SU1411898A1 - Преобразователь однофазного напр жени в трехфазное - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано при создании источников вторичного электропитани , предназначенных дл  тихоходных электроприводов переменного тока в тех случа х , когда требуетс  обеспечить согласование номинальных уровней напр жени  питани  и потребител . Цель изобретени  - улучшение качества выходного напр жени  за счет уменьшени  его коэффициента гармоник. Преобразователь содержит сетевой трансформатор 1, вторичные обмотки 2 и 3 которого коммутируютс  при помощи ключей 11-16 и 20-25 переменного то ,/ г IV ка с управл ющими входами М --М . Кажда  обмотка имеет промежуточный отвод, дел щий обмотки по числу витков в отношении 3:2 и 1:4. Блок управлени  преобразователем обеспечивает нарастание и создание амплитуды напр жени  подключаемых частей вторичных обмоток по линейному закону на интервалах соответственно и 27Г/3- и посто нство этих амплитуд на интервале 1Г/3-2 Н/3 полупериода выходного напр жени . 5 ил. i (Л сх QD 00 Фиг, 2

Description

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано при построении источников вторичного электропитани  с квазиси- нусоидальным выходным напр жением, предназначенных дл  питани  электроприводов переменного тока во всех случа хf когда требуютс  согласование номинальных уровней напр жений питани  и потребител , стабилизаци  (или регулирование в определенном диапазоне ) последнего при улучшении массогабаритных показателей устройства в целом.

Цель изобретени  - улучшение качества выходного напр жени  за счет уменьшени  его коэффициента гармоник.

На фиг. 1 приведена принципиальна  схема преобразовател  однофазного на- пр жени  в трехфазное, обеспечивающего гальваническую разв зку фаз нагрузки; на фиг. 2 - вариант преобразовател  с общей дл  трех фаз парой вторичных обмоток трансформатора; на фиг. 3 - временные диаграммы, по сн ющие принцип формировани  трехфазного напр жени ,в нерегулируемом (а) и регулируемом различными способами (б, в) вариантах; на фиг. 4 - прин- ципиальна  схема блока управлени  преобразователем; на фиг. 5 - временные диаграммы, по сн ющие принцип формировании сигналов управлени  ключами преобразовател .

Преобразователь однофазного напр жени  в трехфазное (фиг. 1) содержит основной трансформатор 1, концы первичной обмотки которого св заны с силовыми выводами сети однофазного на- пр жени , В зависимости от назначени  преобразовател  число вторичных обмоток трансформатора 1 может быть различно . В том случае, когда три фазы нагрузки должны быть гальванически разв заны, трансформатор 1 должен содержать шесть равных по числу витков вторичных обмоток 2-7. При этом i одни разноименные концы каждой пары обмоток 2иЗ, 4и5, 6и7 соедине- ны и образуют три нулевых выходных вывода 8-10 преобразовател . Другие разноименные конць пар упом нутых обмоток 2-7 подключены к ключам 11-16 переменного тока, которые также объединены попарно (И и 12, 13 и 14, 15 и 16), образу  точками соединени  фазные А, В, С в .оды 17-19 преобразовател .

Кажда  вторична  обмотка 2-7 выполнена с промежуточным отводом, который через ключи 20-25 переменного тока также подключен к соответствующму фазному выводу 17-19. Блок управлени  включает в себ  последовательно св занные узел 26 синхронизации с сетью (входом подключенный к силовым выводам сети) и узел распределени  27 импульсов, гальванически разв занные между собой выходы которого подключены к соответствующим управл ющим входам ключей 11-16 и 20- 25 переменного тока. Дп  обеспечени  регулировани  вькодного напр жени  преобразовател  при минимально возможных его искажени х он снабжен регул тором 28 переменного напр жени  с трансформаторным выходом.

Трансформатор 29 регул тора 28 имеет одну первичную обмотку, св занную с силовыми выводами сети через дополнительный ключ 30 переменного тока, а ее концы закорачиваютс  через второй дополнительный ключ 31 переменного тока. Вторична  обмотка трансформатора 29 регул тора 28 включена последовательно с первичной обмоткой основного трансформатора I по вольтодобавочной схеме. Управл ющие входы ключей 30 и 31 св заны с выходами модул тора 32 ширины импульсов, который св зан (синхронизирован) с узлом 26 синхронизации с сетью.

