Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистическик

Республик

tttt 983942 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24. 04. 81(21) 3281172/24-07 с присоединением заявки Йо р М з

Н 02 М 7/48

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 231282 бюллетень М 47 (53)УДК 621 314 °

° 572 (088. 8) Дата опубликования описания 23. 12. 82 (72) Автор изобретения

A.М.Азаров и

;! з

1

Красноярский п (71) Заявитель олитехнический институт (t (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ

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

Известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное трехступенчатое, содержащий однофазный инвертор, подключенный к первичной об- мотке трансформатора, концы трех последовательно соединенных обмоток которого подключены к каждому иэ трех выходных выводов преобразователя через управляемые ключи переменного тока. Напряжения на крайних обмотках равны амплитуде первой, а на средней обмотке - амплитуде второй ступени выходного линейного напряжения преобразователя и подключаются к средней и одной иэ крайних обмоток.

И результате на выходе формируется трехфазное трехступенчатое напряжение 11).

Известен также преобразователь постоянного напряжения в трехфазное трехступенчатое, содержащий однофазный инвертор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, концы вторичной обмотки и ее средний вывод через ключи переменного тока подключены к каждому иэ трех выходных выводов преобразователя. В зависимости от полярности напряжений на секциях вторичной обмотки меняется очередность их подключения к выходным выводам преобразователя и на нагрузке фор.Мируется трехфаэное трехступенчатое напряжение (2).

Известен также преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное.с амплитудно-импульсной модуляцией, содержащий однофазный инвертор высокой частоты, выходом

15 нагруженный на первичную обмотку согласующего высокочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена с четырьмя отпайками, расположенными симметрично относительно среднего вывода, образующего один выходной вывод преобразователя. Крайние и промежуточный выводы соединены через управляемые ключи переменного тока с двумя другими выходными выводами преобразователя. Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора относительно среднего вывода равны соответственно амплитудам ступеней линейного напряжения. Подключая с определенной последовательнос1

983942 тью промежуточные выводы вторичной обмотки трансформатора к выходным выводам преобразователя, формируют два трехступенчатых линейных напряжения, что достаточно для получения трехфазной системы напряжения $ 3 j.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное, содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, нагруженные соответственно на первичные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены в две фазы и включены по схеме открытого треугольника, вершины которого непосредственно связаны с выходными выводами преобразователя, а каждая из указанных фаз содержит две параллельные ветви, 20 в одну иэ которых включены последовательно обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, а в другую — обмотка основного трансформатора, причем одни концы ветвей. 25 соединены между собой непосредственно, а другие через ключи переменного тока. Выходное трехфазйое напряжение преобразователя имеет трехступенчатую форму и создается путем суммирования или вычитания выходных напряжений инверторов, работающих на разных частотах.

В вйходном напряжении известного преобразователя содержится значитель- З5 ный процент высших гармоник с порядковыми номерами n = 11, 13, 23, 25 ° ... а коэффициент гармоник (К } этого напряжения. равен 15,2%. Это приводит к увеличению потерь мощности в потребителе или к необходимости установки выходных фильтров (4 ).

Недостатками известных преобразователей являются несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, сложность схемы преобразователя, обусловленная большим числом ключей переменного тока (от 9 до 12).

Цель изобретения — улучшение формы кривой выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, 50 что в преобразователе постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащем основной однофазный инвертор, нагруженный на первичную обмотку основного трансформатора, вто- 55 ричная обмотка которого выполнена со.средней точкой, образующей первый выходной вывод преобразователя, и вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомога- gp тельного трансформатора, вторичные обмотки которого включены через ключи переменного тока между вторичной обмоткой основного трансформатора и выходными выводами преобразователя, каждая вторичная полуобмотка основного трансформатора выполнена с двумя промежуточными выводами, которые через упомянутые ключи переменного тока и вторичные обмотки вспомогательного трансформатора соединены с одним из двух других выходных выводов преобразоватейя, причем каждый крайний вывод вторичной обмотки основного трансформатора также через ключ переменного тока соединен с промежуточным выводом одной и вторичных обмоток вспомогательного трансформатора, связанной с крайним промежуточным выводом смежной полуобмотки основного трансформатора.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 — формы напряжений на обмотках основного и дополнительного трансформаторов, временная диаграмма импульсов управления ключами и форма напряжения на нагрузке.

Преобразователь содержит основной однофазный инвертор 1 выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, выводы секций 3

8 его вторичной обмотки соединены через ключи 9-14 переменного тока, вторичные обмотки и секции 15-20 вспомогательного трансформатора 21, включенного на выходе вспомогательного однофазного инвертора 22, с выходными выводами преобразователя. В качестве ключей переменного тока могут быть использованы симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры, транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.

Устройство работает следующим образом.

Однофазные инверторы 1 и 22 работают на повышенных частотах и создают на обмотках трансформаторов 2 и 21 переменные напряжения U u

U ., формы которых представлены на фйг,2а. Управление ключами 9-14 осуществляется импульсами напряжения (тока) U>-Ц,+, диаграмма которых представлеНа на фиг.26. Причем .импульсы, соответствующие графику

U, подаются на ключ 9, графику на ключ 10 и т.д. Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из условия включения гармоник, близких к основной. При этом величины амплитуд ступеней с первой по шестую (U -U.) соответственно о, а равны U< =Б„„sin),5, U = U з1п22,5

U = U> sin37,5, Uy= U з1п52,5

П =* П,.з1пб7,5 q U<= U si.n82,5 ь где U — амплитуда аппроксимирующей синусоиды, проходящей через середины горизонтальных участков ступеней.

