SU1156227A2 - Преобразователь посто нного напр жени в трехфазное квазисинусоидальное - Google Patents

Abstract

) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ по авт.св. № 983945, о т личающийс  тем, что, с целью уменьшени  массы и габаритов, улучшени  формы кривой выходного напр жени , кажда  вторична  обмотка основного трансформатора содержит дополнительно по N 2 промежуточных отводов, которые через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока соединены с той же вершиной треугольника, что и другие ключи данной фазы, а параллельно каждой стороне треугольника подключена втора  ветвь, содержаща  вторичную обмотку основного трансформатора промежуточными отводами, которые вместе с из концов этой обмотки объединены через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока в общую точку, причем обмотки вторых ветвей треугольника в включены встречно по отношению к соответствующим обмоткам первых ветвей, где N - число элементар}в 1х ступеней в полупериоде выходного напр жени  равное или кратное 24-м.

Description

Ш

т

NP Изобретение относитс  к электроTexHHke и можег быть использовано в системах электропитани  и электропривода дл  преобразовани  посто нного напр жени  в трехфазное квазисинусоидальное . По основному авт.св. № 983945 известен преобразователь посто нного напр жени  в трехфазное квазисинусоидальное , содержащий оснг-вной однофазный инвертор, выходом подключённый к первичной обмотке основного трансформатора, три вторичные обмотки которого содержат по одному промежуточному отводу и св заны между собой через три первых ключа переменного тока по схеме замкнутого треугольника, вершины которого образуют выходные выводы преобразовател , и вспомогательный однофазный инвертор , выходом подключенньш к пер вичной обмотке вспомогательного трансформатора, кажда  из трех вторичных обмоток которого включена между промежуточным отводом одной из вторичных обмоток основного трансфор матора и одним из силовых выводов второго ключа переменного тока, другой силовой вывод второго ключа переменного тока соединен с той же вер шиной упом нутого треугольника, что и первьш ключ данной фазы, а между первым ключом переменного тока и вторичной обмоткой основного трансфо матора каждой фазы включена дополнительна  вторична  обмотка вспомогательного трансформатора. Основной и вспомогательный инверторы и трансфор маторы работают на разных частотах и должны рассчитыватьс  на частоты, J3 3 и 6 раз превьшающие выходную час тоту преобразовател . Напр жение вто ричных обмэток трансформаторов алгеб раически суммируютс  и формируетс  трехфазное шестИступенчатое напр жение . В выходном напр жении преобраз вател  содержатс  высшие гармоники с пор дковыми номерами Ц 23, 25, 47 49, .., а коэффициент гармоник этого напр жени  равен 7,57%. Это прив дит к увеличению потерь мощности в потребителе или необходимости установки выходных фильтров l . Недостатками данного преобразова тел   вл ютс  несинусоидальна  форма кривой выходного напр жени , значительна  масса и габариты особенно при низкой выходной частоте преобразовател . . Цель изобретени  - уменьшение массы и габаритов, улучшение фор)-1ы кривой выходного напр жени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователе посто нного напр жени  в трехфазное квазисинусоидальное кажда  вторична  обмотка основного трансформатора содержит дополнительно по ||, - 2 промежуточных отводов, KOTopbie через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока соединены с той же вершиной треугольника, что и другие ключи данной фазы, а параллельно каждой стороне треугольника подключена втора  ветвь, содер жаща  вторичную обмотку основного трансформатора с j - промежуточными отводами, которые вместе с одг ним из концов этой обмотки объединены через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока в общую точку,причем обмотки вторых ветвей треугольника включены встречно по отношению к соответствующим обмоткам первых ветвей , где N - число элементарных ступеней в полупериоде выходного напр жени , равное или кратное 24-м. На фиг.1 показана принципиальна  схема силовой части предлагаемого преобразовател , на фиг.2 - принципиальна  схема системы управлени  преобразователем; на фиг.З - диаграммы , по сн ющие принцип формировани  импульсов управлени  ключами основного и вспомогательного инверторов; на фиг.4 - формы напр жений на обмотках основного и вспомогательного трансформаторов, диаграммыимпульсов управлени  ключами переменного тока, форма выходного напр жени  преобразовател  дл  случа  N 24. Преобразователь (фиг.1) содержит основной и вспомогательный однофазные инве1 торы, выполненные соответ ственно на ключах 1-4 и 5-8. Выходы инверторов нагружены соо.. ветственно на первичные обмотки основного трансформатора 9 и вспомогательного трансформатора 10. Секции 11-14 вторичных обмоток основного трансформатора 9 и вторичные обмотки 15-18 вспомогательного трансформатора 10 св заны между собой через ключи переменного тока 19-30 по схеме замкнутого треугольнлка , вершины которого образуют выходные выводы А, В, С преобразовател .. В качестве ключей 1-8 однофазных инверторов могут быть использованы транзисторы или тиристоры с встречно-параллельно включенными диодами, а в качестве ключей 19-30 переменного тока - симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с последовательно включенными диодами, транзисторы, включенные в диагонали посто нного тока диодных мостов.

