений на обмотках трансформаторов и диаграммой импульсов управления ключа-. ми. Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного: тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разнос» ти потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает Работо— способность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.

Предложенный преобразователь по сравнению с известным имеет меньшую массу и габариты,. Он содержит два однофаэных трансформатора, работающих на частотах не менее, чем в три раза превышающих выходную частоту преобразователя. В схеме прототипа содержится четыре трансформатора, три из которых работают на . выходной частоте инвертора, поэтому имеют большую массу и габариты. Кроме того этот преобразователь проще и надежнее, так как содержит меньшее число управляемых ключей и обмоток трансформаторов. Если однофазные инверторы выполнены по нулевой схеме, а в качестве ключей использова ны транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов; то предлагаемый преобразователь содержит 8 транзисторов, а прототип 16, т. е. в два раза больше.

94402

Большее число транзисторов приводит также к усложнению системы управления инверт ором.

Формуле изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, содержащий ключи переменного тока, oc- ig новной и вспомогательный инверторы, нагруженные соответственно на первич.— ные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, вторичные обмотки которых связаны с выходными выводами, отличающийся тем, что, с целью упрощения и улучшения его массогабаритных показателей, оба инвертора выполнены однофазными, вторичные обмотки трансформаторов соединены в две

6 8 фазы и включены по схеме открытого треугольника, вершины которого непосредственно связаны с выходными выводами преобразователя, а каждая из указанных фаз содержит две параллельные ветви, в одну из которых включены пооледовательно обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, а в другую - обмотка основного трансформатора, причем одни концы ветвей соединены между собой непосредственно, а другие - через ключи переменного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 949833., кл. Н 02 М 7/48, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

% 432642, кл. H 02 М 7/48, 1971.

3. ABTDpcKoe свидетельство СССР

% 647818, кл. Н 02 М 7/537, 1977.

944026

Ц2 lpga

0у

Д В

ВНИИПИ. Заказ 5146/71 Тираж 721 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4