SU736306A1 - Преобразователь посто нного напр жени в трехфазное переменное с амплитудно- импульсной модул цией - Google Patents

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для создания вторичных трехфазных источников питания электроприводов переменного тока малой мощности, работающих как на переменную, так и на постоянную нагрузку в тех случаях, когда требуется согласование уровней напряжений питающей сети и потребителя, а также повышенное качество преобразованной электрической энергии и приемлемые массо-габаритные показатели вторичного источника.

Вторичные трехфазные источники питания (ВТИП) могут быть выполнены как в виде мостового трехфазного инвертора, так и в виде трех однофазных инверторов.

Известны трехфазные инверторы с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения ШИМ [1] , а также инверторы с геометрическим сложением напряжений на вторичной стороне [2] .

Форма выходного напряжения инверторов с ШИМ отлична от синусоидальной. Для обеспечения требуемого коэффициента гармоник необходимо на выходе инверторов устанавливать фильтры, которые значительно увеличивают установленную мощность преобразователя и снижают еГо энергетические показатели. Инверторы с геометрическим сложением напряжений сложны конструктивно и включают выходные трансформаторы, по крайней мере один из которых работает на выходной частоте, и имеют поэтому неудовлетворительные массогабаритные показатели.

Известны схемы ВТИП, выполненные в виде нескольких однофазных инверторов, в которых повышение качества энергии реализуется амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ) и широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Перспективным способом улучшения гармонического состава выходного напряжения инверторов является АИМ. АИМ для обеспечения одинакового с ШИМ качества

736 306 преобразованной электрической энергии реализуется с меньшими коммутационными потерями за счет меньшего числа тактовых интервалов и имеет более простую систему управления. ₅

Из различных способов А ИМ наиболее полно удовлетворяет основным требованиям способ формирования выходного напряжения с помощью преобразователей с промежуточным звеном высокой частоты [З^. ю

Силовая часть такого преобразователя содержит однофазный инвертор, согла- сующий трансформатор, работающий на частоте выше выходной частоты, и коммутатор. Формирование выходного на— 15 пряжения преобразователя осуществляется переключением обмоток на вторичной стороне трансформатора полупроводниковыми ключами коммутатора. В таком режиме работы удается увеличить частоту 20 напряжения на первичной обмотке трансформатора и, следовательно, уменьшить его массо-габаритные показатели.

Возможно построение ВТИП с применением трех независимых однофазных ин- 25 верторов, а также на базе схем, в которых используют два одинаковых однофазных. инвертора, включенных, по схеме открытого треугольника и, наконец, с помощью одного однофазного инвертора и 30 нескольких комплектов коммутаторов, число которых равно числу выходньех фаз вторичного источника.

Известен преобразователь постоянно— го напряжения в трехфазное переменное с амплитудно—импульсной модуляцией выходного напряжения, содержащий однофазный инвертор высокой частоты, выходом нагруженный на первичную обмотку сог— пасующего высокочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена с отпайками, образующими вместе с двумя концами этой обмотки N = 6р + 1, где р -целое число, выходных выводов трансформатора, расположенных симметрично относительно среднего вывода,коммутатор на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, объединенных в группы, одни силовые концы которых соединены с выходными выводами трансформатора, а точки соединения других силовых концов этих ключей, объединенных в группы, образуют два выходных вывода преобразователя, а также блок управления, включающий последовательно соединенные задающий генератор и многоканальный распределитель импулгсов, выходы которых связа ны соответственно с управляющими входами ключей однофазного инвертора и коммутатора [4b

Недостатком данного преобразователя является нерационально увеличенное число ключей его силовой части.

Целью изобретения является упрощение известного преобразователя.

Это достигается тем, что каждая группа коммутатора содержит ( N -1) ключей, распределитель импульсов выполнен (2N-2) канальным, каждый его i -ый канал из числа первых (Ц-1) каналов совместно с (2 N - \ -1)-ым каналом связаны с управляющим входом соответствующего ключа первой группы коммутатора через логический элемент ИЛИ. Одновременно каждый ι -ый канал из числа первых -----каналов совместно с [-^ Ц -ьгм каналом и каждый К-ый его канал из числа остальных -¾¾⁷- каналов, начиная с[²⁽.У **Й-ого

Г MN - I I , ^{1 J} канала,совместно с ) - - -½. Hj -ьгм каналом связаны с управляющим входом соответствующего ключа второй группы коммутатора через логический элемент ИЛИ, третий выходной вывод преобразователя образован средним выходным выводом трансформатора, а числа витков симметрично расположенных η —ых выходных выводов трансформатора с числами витков его крайних n_Q выходных выводов связаны соотношением и ^Ъ1П о о где п₀ - номер крайнего выходного вывода трансформатора, численно равный Зр, η =1,2 ... и - номер выходного вывода трансформатора при независимом отсчете от среднего вывода его вторичной обмотки в каждую от него сторону.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема описываемого преобразователя; на фиг. 2 - блок управления преобразователем; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип получения ступенчатого напряжения на вторичной стороне трансформатора и алгоритмы переключения ключей коммутатора; на. фиг. 4временные диаграммы, поясняющие принцип получения трехфазного напряжения с помощью однофазного инвертора.