Блок управлени  преобразователем (фиг.2) содержит задающий генератор

31,выход которого подключен к 24-х канальному распределителю импульсов

32,выполненному в виде кольцевой пересчетной схемы, каналы распределител  32 импульсов с выходом триггера 33, а также с входами логических элементов 34 и 35 12 ИЛИ и входами элементов 36-47 4 ИЛИ. Выходы послед них через блок 48 буферных усилителей св заны с управл ющими входами ключей 19-30 переменного тока. Выходы элементов 34 и 35 св заны через логические элементы 49 и 50 НЕ,

51 и 52 2-2И-2ИЛИ, 53 и 54 НЕ и блок 48 буферных усилителей с управл юпу ми входагда ключей 1-4 основно-го инвертора и ключей 5-8 вспомогательног инвертора.

На фиг.З показаны диаграммы импульсов на выходе следующих элементов системы управлени  преобразователем: 55 -задающего генератора 31, 56-79-24-х канального кольцевого распределител  32 импульсов; 80 логического элемента 34; 81 - элемен та 49; 82 и 83 - пр мого и инверсного выходов триггера 33; 84 и 85 элементов 2И элемента 51 86 - элемента 51 (импульсы управлени  ключами 1 и 2 основного инвертора); 87 элемента 53 (импульсы управлени  ключами 3 и 4)j 88 - элемента 35 89 элемента 50, 90 и 91 - пр мого и инверсного выходов триггера 33; 92 и 93 - элементов 2И элемента 52; 94 - элемента 52 (импульсы управле .ни  ключами 5 и 6 вспомогательного инвертора); 95 - элемента 54 (импульсы управлени  ключами 7 и 8).

На фиг.4 показаны следук цие диаграммы; 96 и 97 - формы напр жений на обмотках основного 9 и вспомогательного 10 трансформаторов; 98-109 импульсы управлени  ключами 19-30 переменного тока соответственно, 110форма выходного линейного напр жени  Uflg преобразовател .

Рассмотрим работу преобразовател  дл  случа  N 24.

Устройство работает следуницим образом .

Задающий генератор 31 (фиг.2) формирует последовательность импульсов 55 (фиг.З), котора  поступает на вход 24-х канального кольцевого распределител  32 импульсов. .На его выходе формируютс  24 последовательности импульсов 56-79. Выходные импульсы соответствзпощих каналов распределител  32 суммируютс  ,с помощью элемента 34 и их результирукнца  последовательность 80 поступает на вход элемента 51 и элемента 49. С выхода последнего инверсна  последовательность импульсов 81 поступает на другой вхо элемента 51. Кроме того, на два другие входа элемента 51 поступает пр мой 82 и инверсный 83 сигналы с выходов триггера 33. В зависимости от состо ни  триггера (1 или О) на выход элемента 51 проходит пр ма  84 или инверсна  85 последовательности выходных импульсов элемента 34 Результирующа  выходна  последовательность импульсов 86 усиливаетс  блоком 48- буферных усилителей и поступает на управл ющие входы силовых ключей 1 и 2 основного инвертора. КромеТОГО, с выхода элемента 53 инверсные сигналы 87 также усиливаютс  блоком 48 и поступают на управл ющие входы силовых ключей 3 и 4 основного инвертора.

