SU817921A1 - Преобразователь -фазного напр же-Ни B ОдНОфАзНОЕ - Google Patents

Description

Союз Советских

Социалистических

Республик (»1)817921

Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву — (22) Заявлено 13.05.79 (21) 2768176/2 4-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет —

Опубликовано 30.0 3.81. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 30.0 3.81 (72) Авторы изобретения (51)М. Кл.³

Н 02 М 5/27 (53)УДК 621.314.

.27 (088.8)

В.М.Скобченко, В.И.Сенько, Н.П.Макаренко, А.А.Штурбин , Г.В.Филинов и В.И.Овдин (71) Заявитель

5>.А (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ m-ФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ОДНОФАЗНОЕ

Изобретение относитсяк преобразовательной технике и может быть использовано для построения преобразовательных установок различного _ рода энергосистем, например автоном- ⁵ ных.систем электроснабжения,с высо- ким качеством выходной энергии.

Известны преобразователи т-фаз-ного напряжения в однофазное,в состав которых входят амплитудно-импульсные’ модуляторы на ключах с двухсторонней проводимостью, а также, система управления, обеспечивающая заданный алгоритм переключения ключей амплитудноимпульсных модуляторов [1] , [2] и (з].15 Недостаток указанных преобразователей”-' наличие фазового сдвига основной гармоники выходного напряжения в процессе его регулирования, а также низкочастотной модуляции вы- 20 ходного напряжения из-за несимметрии импульсов управления.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий, mN амплитудно-импульсных модуляторов, 25 выполненных по схеме однофазного инвертора на силовых ключах с двухсторонней проводимостью и нагруженных на трансформаторы, последовательно соединенные выходные обмотки которых 30 образуют общий выход преобразователя, а также систему управления, содержащую источник управляющего напряжения и соединенные последовательно задающий генератор, основной делитель частоты, К-канальный распределитель импульсов и подключенной к нему фазосдвигающий блок , содержащий N каналов, каждый из которых выполнен в виде соединенных последовательно управляемого генератора линейно-изменяющегося напряжения,схемы сравнения,όλη им из входов’ связанной с источником управляющего напряжения, и схема выделения управляющих напряжений, а также 2mN оконечных усилителей мощности, связанных со входами силовых ключей [4].

Принцип работы известного преобразователя m-фазного напряжения в однофазное основан на пофазной амплитудно-импульсной модуляции nt-фазного переменного напряжения с частотой , вспомогательными К раз сдвинутыми относительно друг друга на определенный фазовый угол m-фазными перемен✓ ными напряжениями типа меандра с частотой’ f.£. При этом на выходах амплитудно-импульсных модуляторов формируются промодулировэнные напряже3 ния, математически которым соответствует операция перемножения соответствующего фазного переменного напряжения на соответствующее ему . дополнительное переменное напряжение, скважность которого зависит от вели.чины сдвига фаз. между вспомогательны!ми напряжениями, модулирующими эту фазу-. В результате геометрического суммирования выходных напряжений амплитудно-импульсных модуляторов, на выходе преобразователя формируется квазисинусоидальное напряжение.

