Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (n)980235

1= (61) Дополнительное к авт. свид-ву Р 917283 (22) Заявлено 2301.81 (21) 3238272/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 07.12.82. Бюллетень № 45

Дата опубликования описания 071282 3 ) М. Ктт.з

Н 02 M 7/48

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий ($3) УДК 621. 314. .572(088.81 (72) Автор изобретения

A,È. Азаров

Красноярский политехнический институт (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПООСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ

15

25

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

По основному авт.св. 9 917283 ,описан преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий однофазный инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора с одной вторич ной обмоткой с промежуточным отводом и три группы ключей, которые одними своими концами подключены к каждому иэ выходных выводов преобразователя, а другим — по три в группе объединены в три общие точки, причем общая точка ключей первой группы подсоединена к упомянутому промежуточному отводу, а общие точки двух других. групп ключей связаны с концами вторичной обмотки, трансформатор снабжен другой вторичной обмоткой с промежуточным отводом, который подключен к общей точке соединения ключей второй группы, а концы обеих вторичных обмоток через введенные дополнительные ключи соединены с общей точкой соединения ключей третьей группы.

Выходное трехфазное напряжение преобразователя имеет шестиступенчатую форму. Первые четыре ступени формируют путем подключения к выход» ным выводам секций вторичных обмоток, напряжения на которых равны соответственно амплитудам этих ступеней, а пятые и шестые ступени формируют путем суммирования напряжений двух секций L 13.

Недостатком известного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, в которой содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами n = 23,25, 47,49,..., а коэффициент гармоник этого напряжения равен 7,57%, Это приводит к увеличению потерь в потребителе и необходимости установки выходных фильтров, которые увеличивают массу и габариты преобразователя, ухудшают КПД, быстродействие системы преобразователь - нагрузка, симметрию выходных напряжений, жест" кость. внешней характеристики.

Цель изобретения — дальнейшее улучшение качества выходного напряуеВия путем получения N-ступенчатой, 980235 близкой к синусоидальной, формы кривой выходного напряжения.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в трехфазное переменное одна из вторичных обмоток трансфорй матора содержит дополнительно — -2, и ,(Ф а другая — -3 выводов при нечетном, 6 ,N и по — -2 дополнительных выводов

6 при четном N которые через ключи переменного тока соединены с общей точкой ключей, .подключенных к крайним выводам указанных обмоток, где

N - число элементарных ступеней в полупериоде выходного напряжения.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого преобразователя; на фиг,2 форма напряжений на обмотках трансформатора, временная диаграмма HMпульсов управления ключами и форма нгй ряжения на нагрузке для N = 15; на фиг,3 — аналогичные диаграммы для N = 18, Преобразователь содержит однофазный инвертор 1, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, секции 3-8 вторичных обмоток которого через ключи 9 — 23 переменного тока соединены с Выходными выводами преобразователя A,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, Рассмотрим работу преобразователя при формировании выходного напряжения с числом ступеней в полупериоде

N = 15 (фиг.2), В этом случае секция 8 и ключ 14 в схеме преобразователя {фиг.1) отсутствуют.

Устройство работает следующим образом.

Однофазный инвертор 1 работает на частоте в 15 раз превышающей выходную частоту преобразователя и создает на обмотках трансформатора переменное напряжение, форма которого представлена на фиг, 2а. Управление ключами осуществляется импульсами напряжения, диаграмма которых представлена на фиг.25, Причем импульсы, соответствующие графиlay U> подаются на ключ 9, графику

П„1 - на ключ 10 и т,д. Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают иэ условия исключения гармоник, близких к основной. При этом величины напряжений на секциях 3-7

Uc4 UG гПс6 ()а )р связаны с амплитудамй первой U« второй П третьей Пз, четвеРтой U4, пятой ступеней выходных линейных напряжений следующим образом:

ОС =0 З1п (2 О =UC =U . З(п24 .

0 = О "-О ° Э1п 36; U4=0C6=U з1п48;

Э С5 п1 где U - амплитуда аппроксимирующей синусоиды, проходящей через середи- ны горизонтальных участков ступеней,.

Шестые, седьмые ступени линейных напряжений формируют путем суммирования напряжений секций 3 - б, т.е. ()6 ()1 П4 Пс3 ()с6 Пч П2 3

= Uc4+ Uc . Полупериод выходного напряжения можно разбить на 15 равных интервалов.

На первом интервале замыкают ключи 11, 12, 17, 18, 22 (фиг,28) . При этом с помощью ключей 11 и 12 секция

3 с напряжением U и секция б с напряжением П соедийяются согласно4 последовательно и к их общей точке через замкнутый ключ 18 подключается

20 выходной вывод фазы A. Замкнутые ключи 22 и 17 соединяют Выводы (-U ) и (+U4) этих секций с выходными выводами В и С соответственно. В результате формируются первая положительная, шестая отрицательная и четвертая положительная ступени линейных напряжений.

На втором интервале изменяется полярность напряжений на обмотках

TpBHc(popMBTopG и вместо ключей 11 и

12 замыкают ключи 9 и 10, которые

35 соединяют согласно-последовательно секцию 4 с напряжением U с секцией

5 с напряжением U и к их общей точке через замкнутый ключ 18 подключается вывод фазы A. Ключи 22 и

40 17 соединяют выводы (-U ) и (+U ) с .выводами фаз В и C соответственйо.