С помощью элементов 35, 50, 52 и 54 аналогично формируютс  импульсы управлени  94 и 95 ключами 5, 6 и 7, 8 соответственно. Принцип их формировани  по сн етс  с помощью диагfiaMM 88-93. В результате работы основного и вспомогательного инверторов на обмотках трансформаторов 9 и 10 создаютс  переменные напр жени  96 и 97 (фиг.4) соответственно.

Кроме того, выходные импульсы соответствующих каналов распределители 32 импульсов суммируютс  с помощью элементов , усиливаютс  блоком 48 буферных усилителей и-поступают на управл ющие входы ключей 19-30 переменного тока (диаграммы 98-109 соответственно). Причем номера выходов блока 48 буферных усилителей сов падают с номерами ключей, к которым они подключены. Дл  получени  выходного напр жени  преобразовател , близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбираютс  из услови  исключени  гармоник, близких основной . При этом а  глитуда j -и ступе ни выходного линейного напр же.ни определ етс  следующим образом: ) где Ч - амплит.уда аппроксимирующей ступенчатое напр жение синусоиды , проход щей через середины горизонтальных участков ступеней. Кроме того, при формировании тре фазного напр жени  с N 24 дл  ампли туд ступеней выполн ютс  равенства 0,Ue-U,-,, U,(J,,-,, Дл  получени  напр жени  с указанными амплитудами ступеней величины напр жений на секци х 11-14 вторичной обмотки основного трансформатора (UCH U(-|, и на вторичных обмотках 15-18 (11о,5 II о|в ) вспомогательного трансформатора должны быть св заны с амплитудами ступеней выходного линейного напр жени  следующим образом: UcH-O.)-, Uo,5.-O.S(U4-U,) Uc,.5lUi4U3)-, Uo,,-Uj) llc,+ Uc,-0,5(, «on O-SlUe-Uj) .5( ,,-Ub) Полупериод выходного напр жени  преобразовател  можно разбить на 24 равных интервала (элементарные ступени). На первом интервале замыкают ключи 19 и 29 (диаграммы 98, 108, фиг.4)о При зтом через ключ 19 межд выходными вьшодами А и В преобразовател  прикладываетс  -разность напр жений секции 11 и обмотки 15 фазы А, равна  D|ieUc,,-Uo,5-0.5(u,+U4)-a5lU4-U,)lli , между выводами С и А через ключ 29 сумма напр жений секций 11 и 13 и о - - могкй 17 фазы С ,-,-0,5()tQ5(U8-tl5 U 1 межцу вьшодами В и С Uec -(,)-(U,4ll8b-U, .В результате формируютс  перва , положительна ,дев та  отрицательна  и восьма  положительна  ступени линейных напр жений U лв БС i г  соответственно . На втором интервале мен етс  пол рность напр жений 96 и 97 на обмотках основного и вспомогательного трансформаторов 9 и 10, замыкаютс  ключи 20 и 30j между выводами А и В прикладываетс  разность напр жени  г секции 12 и обмотки 16 фазы А JAe ,b-0,5(U,+U,l-a5(U3-Uj)cU 2, между вьшодами С и А сумма напр жений секций 12 и 14 и обмотки 18 фазы С Ucri ca UcH+Uo,.5(,l40i6tU,-U,bU., I , , , а между вьшодами В и С Uec -(,,b-U,, Toe. формируютс  втора  положительна , дес та  отрицательна  и седьма  положительна  ступени напр жений Ifte, вс. сл . На третьем интервале вновь мен етс  пол рность напр жений на обмотках вспомогательного трансформатора 10, а замкнутьми остаютс  те же ключи, поэтому выходные линейные напр жени  станов тс  равными I A8-Ua7 Uo(.5(U,U,V0.5(Ui-U, l cA«c« UcH-Uo..5(Ub+U,)-0,5(U, UBc 4Ufte Uc,)--{U,4Uj-U,, При этом формируютс  треть  положительна , одиннадцата  отрицательна  и шеста  положительна  ступени линейных напр жений. На следующих интервалах работа преобразовател  происходит аналогично описанному в соответствии с