Исходя из требований к качеству выходного напряжения, для иллюстрации выберем число- N , т.е. число выходных выводов трансформатора равным 7. В этом случае число выходных выводов трансфор матора в каждую сторону от среднего вы— вода его вторичной обмотки равно п_о = —- = 3 , число ключей в каждой группе коммутатора ΝΊ-6

Описываемый преобразователь (см. фиг. 1) содержит однофазный инвертор 1, выполненный в виде мостового инвертора на ключах 2-5. Однофазный инвертор 1 нагружен на первичную обмотку 6 corпасующего высокочастотного трансформатора 7. Его вторичная обмотка 8 выполнена со средним выводом 9 и отпайками

10-13, образующими вместе с двумя концами 14 и 15 этой обмотки семь выход- и ных выводов 9-15 трансформатора.

Выходные выводы трансформатора 7* кроме среднего 9, соединены с силовыми концами ключей 16-2 7 коммутатора 28, которые объединены, в две группы jq по шесть ключей. Один из трех выходных выводов преобразователя образован средним выводом 9 вторичной обмотки 8 трансформатора, два других - точками объединения одних силовых кон- 25 цов ключей 16-21 и 22-27 двух групп коммутатора, другие силовые концы этих ключей соединены с выходными выводами 10-15 трансформатора 7.

Блок управления 2 9 содержит задаю- 30 щий генератор 30, подключенный к многоканальному распределителю импульсов 31, выпоипенному 12-ти канальным, каждый его i -ый канап из числа первых

6-ти каналов совместно с (13-4- )-ым ₃₅ каналом (т.е. 1-й канап совместно с 12-ым, 2-ой совместно с 11-ым и

т.д.) связаны с управляющим входом соответствующего ключа первой группы коммутатора (ключи 16-21) через логический ад элемент ИЛИ (32-37).

Одновременно каждый j -ый канал распределителя импульсов из числа первых 4-х каналов совместно с (5 - j )-ым каналом (т.е. 1-й канал . совместно с

4- ым и 2-й - совместно с 3-им каналом) и каждый К -ый его канал из числа остальных 8-ми каналов, начиная с

5- го канала, совместно с (17- К)-ым каналом (т.е. 5-ый канал совместно с 12-ым, 6-ой - совместно с 11-ым каналом и т.д.) связаны с управляющим входом соответствующего ключа второй группы коммутатора (ключи 22-27) че— рез логический элемент ИЛИ (38—43). ’

Принцип формирования ступенчатого выходного напряжения на вторичной стороне трансформатора поясняется на фиг. 3, где ТИ - тактовые импульсы на выходе генератора импульсов 30;

- сигналы управления, подаваемые на управляющие входы ключей 2-5 инвертора 1.

Ц - форма напряжения на первичной обмотке 6 трансформатора 7;

Ugjoi Ф°Р^МЫ напряжения на вторичной стороне трансформатора при поочередном переключении его обмоток соответственно ключами 16-21 и 22-27 коммутатора 28;

it it - алгоритмы переключения 2.2СИ _{кпючей 16}_*1 и 22-27 коммутатора 28.

Временные диаграммы, поясняющие принцип получения трехфазного напряжения с помощью однофазного инвертора приведены на фиг. 4, где -форма напряжения на первичной обмотке 6 трансформатора 7; а го ί - формы напряжения на вторчиной стороне трансформатора при поочередном переключении его обмоток соответственно ключами 16-21 и 2 2-2 7 коммутатора 28. Сдвиг фаз между U_aiQ1 и 1),_ао1 составляет 60°) Il It В - формы напряжения в фазах ’-'гюг^гог.г а.302.

нагрузки, полученные при условии, что на вторичной стороне трансформатора действует лишь напряжение U_?,_o. ;

О_1?ог |-^зог.*°‘^омы спряжения в фазах нагрузки, подученные при условии, что на вторичной стороне трансформатора действует лишь напряжение U_?,_ox

- формы напряжения в фазах нагрузки при одновременном действии обоих напряжений и 0,_ггор

При построении выходных напряжений в фазах нагрузки был применен принцип наложения.