Если фазы нагрузки гальванически св заны между собой (трехпроводна  нагрузка), точки 8-10 соединени  пар обмоток 2-7 объедин ют в общзпо точку - общий нулевой вывод преобразовател  (пунктирна  св зь, фиг, 1). В этом случае трансформатор 1 целесообразно выполн ть имеющим только две вторичные обмотки (например, 2 и 3), как показано на фиг. 2, К средней точке обмотки 2 подключены ключи 20, 22 и 24 переменного тока, образу  первую группу ключей с управл н ди- ми входами М . К средней точке обмоки 3, кроме ключа 21, подключены ключи 23 и 25, образу  группу ключей с управл ющими входами .Аналогично к началу обмотки 2 подключены ключи 11., 13 и 15 с управл ющими входами М | , а к концу обмотки 3 - ключи 12, 14 и 16, с управл ющими входами М| .

На фиг. 4 представлен вариант узла распределени  импульсов, вход щего в состав блока управлени  преобразователем . Он содержит последовательно соединенные п тнадцатиканаль- ный регистр 33 с перекрестной св зью с парафазными выходами Q, Q,,

Q, Qj ,... ,Q-Q.-,... выполненный , например, на I-К- триггер ах 34- 38, и логический узел, выходы трех каналов 49-51 которого св заны с управл ющими входами М -М У ключей 11-16 и 20-25 переменного тока,

К входу регистра 33 (общему счетному входу триггеров 34-48) подключен также счетный вход дополнитель- кого 1-К-триггера 52. Дп  обеспечени  необходимой синхронизации его работы с сетью установочньй вход I триггера 52 через логический элемент 2И-НЕ 53 св зан с выходами Q и Q триггеров 34 и.35. Выходы F, F триггера 52 также, как и выходы регистра 33, подключены к входам трех каналов 49-51 логического узла. Аппаратурна  реализаци  каналов 49-51 обеспечива- ет св зи между их входами, определ емые следующими логическими выражени ми

Mj. QiQur -QiQi -i;

Mjl Q iQ i+QjQ , i+jQ 4«+Q(f 1+Q ИЙ

Mf QHIQHH + H QHI F;

.F+QHsQi F,

где (11,21) соответственно дл 

(B,C).

Если результирзпощий индекс i больше п тнадцати (число разр дов регистра 33), то производитс  замена

Qi Qk r KПриведенные логические выражени  могут быть реализованы различным образом . На фиг. 4 представлен один из возможных вариантов. Например, канал 49 содержит три логических элемента 2И-2ИЛИ 54-56, два логических элемента 2И 57 и 58, логические элементы 2ИЛИ-НЕ 59 и 2ИЛИ 60. Дл  формировани  управл ющего сигнала М ключом 20 преобразовател  канал 49 логического узла содержит логический элемент 2И-2ИЛИ 54. Его входы подключены к соответствующим выходам регистр 33 так, что на выходе логического элмента 2И-2ИЛИ 54 формируют управл ющий сигнал М: Q, Q, +Q ,0, J.

Дп  формировани  управл ющего сигнала Мд ключом 21 в составе логи

5 0 5

5

0

ческого узла имеетс  два логических элемента 2И 57 и 58, сигналы 0,0. .с и j с выходов которых поступают на входы логического элемента 2ИЛИ 60, а выход последнего подключен к входу логического элемента 2ИЛИ-НЕ 59, второй вход которого соединен с выходом логического элемента 2И-2РШИ 54. Ре- зультирующнй сигнал М в .этом случае определ етс  выражением М Q, ,5 +

+QtQ3+Q4Ql5+Q4Q.KДп  формировани  сигналов управлени  ключами 11 и 12 использованы логические элементы 2И-2ИЛИ 55 и 56, входы которых объединены попарно и подключены к выходам F, F триггера 52, а также к выходам.логических элементов 2И 57 и 58 так, что на их выходах формируютс  соответственно следующие логические сигналы: Мд -Q4Qi5F+Q,Q,,5F и ,jF. Два других канала 50 и 51 логического узла вьтолнены аналогично с учетом фазового сдвига на угол 2Т/3 управл ющих сигналов. В логических выражени х , описывающих св зи в узле, это задаетс  изменением значени  индекса i. Результирующие сигналы с выходом каналов 50 и 51 логического.