формами напр жений на обмотках тр нсформаторов 9 и 10 и диаграммами импульсов управлени  силовыми ключами преобразовател . В результате работы преобразовател  на его выходе формируетс  j,о/ ступенчатое напр жение II и. При формировании выходного напр жени  преобразовател  с другим числом ступеней в полупериоде из р да К 241, первые три обмотки основного трансфор матора содержат по /| - 2 дополнительных отводов по сравнению с прото типом, а три вновь введенные его обмотки содержат ,- промежуточ ных отводов, которые через дополнительно введенные вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока соединены с выходным выводо1м данной фазы, где i 1,2,3,..., Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обес печивает возможность прохождени  тока в двух направлени х и посто нст во разности потенциалов фаз ч течени каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразовател  при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напр жени . Описанный преобразователь по сравнению с прототипом имеет меньшую массу и габариты, так как, например, при К 24 основной трансформатор работает на частоте в 4 раза, а вспомогательный трансформатор в 2 раза вьппе, чем в прототипе (лри увеличении N рабочие частоты трансформаторо еще более увеличиваютс ), а также лучшую форму кривой выходного нап1  жени , в которой при N 24 содержатс  высшие гармолики с пор дковыми номерами П 47,49,95,97, а коэффициент гармоник этого напр жени  ,78% Увеличива  число отводов вторичных обмоток основного трансформатора, можно сформировать практически синусоидальное напр жение. В выходном напр жении прототипа содержатс  гармоники более низкого пор дка, а К|. 7,57%. Кроме того, он обладает более высоким К1Щ и быстродействием, более жесткой внешней характеристикой , лучшей симметрией выходных напр жений и независимостью их от величины и характера нагрузки, отсутствием возможных автоколебаний в системе преобразователь - нагрузка за счет исключени  выходных фильтров позвол ет практически полностью компенсировать реактивную мощность нагрузки при любом коэффициенте мощности, передава  ее из фазы в фазу, т.е. уменьшить емкость конденсаторов, устанавливаемь1х на входе преобразовател . Критический коэффициент мощности нагрузки, мину  источник посто нного входного напр жени , при М 24 равен 0,065 вместо 0,131 в прототипе.

ftierit

fffl 7и }0 W

Г г л ч

25 р 26Ш

Claims (1)

1. (57,) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОВДАПЬНОЕ по авт.св. № 983945, о т личающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, улучшения формы· кривой выходного напряжения, каждая вторичная обмотка основного трансформатора содержит дополнительно по _ 2 промежуточных отводов, которые через вторичные обмотки вспомогательного трансформа тора и ключи переменного тока соединены с той же вершиной треугольника, что и другие ключи данной фазы, а параллельно каждой стороне треугольника подключена вторая ветвь, содержащая вторичную обмотку основного трансформатора с промежуточными отводами, которые .вместе с од— ним из концов этой обмотки объединены через вторичные обмотки вспомогательного трансформатора и ключи переменного тока в общую точку* причем обмотки вторых ветвей треугольника 5 включены встречно по отношению к соответствующим обмоткам первых ветвей, где N - число элементарных ступеней в полупериоде выходного напряжения равное или кратное 24-м.

   η