Преобразователь работает следующим образом. При подключении питания к блоку управления и силовой части преобразователя замыкают ключи 2,5 инвертора

1. На первичной обмотке 6 согласующего высокочастотного трансформатора 7 формируют положительный импульс напряжения . Полярность обмоток трансформатора такова, что при замыкании ключа 19 первой группы коммутатора 28 формируют первую ступень положительной полуволны напряжения U · Одновременно при замыкании ключа 23 второй группы коммутатора 28 формируют вторую ступень отрицательной полуволны напряжения · При замыкании

73630β ключей 3 и 4 инвертора 1 на обмотке 6 формируют отрицательный импульс напряжения U_£ . Замыканием ключей 17 и 25 коммутатора формируют соответственно вторую ступень положитель- ₅ ной полуволны напряжения и первую ступень отрицательной полуволны напряжения

Дальнейшее формирование ступеней происходит аналогично в соответствии с временными диаграммами, представленными на фиг. 3.

Описываемый преобразователь может применяться во всех случаях, где требуется преобразование постоянного на- ₍₅ пряжения одного уровня в трехфазное напряжение другого уровня заданной фиксированной частоты.

Выход1гую частоту можно регулировать за счет изменения частоты задающего генератора. Диапазон регулирования при этом ограничен нижней рабочей частотой согласующего трансформатора.

Целесообразное число ступеней выходного напряжения преобразователя выбирать в каждом конкретном случае применения в зависимости от требования к искажению выходного напряжения. В предлагаемом преобразователе увеличить чис- ₃θ по ступеней, а следовательно улучшить качество преобразованной энергии, можно за счет увеличения числа N выходных выводов трансформатора. При этом число ключей в каждой группе коммутатораравно (Ν -1)=6р,где р - любое целое число.

Таким образом, в сравнении с известным преобразователем,содержащем коммутатор на ключах, объединенных в три группы, а также блок ключевых элементов, образующих выходной инвертор, предлагаемый преобразователь имеет лишь коммутатор на ключах, объединенных в две группы, поочередно переключающий обмотки на вторичной стороне трансформатора. Это упрощает устройство, а для обеспечения одинакового с известным решением качества преобразованной энергии преобразователь реализуется с меньшим числом силовых ключей.

сокой частоты, выходом нагруженный на первичную обмотку согласующего высокочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена с отпайками, образующими вместе с двумя концами этой обмотки N =6рт1, где р - целое число выходных выводов трансформатора, расположенных симметрично относительно среднего вывода, коммутатор на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, объединенных в группы, одни силовые концы которых соединены с выходными выводами трансформатора, а точки соединения других силовых концов этих ключей, объединенных в группы, образуют два выходных вывода преобразователя, а также блок управления, включающий последовательно соединенные задающий генератор и многоканальный распределитель импульсов, выходы которых связаны соответственно с управляющими входами ключей однофазного инвертора и коммутатора, отличающийся тем, что, с целью упрощения, каждая группа коммутатора содержит ( N -1) ключей, распределитель импульсов выполнен (2Ν2 )-канальным, каждый его ι -ый канал из числа первых (Ν -1) каналов совмес'гно с (2 N - i -1) -ым каналом связаны с управляющим входом соответствующего ключа первой группы коммутатора черта логический элемент ИЛИ, одновременно каждый ) -ый канал из числа первых —каналов совместно с Г —а-И _ым каналом и каждый К-ый

L э о - ' 4 ( N его канал из числа остальных /э-П .-Ц г 2ХЫ-П ί э каналов, начиная с —7—- + 11 -ого канаг Р,(Ч| ί ^J ла, совместно с |— каналом связаны с управляющим входом соответствующего ключа второй группы коммутатора . через логический элемент ИЛИ, третий выходной вывод преобразователя образован средним выходным выводом трансформатора, а числа витков симметрично расположенных и -ых выходных выводов трансформатора с числами витков его крайних и₀ выходных выводов связаны соотношением:

5ЙП

Πχ>

Claims (4)

1.Патент США № 3573601, кп. 321-9, 1971.

2.Патент Англии № 1414580, кл. Н 2 F, 1974.

pnii

tpui f

73G30e10

3.Повышение эффективности устройств преобразовательной техники. Киев Наукова думка , ч, 4. 1973, с. 127-136.

4.Маст ев Н. 3. Отчет НИР Разра5 ботка и исследование преобразовател  посто нного тока в трехфазный переменный ток;ч. 1, шифр366/74,№Г 26791,МЭИ.

w I .

I 4 .

- i. т1

ro--i&H Zj-

r V

LZTL

U iJS

4p IfU k

ti:- P

L

ш

B

-

й:«

Ui

l.

гго,

и

llQi

t

t