0

5

50

Т 1(

узла соответствуют выражени м М -М приведенным выше,

: Принцип работы преобразовател  по сн етс  временными диаграммами, представленными на фиг. 3 и 5, Рассмотрим , как формируют последоват ель- ности управл ющих сигналов м. -м. s ключами 11-16 и 20-25 переменного тока (фиг. 5). Здесь представлены: и А - напр жение.питани , сигнал с выхода синхронизатора 26 с сетью, импульсы которого совпадают с момен-, том изменени  пол рности напр жени  питани  Ufv. Работа  в счетном режиме, 1-К-триггер 52 измен ет свое состо ние с приходом каждого очередного импульса (и) последовательности и. На выходах . регистра 33 формируют сигналы пр моугольной формы вида (некоторые представлены на фиг. 5), сдвинутые по фазе на угол /15 относительно друг друга. После осуществлени .логических операций над исходными последовательност ми импульсов на выходах каналов 49-51 логического узла будут сформированы новые последовательлости управл ющих сигналов (импульсов) М -- м . Эти, а также некоторые промежу51

точные сигналы представлены на фиг.5 Номер каждого логического элемента на схемеч(фиг. 4) соответствует индексу приведенной последовательности . Число витков вторичных обмоток 2-7 трансформатора 1 выбрано одинаковым: ...W.

Промежуточные отводы дел т обмотки 2, 4 и 6 по числу витков в отношении 1:4, а обмотки 3, 5 и 7 - в отношении 3:2 при отсчете от точек 9 и 10 соединени . Таким образом, в соответствии с управл ющими по следо- вательност ми импульсов М -М у ключи 11-16 и 20-25 переменного тока преобразовател  осуществл ют подключение к выходным зажимам 17-19 частей вторкчных обмоток. При этом на интервале 0-1//3 осуществл етс  увеличение амплитуды линейного выходного напр жени  по линейному закону (фиг. За) за счет последовательно подключаемых частей вторичных обмоток 2-7 с увели- чивающтдас  числом витков. На интервале 1(/3-2 i /3 за счет синхронного переключени  пар ключей 11 и 12, 13 и 14, 15 и 16 амплитуда напр жени  на .выходе преобразовател  не измен етс , а на интервале 21Г/3- л осуществл етс  линейное уменьшение его величины. Средн   лини  выходного линейного напр жени  представл ет собой равнобо- кую трапецию с углом наклона боковых сторон 11/3.

Дл  обеспечени  регулировани  величины выходного напр жени  при ми- нимапьно возможных искажени х преобразователь снабжен регул тором 28. В соответствии с сигналом и.(фиг,3б) с выхода модул тора 32 ширины импульсов последовательно с первичной обмоткой трансформатора 1 включаетс  вторична  обмотка дополнительного транс форматора 29 регул тора 28, Она может быть включена как встречно (в этом случае выходное напр жение преобразовател  регулируетс  от до ), так и согласно с первичной обмоткой трансформатора 1. Напр жение на первичной обмотке трансформатора 1 имеет вид U (фиг.Зб), а выходное напр жение (например, линейное напр жение А-В) - U .В зависимости от алгоритма работы ключей 30 и 31 регул тора 28 это напр жение может иметь различный вид (фиг. 36, в). В первом случае модул то 32 ширины импульсов может быть вьтолнен, напри86

мер , на основе одного генератора пилообразного напр жени  и при этом регул тор обеспечивает несимметричное фазовое регулирование, а во втором - симметричное фазовое регулирование.

Таким образом, преобразователь позвол ет получить трехфазное напр жение с хорошим качеством, характеризуемым малой величиной коэффициента гармонии, из однофазного. При частоте питающей сети (f - частота выходного напр жени ) коэффициент гармоник напр жени  улучшаетс  более

чем в 6 раз (при углах регулировани  ) от величины 0,31 до 0,046.

Формула- изобретени 

Преобразователь однофазного напр жени  в трехфазное, содержащий основной трансформатор, концы первичной обмотки которого соединены с выводами дл  подключени  источника однофазного напр жени , а вторична  обмотка выполнена с равными по числу витков полуобмотками, одии разноименные концы которых объединены и образуют нулевой вывод, а их другие разноименные и промежуточные отводы через ключи переменного, тока, с управл ющими входами М j , М , М , М , где j - А,В,С-индекс выходной фазы, соединены с выходными выводами, и

блок управлени , включающий в себ  . последовательно св занные узел синхронизации с источником однофазного напр жени  и узел распределени  yfi- пульсов, выходами св занный с управл ющими входами ключей переменного тока, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  качества выходного напр жени , отвод первой полуобмотки делит ее по числу витков в

отношении 1:4, отвод второй поЛуоб- мотки - в отношении 3:2, узел распределени  импульсов вьтолнен в виде последовательно соединенных п тнад- цатиканального регистра с перекрестной св зью, с парафазными выходами