Недостаток известного преобразователя т—фазного напряжения в однофазное - низкое качество выходного напряжения из-за напичия в нем низкочастотной модуляции и фазового сдвига основной гармоники выходного напряжения в процессе его регулирования, вызванного характером используемого в'данном случае генератора линейно-изменяющегося напряжения (генератор пилообразного напряжения). В данном преобразователе реализован многоканальный принцип формирования управляющих импульсов, поступающих на ключи амплитудно-импульсных модуляторов . Низкочастотная модуляция выходного напряжения преобразователя возникает из-за несимметрии импульсов управления хотя бы в одном из каналов формирования управляющих импульсов по отношению к другим каналам. Так в состав,-преобразователя т—фазного напряжения в однофазное (при m = 3), содержащего (при К = 1) три амплитудно-импульсных модулятора, входит три канала формирования импульсов, каждый из которых содержит три управляемых генератора пилообразного напряжения. Практически невозможно выполнить: несколько управляемых генераторов , формирующих на выходах пилообразные напряжения с равными амплитудами и идентичной линейностью (особенно значительный разброс знача ний этих параметров оказывается при широком диапазоне изменения температуры окружающей среды, в которой . работает преобразователь). В случае, если ^гна входа силовых ключей первых стоек амплитудно. импульсных модуляторов поступают соответствующие управляющие напряжения и ггоотивофазные им, то /на входе силовых ключей вторых ·' стс^ек поступают -управляющие напряжения ' и противофазные им,, которые формируются в результате срав- нения пилообразных напряжений (с различными амплитудами) с опорным напряжением. В результате амплитудноимпульсной модуляции фазные напряжения будут перемножаться на соответствующие им дополнительные переменные напряжения, несимметричные между собой, что приведет после геометрического суммирования промодулировэнных напряжений к появлению низкочастотной модуляции выходного квазисинусоидального напряжения преобразователя.

Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения преобразователя путем устранения в нем низкочастотной модуляции и сдвига фазы основной гармоники выходного' напряжения в процессе его регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь т—фазного 'напряжения в однофазное, содержащий mN амплитудно-импульсных модуляторов, выполненных по схеме однофазного инвертора на силовых ключах с двухсторонней проводимостью и нагруженных на трансформаторы, последовательно соединенные выходные обмотки которых образуют общий выход преобразователя, а также систему управления, содержащую источник управляющего напряжения и соединенные последовательно задающий генератор, основной делитель частоты, К-канальный распределитель импульсов и подключенный к нему фазосдвигающий блок, содержащий N каналов, каждый из которых выполнен в виде соединенных последовательно управляемого генератора линейно-изменяющегося напряжения, схемы сравнения, одним из входов связанной, с источником управляющего напряжения, и схемы выделени-я управляющих напряжений, а также 2mN оконечных усилителей мощности, связанных со входами силовых ключей, дополнительно снабжен 2N узлами синхронизации, каждый из которых входом подключен к одному из выходов N—ой схемы выделения управляющих напряжений’, а выходами - ко входам m оконечных усилителей мощности, N синхро-, визированными триггерами, каждый из которых входом подключен к N-му выходу К-канального распределителя· импульсов, а выходом - ко входу М-ой пары узлов синхронизации, причем генератор линейно-изменяющегося напряжения выполнен в виде генератора симметричного треугольного напряжения, а узел синхронизации выполнен в виде соединенных последовательно cxeNfcj выделения фронта импульса, подключенного к ней установочным входом делителя частоты, тактовый вход которого связан с выходом задающего, генератора, и сдвигающего регистра, / управляющий вход которого подключен к выходу/управляющего триггера, одним из входов· которого'подключен к выходу схемы выделения управляющих напряжений, а второй - к выходу N-ro синхронизированного триггера.

Кроме того схема выделения управляющих напряжений содержит две схемы выделения фронта импульса, подключенных входами одна непосредственно, а другая - через инвертор к N-му выходу К-канального распределителя импульсов, а также две последователь5 но соединенные схемы 2И—НЕ, первая из которых подключена одним из^входов к выходу схемы совпадения, вторым к выходу одной из схем выделения фронта импульса, причем вторая схема выделения фронта импульса выходом под- $ ключена ко второму входу второй схе№1 2И-НЕ, выходом подключенной к инвертору, вход и выход которого Образуют два Еыхода схема выделения . управляющих напряжений. |q

На фиг. 1 дана структурная схема . предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - схема амплитудно-импульсного· Модулятора на ключах с двухсторонней проводимостью; на фиг. 3 - одна из возможных схемных реализаций ключа с двухсторонней проводимостью; на фиг. 4 - временные диаграмма, поясняющие принцип формирования управляющих напряжений в предлагаемом преобразователе; на фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы схемы выделения управляющих напряжений; на фиг. 6 - пример выполнения схем выделения фронта импульсов.

