SU877747A1 - Преобразователь посто нного напр жени в квазисинусоидальное переменное - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитани  и электропривода дл  преобразовани  посто нного напр жени  в переменное со ступенчатой, близкой к синусоидальной формой кривой.

Известен однофазный преобразователь с промежуточным звеном повышенной частоты и с трехступенчатой формой кривой выходного напр жени . Он содержит однофазный инвертор с выходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку с двум  промежуточными выводами. Три вывода этой обмотки соединены с одним выходным выводом преобразовател  через ключи переменного тока, а четвертый вывод,  вл ющийс  промежуточным - непосредственно с другим выходным выводом преобразовател . Напр жени  на секци х обмотки трансформатора относител аНО выходного вывода преобразовател  соответственно амплитудам первой, второй и третьей ступеней формируемого напр жени . Подключа  поочередно с помощью ключей переменного тока эти секции к выходным выводам преобразовател , формируют на нагрузке трехступенчатое напр жение ij.

Недостатком такого преобразовс тел   вл етс  неполное использование трансформатора по индукции, несинус соидальна  форма кривой выходного напр жени , содержаща  значительный процент высших гармоник.

Известен также однофазный инвертор со ступенчатой, близкой к сину10 соидальной формой кривой выходного напр жени . Он содержит основной инвертирующий мост с бес трансформа торным выходом и дополнительный мост, на выходе которого включены один

15 или несколько вольтодобавочных трансформаторов , вторичные обмотки которых включены в выxoднs o цепь основного моста через пары встречно-параллельно соединенных управл емых вентилей , С помощью этих вентилей напр 20 жени  вторичных обмоток трансформаторов , работающих на повышенных частотах , суммируютс  или, вычитаютс  из выходного напр жени  основного мос25 та,- в результате чего формируетс  многоступенчата  крива  2 J.

Claims (4)