Q,5 QI, QI. Q,.,.,Qi5, 5,s и трех- канального логического узла, к остальным входам которого подключен пара- фазный выход F, F введенного 1«Ктриггера , счетный вход которого подключен к выходу узла синхронизации, установочный - к выходу введенного логического элемента 2И-НЕ, подключенного к соответствуюпщм выходам узла распределени  импульсов, а аппаратурна  реализаци  логического узла и св зи между входами и выходами в каждом его канале определ етс  следующими выражени ми

M Q;Qu7+QiQin;

MS QiQuj+QiQM+Qi+:Am+Qni4 Hj;

.jQ,4i+F+ ujSu(4F;

Mf Qv QH4F+Qi jQi-H4F

где (11,21) соответственно дл 

(B,C),

причем если 30, то св зь между Q--выходом вышеупом нутого п тнадца- тиканального регистра и соответствующим входом логического узла определ етс  в соответствии с выражением , где ,, если , 35 - то где

Фиг.1

tJt

плгшлгшл

zf

Фиг.д

Iftf Д I.JL f{i 1Пг- К лVlrTiLP t . e.

M feZOJ

«I иг/)

(Ж

Claims (1)

1. Формула- изобретения

   Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий основной трансформатор, концы первичной обмотки которого соединены с выводами для подключения источника однофазного напряжения, а вторичная обмотка выполнена с равными по числу витков полуобмотками, одни разноименные концы которых объединены и образуют нулевой вывод, а их другие разноименные конпы и промежуточные отводы через ключи переменного, токд. с управляющими входами И j , Μ , М : , М®· , где J - А,В,С-индекс выходной фазы, соединены с выходными выводами, и блок управления, включающий в себя . последовательно связанные узел синхронизации с источником однофазного напряжения и узел распределения цмпульсов, выходами связанный с управляющими входами ключей тока, отличающ что, с целью улучшения ного напряжения, отвод обмотки делит ее по числу витков в отношении 1:4, отвод второй поЛуобмотки - в отношении 3:2, узел распределения импульсов выполнен в виде последовательно соединенных пятнадцатиканального регистра с перекрестной связью, с парафазными выходами

   Qp Q_V...,Q_W, 5 и и трехканального логического узла, к остальным входам которого подключен парафазный выход F, F введенного Ι·Κтриггера, счетный вход которого подключен к выходу узла синхронизации, установочный - к выходу введенного логического элемента 2И-НЕ, подключенного к соответствующим выходам узпеременного и й с я тем, качества выходпервой полу7

   1411898 8 ла распределения импульсов, а аппаратурная реализация логического узла и связи между входами и выходами в каждом его канале определяется следующими выражениями

   М- =¾ ;Q μ/Q ;Q и ____________________ m|_=Q^Q if/Q ί 9 i«i⁺Q ♦n-Qi*»» ^vjQt+uF+Qj+jQi+nF>

   где i=l (11,21) соответственно для j=A(B,C), причем если ϊ=16; 30, то связь между Q.-выходом вышеупомянутого пятнадцатиканального регистра и соответствующим входом логического узла определяется в соответствии с выражением Qf=Q_fei где если i=31, 35 - то

   Q|=Q_fc, где k=i-30_.

   к-Г- >5 1 ---& 8 ς 1 1 1 Ζξχ 18 с· I Я и ] 27 в X С 1 —“fi ^{1 гз} j 9 f | 'V . 1 1 19 _4 $>· 1 ϊδ I c г~т ____a >7 25. Й i___*>_

   фиг.1 а

   ^U32 ^иПЧ8

   Н[Нпллплл л 4ВЪГПЪП П II II II II II II А 1 (Pt -----jb» ίΚ I --- 1 ί

   Фиг.З •Ji

   UitW ««(Oh 'liaxuinjajinjajinLmi^^ j-------- ut

   JZ r

   1 n tft tit wt

   Hi bJt

   Hi ___gt n__S* runnnrtn nnr.nnn nn bit ut n n a n.

   .π л.п ля........Fmxxjx.n ......

   £3L

   EX л—π____________£* xnruxn__П-ПЛП-ПЛ rtnnn £* ______Г. ** n ** ut

   ЛЛ лшш

   ЛЛПЛЛ

   JO.

   JO.

   n n

   Till пихпишхп ШХГШХШ.

   П-П

   1 n

   ЛЛГ1ЛП tuxnnn

   Физ5