Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное
. (72) Авторы изобретения рь о - о@ "
1 П АТЕНТ110ТЕХНИЧ" СКАЯ
БИБЛИОТЕКА
А.М. Азаров, В.И. Иванчура и А.В. 4уб
Красноярский политехнический институт (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и электропри вода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение ступенчатой квазисинусоидальной формы.
По основному авт. св. и 868953 известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий однофазный инвертор, транс. форматор, первичная обмотка которого соединена с выходом инвертора, а вторичные через ключи переменного. токас выходными выводами преобразователя, в каждой фазе включены две встречнопараллельно связанные между собой вторичные обмотки, причем одна из этих обмоток выполнена с промежуточным отводом, одни концы пары обмоток каждой фазы вместе с промежуточным отводом одной из ее обмоток подключены к соответствующему выходному разнОму выводу преобразователя через клю2 чи переменного тока, а другие концы пар обмоток каждой из фаз подключе" ны к соответствующему соседнему выходному фазному выводу преобразователя непосредственно. Выходное линей-. ное напряжение имеет пятиступенчатую форму. Первые три ступени формируют путем подключения к выходным вЫводам .преобразователя секций вторичных об-, моток, напряжения,на которых равны соответственно амплитудам этих ступеней, а четвертые и пятые ступени формируют путем суммирования напряже" .ний секций двух фаз 1.1j.
Недостатком данного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, в кото;рой содержатся высшие гармоники с по рядковыми номерами и = 1719 35,37...>
20 а коэффициент гармоник этого напряжения 10,13. Это приводит к увели,чению потерь мощности в потребителе и необходимости установки выходных ,фильтров, которые увеличивают массу
3 964917 зователя, ухудшают ставлена на фиг. 2(с1). Причем, име системы преоб- пульсы, соответствующие графику 8, а, симметрию выход". подаются на ключ 8, графику 9 - на сткость внешней ключ 9 и т.д. Для получения выходного напряжения преобразователя, близя - улучшение спекг- kol o ho форме к синусоидальному, -ступенчатой формы; амплитуды его ступеней выбирают иэ апряжения, где и - условия исключения гармоник, близких олупериодв выход- . к основной. При этом одна из вторичричем все дополни- 1в ных обмоток трансформатора каждой фаез ключи перемен- зы, например, содержащая секции 3, ы выходным выводом 5, 7, участвует в формировании неазователя ° четных ступеней линейного напряжения ль достигается тем, на интервалах О - 7г/3, ZE/3 - k кажеле пострянного S дого полупериода, а другие обмотки азное переменное Фаз, содержащие секции 4 и 6 - в форобмоток каждой. фа- мировании нечетных ступеней линейного ительно N/6-2, напряжения на этих же интервалах. одов при четном и Для N = 15 - фиг. 2(8). Напряжения ри нечетном й, где 2р на секциях 3 7 (О- -U „) связаны с в полупериоде вы- амплитудами ступеней выходного линейУ причем все допол- ного напряжения (U -U ) следующим обб е ез ключи перемен- разом
Ц 0((=0 916 (Щ3())-.0
0c co +,-0 б п (9к(эо) =О
35 где U - амплитуда аппроксимирующей синусоиды, проходящей через середины горизонтальных участков ступеней (фиг. 2„8 ). (йй ° Я
5(И(, -р- — — й) 5S и габариты преобра
КПД, быстродействии разователь-нагрузк ных напряжений,- же характеристики °
Цель иэобретени рального состава и ., кривой выходного н число ступеней в и ного напряжения, и тельные отводы чер ного тока соединен данной фазы преобр
Поставленная це что в преобразоват напряжения в трехф одна из вторичных. зы содержит дополн а другая й/6-1 отв и по й-9 отводов и
N - число ступеней ходного напряжения нительные отводы ч р ного тока соединены с выходным выводом данной фазы преобразователя.
На фиг. 1 представлена схема преобразователя; на фиг. 2 - формы напряжений на обмотках трансформатора, о временная диаграмма иМпульсов управле. ния ключами и форма напряжения на нагрузке для и 15.
Трехфазный преобразователь содержит однофазный инвертор 1, выход которого соединен с первичной обмоткой .трансформатора 2, секции 3-7 вторичных обмоток которого через ключи 8-22 переменного тока соединены с выходными выводами преобразователя А, В, С.
В качестве ключей переменного тока . могут быть использованы симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с диодами, транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.
Рассматривается работа преобразователя на активно-индуктивную нагрузку при формировании выходного линейного .напряжения с числом ступеней в полупериоде N = 15 (фиг.2).
Устройство работает следующим образом..