983942

Для получения выходного напряжения 0АВ с данными амплитудами ступеней величины напряжений на секциях 3-8 вторичных обмоток основно го тРансфоРматоРа (Uc -0сИ) Должны быть связаны с амплитудами ступеней

U -0б (фиг.2в) выходного линейного напряжения следующим образом.

v =v = 0 ) u +u =u +u = 0+0 -; сь сь 2 съ с4 с« 2 )p

0 + Пь с Сф с6 сь с7 с9 2 а напряжения на обмотках 15,18 (0ору, 0оБ4й ) и секЦиЯх 16, 17, 19 и 20 (0С46 г Uce i Ucgy ° Ucm ) Вспомо гательного трансформатора равны

U -Uq.

U =U

О646 ÎáÌ8 2

U

С46 С17 C49 . с Lo

Полупериод выходного напряжения преобразователя можно разбить на 12 равных интервалов. На первых двух интервалах замыкают ключи 9 и 14.

На первом интервале к выходным выводам A и В через замкнутый ключ

9 прикладывается разность напряжений секции 3 и обмотки 15 равная

0<+0 Да-U

АИ4 CS 06Н 2 35 к выходам В и С через ключ 14 -разность напряжений секции 19 и суммарного напряжения секций 3-5

U = 0 -(0 +Ц +U 1 0ь-0 06 06

4( к выводам С и A — - алгебраическая сумма напряжений обмотки 15 и секций 4, 5 и 19

UCA1 (0А&4 08С4 ) (04 06) 04

В результате формируется йервая поло- 4 жительная, пятая отрицательная и четвертая положительная ступени линейных напряжений 0, Usc i UCA соответственно.

На втором интервале включенными остаются те же ключи, но меняется полярность напряжений на обмотках вспомогательного трансформатора. При этом к выводам A и В прикладывается сумма напряжений секции 3 и обмотки .15, равная

U +Ua. U- л

Ае Я. сВ 0615 к выводам В и С сумма напряжений секций 19. 3. 4 и 5

0 =-{0 +О iu +О ) /06-06 О +Оь - 0 40

ВС1 С19 Са С4 к выводам С и A алгебраическая сумма напряжений обмотки 15 и секций 4, 5 и 19

vega (Одете+ Upce ) = (U<-0ь) =U>i 65 т.е. на выходе формируется вторая положительная, шестая отрицательная и третья положительная ступени линейных напряжений 0А, 0В, 0 °

На третьем интервале замыкают ключи 10 и 14, а полярность напряжений на обмотках основного и вспомогательного трансформаторов остается прежней. К выводам А и В через замкнутый ключ 10 прикладывается разность суммарных напряжений секций

3, 4 и 16, 17, равная !

ЛВь съ Ос4 (Ос®+Ос.ц) 0

К выводам В и С через ключ 14 остались подключены прежние секции, поэтому напряжение Usc не изменяется и равно

ЗСЗ 6 к выводам С и A - -сумма напряжений секций 5, 16, 17 и 19

0СЛ (0АВЗ 09СЗ) (0-Ь 06)

При этом формируются третья положительная, шестая отрицательная и вто-рая положительная ступени напряжений 0АЬ 0ьс . 0СА соответственно

На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами и формами напряжений на обмотках трансформаторов. В результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное шестиступенчатое напряжение, форма которого представлена на фиг.2в.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения то" ка 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 о6ладает следующими преимуществами: имеет лучшую форму кривой выходнОго напряжения, в которой содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами п = 23,25,47,49,...,а К„*

= 7,57% в выходном напряжении известного преобразователя содержится большее число высших гармоник, а

=15,2%);; обладает более высокйм КПД и быстродействием жесткой внешней характеристикой, лучшей симметрией выходных напряжений и независимостью их величины и характера нагрузки, отсутствием возможных автоколебаний в системе преобразователь нагрузки за счет исключения выходных фильтров; позволяет более полно компенсировать реактивную

983942

15

20 мощность нагрузки, а следовательно, уменьшать емкость конденсаторов, устанавливаемых на входе преобразователя. Критический коэффициент мощности нагрузки, до которого происходит полная компенсация реактивной мощности, минуя источник постоянного входного напряжения, снижается до

0,131 вместо 0,265 в известно4 преобразователе1 для изготовления вторичных обмоток трансформаторов требуется в 1,7 раза меньше меди, так как вторичные обмотки вспомогательного трансформатора включены не последовательно с вторичными обмотками основного трансформатора как в известном преобразователе, а к их отпайкам. Это позволяет многократно в течение периода использовать вторичные обмотки трансформаторов, т.е. улучшить их использование.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий основной однофазный инвертор, нагруженный на первичную обмотку основного трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена со средней точкой, образующей первый выходной вывод преобразователя, и вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомогательного трансформатора, вторичные обмотки которого включены через ключи переменного тока между вторичной обмоткой основного трансформатора и выходными выводами преобразователя, о т.л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения, каждая вторичная полуобмотка основного трансформатора выполнена с двумя промежуточными выводами, которые через упомянутые ключи переменного тока и вторичные

° обмотки вспомогательного трансформатора соединены с одним из двух выходных выводов преобразователя, причем каждый крайний вывод вторичной обмотки основного трансформатора также через ключ переменного тока соединен с промежуточным выводом одной из вторичных обмоток вспомогательного трансформатора, связанной с крайним промежуточным выводом смежной полуобмотки основного трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2720705/24-07, кл. Н 02 М 7/48, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2815957/24-07, кл. H 02 М 7/48, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 736306, кл. Н 02 М 7/515, 1978.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3000673/24-07, кл. Н 02 М 7/48, 04.11.80, 983942

Ng

4fgy и

Цт

Ъ

Составитель Г.Кынык

Редактор Л.Филиппова Техред З.Палий . Корректор 1 лароши

Заказ 9950/70 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 й