Преобразователь m-фазного напряжения в однофазное содержит источник ш—фазного напряжения 1, подключенные к нему mN амплитудно-импульсных модуляторов 2 (на фиг. 1 приведена структурная схема для m = 3, N = 1), выполненных по схеме однофазного инвертора и нагруженных на трансформа.торы 3, выходные обмотки которых образуют общий выход, подключенный к нагрузке 4.

Система управления содержит источник управляющего напряжения 5 (в качестве его может быть использован выход блока обратной связи по 'напряжению), соединенные последов а- . тельно задающий генератор'6, основной делитель 7 частоты, К-канальный распределитель 8 импульсов ,·. а также подключенный к нему фазосдвигающий блок 9 (в. общем случае содержащий N каналов, но в. данном примере показан один канал), выполненный в видесоединенных последовательно -управляемого генератора линейно-изменяю- . щегося напряжения 10, схема 11 сравнения, одним из входов связанной с источником управлякшего напряжения 5 и схема выделения-управляющих напряжений 12, к каждому из двух выходов которой (инвертирующему и неинвертирующему) подключен узел 13 синхронизации выполненный в виде'соединенных последовательно.схемы выделения фронта импульсов 14, подключенногок ней установочным входом делителя 15 частоты, тактовый вход которого связан с выходом задающего генерато- 60 ра 6, и сдвигающего, регистра 16, управляющий вход которого подключен., к выходу управляющего триггера 17, один йз входов кот'орого подключен к выходу схемы выделения управляющих 65 напряжений 12, а второй - к выходу синхронизирующего триггера 18.

•Схема выделения управляющих напряжений содержит две схемы 19 и 20 выделения фронта импульса, одна из которых (19) подключена входом непосредственно, а вторая (20) через инвертор 21 к выходу К-канального распределителя 8 импульсов, а также последовательно соединенные схема 22 и 23 типа 2И—НЕ, первая из которых подключена одним из входов к выходу схемы 11 сравнения, вторым к выходу схемы 20- выделения фронта импульса, причем схема 19 выделения Фронта импульса подключена ко второ¹⁵ му входу второй· (23) схемы 2И-НЕ, выходом подключенной к фазоинвертору 24, вход и, выход которого образуют два входа схема выделения управляющих напряжений.

Выходы сдвигающих регистров 16 через усилители 25 И 26 мощности связаны с'силовыми ключами амплитудноимпульсных модуляторов 2, пример реализации которых приведен на фиг. 3.

Амплитудно-импульсный модулятор 2 выполнен по мостовой схеме на ключах с двухсторонней проводимостью в виде двух стоек 27 и 28. Раздельное управление стойками 27 и 28 позволяет эд плавно регулировать величину действующего значения выходного напряжения путем широтно-импульсного регулирова-Р ния, при этом усилители 25 и 26 мощности связаны соответственно со стойте ками 27 и 28 амплитудно-импульсных . модуляторов.

Рассмотрим принцип формирования импульсов управления силовыми ключами. одного комплекта амплитудно-импульсных модуляторов (N =1, ш = 3). 40 Последовательность импульсов 29 с выхода задающего - генератора 6 поступает на делитель 7 частоты,на выходе которого формируется последовательность импульсов 30поступающая 45 на вход К-канального распределителя импульсбв, на входе которого формируются К сдвинутых относительно друг друга на фиксированный угол ψ импульсов 31, 32 типа меандра (показано только два импульса) . Импульсы 31 ·> 32 поступают далее на триггеры синхронизации соответствующих фазосдвигающих блоков, формирующих импульсные напряжения 33,34.