Однофаэный инвертор 1 работает на частоте, в 15 раз превышающей выходную частоту преобразователя, и создает на обмотках трансформатора пере" менное напряжение, форма которого представлена на фиг. 2(0). Управление ключами осуществляется импульсами напряжения, диаграмма которых предс
В общем случае при любом нечетном и для получения синусоидального закона изменения амплитуд ступеней числа витков секций первой и второй обмоток каждой фазы (W„.„, W„ ), отсчитанные относительно одного из их крайних выводов, должны быть связаны соответственно с общими числами витков каждой иэ обмоток (W„,, W ) соотношениями:
9649
МН
,где 1 1,2,3... 6 - для первой обмотки; (1ь2 3,;-, — - для второй об" й-3 мотки, а при четном N эти соотношения имеют
;вид
Ми® -Я=) .И
Щ 15
gjn(+ — ) и где 1 = 1,2,3...6
g 1 в
На интервалах — - - - каждого по- 2ф э лупериода линейные напряжения формируют путем суммирования напряжений секций 3-7 двух фаз, например для и = 15 - шестые, седьмые и восьмые ступени напряжения U формируют сле- 25 дующим образом ь(АВ) С з(В) св(в) с цв) c5(c)
) 5 4
"-У(А В) = "с4- (Ь) "сЬ(Ь) "СЬ(с) =()4+% Зе 9(АВ) = ()с (В)+ cs(g)+()сь(с)+ )с (с) 1=2(4 где 06(АВ) 01(АВ) ОВ(АВ) амплитуды шестои 1 седьмой и восьмой ступеней линейного напряжения;
U U - напряжения на с (в) секциях с треть40 ей по седьмую фазы В;
Ос (с) Ucs(c) напряжения на секциях 3, 4, 5 фазы С.
Полупериод выходного напряжения преобразователя можно разбить на 15 равных интервалов.
На первом интервале замыкают ключи 8 и 22 (фиг. 2 d). Секция 3 фазы А с напряжением U через ключ 8 и секЮ ции 3, 4, 5 фазы С с общим напряжением О через ключ 22 подключается к выходным выводам преобразователя
А и В, С и А соответственно. В ре- . зультате формируются первая положительная, шестая отрицательная и пятая положительная ступени линейных напря" жений ОАВ, U>, ОсА.
17 6
На втором интервале изменяется полярность напряжений на обмотках трансформатора 2, замыкают ключи 9 и 21, и к тем же выходным выводам преобразователя подключаются соответственно секция 4 фазы А с напряжением U через ключ 9 и секции 2 и 4 фазы С с общим напряжением О, через ключ 21. При атом формируются . вторая положительная, седьмая отрицательная и четвертая положительная ступени напряжений UAb U6C О-д.
На третьем интервале вновь меня-. ется полярность напряжений на обмотках трансформатора, замыкают ключи
10 и 20. Секции 3 и 5 фазы А с общим напряжением U5 через ключ 10 подключаются к выходным выводам А и В, а секции 3 и 5 фазы С через ключ 20 также с общим напряжением О - к выЭ водам С и А. 8 результате формируются третья положительная, восьмая отрицательная и третья положительная ступени напряжений ОАВ Ъс ОсА
На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами. 8 результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное восьмиступенчатое напряжение (фиг. 2,8}.
При соединении нагрузки звездой, фазные напряжения имеют семиступенчатую форму с нулевой паузой и двойной длительностью средней ступени.
Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность его прохождения 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 по сравнению с прототипом имеет лучший спектральный состав формы кривой выходного напряжения. В рассмотренном случае при N = 15 в выходном напряжении присутствуют высшие гармоники с порядковыми номерами n = 29, 31, 59,61..., а коэффициент гармоник это"
ro напряжения равен К = 6,053. Достоинством предлагаемой схемы преоб-. разователя является также то, что она позволяет значительно улучшить форму кривой выходного напряжения без существенного усложнения схемы.
1 96491
При добавлении в каждой фазе преобразователя одного отвода от одной из вторичных обмоток трансформатора и одного ключа переменного тока число ступеней в полупериоде увеличивается на три, а номера каждой пары высших е гармоник, присутствующих в этом напряжении увеличиваются на 6i где i
1,2,3,... " номер пары гармоник.
Увеличивая число выводов обмоток, to можно сформировать трехфазное напряжение с большим чис юм ступеней и получить без выходных фильтров практически синусоидальную форму.
При этом уменьшается масса и га- 1s бариты за счет повышения рабочей частоты трансформатора и исключения выходных фильтров, повышается КПД и быстродействие, улучшается симметрия выходных напряжений и независимостью их от величины и характера нагрузки за счет исключения выходных фильтров. Отсутствие последних ,исключает также возможные автоколебания в.системе преобразователь-нао грузка. Кроме этого, более полно компенсируется реактивная мощность нагрузки ° Критический коэффициент мощности нагрузки; до которого происходит полная компенсация реактивной
7 8 мощности, минуя источник постоянного входного напряжения, снижается до
cosV„ cos9„« = 0,175 в прототипе. При дальнейшем увеличении и коэффициент созФн„ стремится к нулю. Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное ло авт. св. и 868953, отличающийся тем, u%, с целью улучшения спектрального состава N-ступенчатой формы кривой выходного напряжения, одна из вторичных обмоток каждой фазы содержит дополнительно N/6 - 2, а другая N/á - 1 отводов при четном.N и по 1 6 отводов при нечетном N, где N " число ступеней в полупериоде.выходного напряжения, причем все дополнительные отводы через ключи переменного тока соединены с выходным выводом данной фазы преобразователя. ! Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N 868953, кл. Н 02 M 7/48, 1979. 964917 Фиг 2 Составитель В. Моин Техред Т.Фанта Редактор E. Лазуренко Корректор М. Демчик Заказ 7684/42 g ro 12 13 Тираж 721 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035,.Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 4 роектная, 