При этом формируются вторая положительная, седьмая отрицательная и третья положительная ступени линейных напРяжений UAsi Usci UcA

На третьем интервале вновь изменяется полярность на обмотках трансформатора и. замыкают ключи 9, 10, 1б, 18 и 23. С помощью ключей 9 и

10 секции 4 и 5 остаются соединенными согласно-последовательно и к их общей точке через ключ 18 также остается подключен вывод фазы A.

Замкнутые ключи 1б и 23 соединяют

ВЫВОДЫ (U3 ) и (+U ) с ВыхОДными Вы водами фаз В и С соответственно. На выходе преобразователя формируются третья положительная, седьмая отрицательная и вторая положительная ступени напряжений UA< ° Пас Пол °

На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами и формой напряжения на обмотках

65 трансформатора. В результате работы

980235 преобразователя на его выходе формируется трехфазное семиступенчатое с нулевой паузой напряжение, форма которого представлена на фиг. 28.

При соединении нагрузки звездой фазные напряжения имеют восьмиступенчатую форму без нулевой паузы с равными длительностями всех ступеней.

На фиг.3 представлены диаграммы, аналогичные фиг.2 для N = 18, В этом случае преобразователь дополнительно содержит секцию 8 и ключ 14, а напряжения на секциях 3-8 связаны с напряжением ступеней выходного линейного напряжения следующим образом:

Ц1= Ось=о -9165; u2=u =u з!яю

2 с4 m з (1с +(с =1 з1п26; (1 "u =u з1пм

4 СЬ m сБ т

Ц6= 0С6=.0111.з111 46 (= ОСЬ+ ОС8=0 .ь11 56 .

6 СЬ С8 m

В этом случае работа преобразователя происходит в соответствии с диаграммой импульсов управления ключа ми (фиг,36) . Форма выходного линейного напряжения N = 18 представлена на фиг.3s. Такую же форму имеют фазные напряжения.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и пос.тоянство разности потенциалов фаз в течение каждого интервала, Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощ- ности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения, Предлагаемый преобразователь имеет лучшую форму кривой выходного напряжения. В рассмотренных случаях при N = 15 в выходном напряжении присутствуют высшие гармоники с порядковыми номерами n = 29, 31, 59,. . 6l,..., а коэффициент гармоник этого напряжения равен К г = б,05%. При

N = 18 в напряжении имеются высшие гармоники n = 35, 37, 71, 73,..., а К = 5,04%. Такое качество напряжения практически удовлетворяет требованиям ГОСТа без установки выходных фильтров.

Достоинством предлагаемой схемы греобразователя является также то, что она позволяет значительно улучшить форму кривой выходного напряжения без существенного усложнения схемы. Это обусловлено тем, что базовая часть схемы (прототип) остается неизменной при любом числе ступеней напряжения. При добавлении одного вывода от вторичных обмоток трансформатора и одного ключа переменного тока число ступеней в полупериоде напряжения увеличивается на три, а номера каждой пары высших гармоник в этом напряжении увеличиваются на 61, где i = 1,2,3,... увеличивая число выводов обмоток и ключей переменного тока, можно сформировать трехфазное напряжение с любым числом ступеней и получить

5 без выходных фильтров практически синусоидалъную форму, При этом одна из вторичных обмоток трансформатора должна содержать дополнительно — -2

N .6 а другая 6 3 выводов при нечетном

10 . и и по, †. -2 дополнительных вывода 6 при четном N,где И вЂ” число ступеней в полупериоде выходного напряжения °

Кроме того, предлагаемый ггреобразователь имеет меньшую массу и габариты за счет повышения рабочей частоты трансформатора и исключения выходных фильтров. Из фиг ° 2а и Зс1 следует, что для повышения рабочей частоты трансформатора, т.е. умень шения его массы и габаритов, целесообразно формировать напряжение с нечетным И. Также обладает более высоким КПД и быстродействием, жест25 кой внешней характеристикой ллучией симметрией выходных напряжений и независимостью их от величины и характера нагрузки за счет исключения выходных. фильтров. Отсутствие последних исключает возможные автоколебания в системе преобразователь-нагрузка.

Предлагаемый преобразователь позволяет более полно компенсировать реактивную мощность нагрузки.

Критический коэффициент мощности

35 нагрузки, до которого происходит полная компенсация реактивной мощности, минуя и точняк постоянного входного напряжения, снижается до соз 1 н „= 0 105 и N=15 или cos Vн. р=

4p = 0,087 при N = 18 вместо cos Ч н. кр

= 0,131 в прототипе.

Фоомула изобретения

Преобразователь постоянного напря>кения в трехфазное переменное

45 по авт.св. Р 917283, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью дальнейшего улучшения качества выходного напряжения путем получения N-ступенчатой, близкой к синусоидальной, 50 формы кривой выходного напряжения, одна из вторичных обмоток трансформатора содержит дополнительно — -2, и

14 Ь а другая -3 выводов при нечетном, 6

N и по — -2 дополнительных вывода

6 при четном N, которые через ключи переменного тоха соединены с общей точкой ключей, подключенных к крайним выводам указанных обмоток, где

N - число элементарных ступеней в полупериоде выходного напряжения. источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1; авторское свидетельство СССР по заявке В 2932848/24-07, 65 кл. Н 02 М 7/48, 1980.

980235 \

1/rp

Редактор В. Пилипенко

Заказ 9378/46 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

fly

72

1Л

14

E fb

77

18

1У

2Ð

21

22

Составитель Г. Иыцык

Техред Е.Харитончик Корректор Н. Буряк