Принцип формирования напряжения управления одного канала рассмотрим на примере фазосдвигающего блока 9, синхронизированного относительно импульсного напряжения 31. Импульсное напряжение 31 поступает на вход генератора линейно изменяющегося напряжения 10 ( в данном случае генератора треугольного напряжения, в качестве которого может быть использован интегратор), на выходе которого

Ί формируется напряжение 35, сравниваемое с напряжением управления 36, при этом на выходе схемл 11 сравнения формируется напряжение 37, которое также является выходным напряжением схемы выделения управляющих напряжений 12, на инвертирующем выходе коток рой формируется импульсное напряжение 38. На выходе схем выделения фронта импульсов 14 формируются импульсы 39,40, соответствующие временному , расположению положительного фронта последовательностей импульсов 37,38. Импульсы.39,40 принудительно устанавливают выход делителя 15 частоты в единичное состояние (положительный .потенциал), причем в нулевое состояние каждый из делителей 15 переходит при поступлении на его вход от задающего генератора первого (после самого импульса 39 или 40) высокочастотного импульса последовательности 29. Таким образом, после прихода установочного импульса 39 или 40 начальная фаза импульсов 41 и 42 на выходе делителей 15 частоты совпадает с моментом сравнения напряжения 35 с управляющим напряжением 36. Далее импульсы 41, 42 поступают на сдвигающие регистры, синхронизация-которых осуществляется управляющими триггерами. На выходах каждой из схем регистра 16 формируются последовательности импульсов 43-45 и 46-48, сдвинутых на угол 21С/Э относительно друг друга. Импульсы управления 43-45 подаются на стойки 27, а импульсы управления 46-48 - на стойки 28 амплитудно-импульсных модуляторов, на выходе которых будут формироваться промэдулировэнные напряжения, эквивалентные коммутационные функции которых представлены на диаграммах 49-51. Такой вид имело бы напряжение на выходах амплитудно-импульсных модуляторов 2, если бы последние были подключены к источнику постоянного напряжения.

Для обеспечения нормальной работы схема выделения управляющих напряжений необходимо, чтобы при изменении величины управляющего напряжения выше или ниже уровня треугольного напряжения не происходило сбоя в работе узлов синхронизации . Предлагаемая структура схема выделения управляющих напряжений позволяет исключить возможность возникновения таких сбоев. На вход схемы выделения управляющих напряжений 12 поступает импульсное напряжение 31. На выходе схем выделения фронта импульса формируются последовательности импульсов 52, 53. Соединение логических схем 2И—НЕ 22 -и 23 с выходами схемы 11 сравнения и схем формирования Фронта импульса 22, 23 обеспечивает такой режим работы, при котором независимо от уровня напряжения управления на выходах схема выделения управляющих напряже35 ний формируются импульсные напряжения 54,55,56, обеспечивающие формирование на выходах управляющих триггеров 17 импульсных последовательностей 57-62. При этом эквивалентные коммутационные функции представлены на диаграммах 63-65. Как видно, основная гармоника эквивалентной коммутационной функции в процессе регулирования не изменяется по фазе. На выходе же сдвигающего регистра в каждом из узлов синхронизации формируются импульсные напряжения с фиксированным фазовым сдвигом (в данном случае 2!С1Ъ) .

Claims (4)

1.Пь ных Б.Е. Исследование несимметричных режимов преобразователей частоты с однократной модул цией,

Q Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. К., Изд-во АН Украинской ССР, с. 1972, с. 212-215.

2.Карташов Р.П., Чехет Э.М. . Функциональные схема преобразователей

- частоты Устройства преобразовательной техники . Вып. 2, К., Наукова думка , 1969.

3.Патент США 3170107, кл.321-7, 16.02.65.

4.Авторское свидетельство СССР 0 по за вке 2641860/07, 07.07.78.

/ r

/ t/ /

Sf

57 58 S3

. ,/.

55

59 60

ff

Jf

/ ./%. ,. ./V

,

/

SB 61

ег 65 и

./

/X

/ ч

/

/

1-1

-JL