1. Недостатком данного решени   вл етс  сложность схемы инвертора, обусловленна  большим числом управл емых ключей. Изв естен также однофазный преобразователь посто нного напр жени  в tvl-ступенчатое переменное с промежуточным звеном высокой частоты, содер жащий инвертор с выходным трансформатором , имеющим вторичную обмотку с отпайками. Выходные выводы преобразовател  образованы одним из проме жуточных выводов ключей переменного тока, а другие силовые концы этих ключей соединены с N выводами вторичной обмотки трансформатора, где М-число ступеней напр жени  на четверти периода выходного напр жени  преобразовател . Напр жени  на секц  х вторичной обмотки трансформатора относительно выходного вывода равны амплитудам ступеней формируемого на р жени . Подключа  поочередно с помощью ключей переменного тока эти секции к выходным выводам преобразовател , формируют на нагрузке од нофазное N-ступенчатое напр жение р Недор.татком данного преобразовател   вл етс  сложность схемы, обус ловленна  большим числом ключей пер менного тока и отпаек вторичной обмотки трансформатора, повышенные напр жени  на ключах, что приводит к увеличению их установленной мощности и снижает надежность преобразовател . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  пр образователь, содержащий основной и вертор, нагруженный на первичную об мотку трансформатора, вторична  обмотка которого имеет отпайку, образ щую один выходной вывод преобразова тел , а концами подсоединена к одни выводам полностью управл емых ключе с двухсторонней проводимостью, и вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомогательного трансформатора, вторична  обмотка которого выполнена со средней точкой, образующей второй выход ной вывод преобразовател , другие концы этой обмотки подсоединены к другим выводам упом 1нутых полностью управл емых ключей, а упом нута  отпайка вторичной обмотки делит её по числу витков на неравные части. в результате суммировани  напр жений вторичных обмоток трансформаторов ,- имеющих разную форму и амплиту ду, на нагрузке формируетс  трехсту пенчатое напр жение 4. Недостатком такбго преобразовате л   вл етс  несинусоидальна  форма кривой выходного напр жени , содержаща  значительный процент высших гармоник. В напр жении содержатс  r МОНИКИ с пор дковыми номерами 13,23,25... с амплитудами Ay, Ai|M, где - амплитуда первой гармоники а коэффициент гармоник этого напр  жени  равен ,2%. Цель изобретени  - улучшение формы кривой выходного напр жени  преобразовател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном преобразователе посто нного напр жени  в квазисинусоидальное переменное, содержащем основной инвертор, нагруженный на первичную обмотку основного трансформатора , вторична  обмотка которого имеет отпайку, дел щую эту обмотку по числу витков на неравные части и образующую один выходной вывод преобразовател , а концами подсоединена к одним выводам полностью управл емых ключей с двухсторонней проводимостью, и вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомогательного трансформатора, концы вторичной обмотки которого соединены с другими выводами упом нутых полностью управл емых ключей, а промежуточна  отпайка этой обмотки образует второй выходной вывод преобразовател , числа витков частей вторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов , разделенных отпайками, выбирают из соотношений1:2 и (2Уз-3: : 2--/Т) соответственно. На фиг.1 представлена схема предлагаемого преобразовател ; на фиг.2 диаграммы импульсов управлени  ключами . Формы напр жений на обмотках основного и вспомогательного трансформаторов и на нагрузке/ на фиг.З диаграммы напр жений, по сн ющие формирование выхопного напр жени . Преобразователь содержит основной инвертор 1, выход которого соединен с трансформатором 2. Части (или секции ) 3 и 4 вторичной обмотки этого трансформатора через ключи 5 и 6 переменного тока соединены соответственно с секци ми 7 и 8 вторичной обмотки трансформатора 9, первична  обмотка которого соединена с вспомогательным инвертором 10. К промежуточным отпайкам вторичных обмоток, основного и вспомогательного трансформаторов , образующих выходные выводы преобразовател , подключена нагрузка 11. В качестве ключей переменного тока могут использоватьс  также встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с диодами. Устройство работает следующим образом. Управление ключами 5 и б преобразовател  осуществл етс  импульсами тока (i) (фиг.2а), причем импульсы, соответствующие графику 5, подаютс  на ключ 5, графику б - на ключ 6. Дл  получени  выходного напр жени  преобразовател , близкого к синусоидальному , амплитуды его ступеней выбирают так, чтобы напр жение на нагрузке (фиг.2,с1, можно было представить как сумму двух трехступенчатых напр жений U сдвинутых Spyr относительно друга на 15 эл.гра ( фиг.З), амплитуды ступеней U ,, U, Da из которых найдены из услови  исключени  гармоник, близких к основ ной и ппптветственно равны U , ii, 0(1+1/3) , (2 + Y5) . В каждом из таких напр жений присутствуют высшие гармоники с пор дковыми номерами И 11, 13, 23, 25, 35,37,,. и амплитудами Aj,- А /И, где А - амплитуда первой гармоники напр жений и и. Поскольку напр жение на нагрузке  вл етс  суммой этих напр жений, то в нем содержатс  гармоники с теми же пор дковьми номерами, но со значител но меньшими амплитудами (из-за сдвига между напр жени ми и и и). Из фиг,22 и следует, что амплитуды ступеней выходного напр жени , найденные через амплитуды сту пеней напр жений U/f ii U , равны U,, l4U2H U.-fUj U(2+T) , UjH 2U2 |-- fTТл.-1 - (3 + 2VD, UJ-H; ( 1+TQ), U4.,i-fU,j 2( (2+-П) , J где и:,„ , U2.H U - амплитуды ступеней выходи ц , змпли- ного напр жени  преобразовател  с первой по п тую соответственно. Дл  получени  напр жени  на нагру ке с указанными амплитудами ступеней напр жени  на секци х 3, 4, 7, 8 вто ричных обмйток основного и вспомогательного трансформаторов должны быть соответственно равны U. (2+1/3) , . (2+V3) , U, 1 ивС 6Ц-и4Н и - Рассмотрим работу схемы на активно-индуктивную нагрузку. Полупериод выходного напр жени  можно разбить н дценадцать равных интервалов. На первом интервале замыкаетс  ключ 5, а напр жение на первичных об мотках обоих трансформаторов (U-j-p, и) равны нулю (фиг,,) ,Если пре небречь активными сопротивлени ми вторичных обмоток трансформаторов и ключа 5, то можно считать, что нагрузка замкнута накоротко и ток в ней поддерживаетс  за счет реактивной мощности, запасенной в предыдущий по лупериод, В результате формируетс  нулева  ступень выходного напр жени  На втором интервале ключ 5 остаетс  замкнут, а на секци х 3 и 7 обмоток трансформаторов по вл ютс  напр жени , величины которых соответственно равны (2+-/3) . и , В результате вычитани  напр жений на нагрузке формируетс  перва  ступень напр жени , амлитуда которой равна Й (2+if3)- . Третий интервал отличаетс  от второго тем, что исчезает напр жение на секции 7 (фиг.2-1 ) и на выходе формируетс  втора   ступень напр жени , амплитуда которой равна величине напр жени  на секции 3 (2+{з) Четвертый интвервал отличаетс  от третьего тем, что мен етс  пол рность напр жений на обмотках трансформатора 9 и вновь по вл етс  напр жение на секции 7, В результате суммировани  напр жений секций 3 и 7 на нагрузке формируетс  треть  ступень напр жени : U3 и,и, (2+V3). 2U,(l+ На п том интервале замыкаетс  ключ 6, мен етс  пол рность напр жений на обмотках трансформатора 2, а пол рность напр жени  на секции 8 остаетс  прежней, В результате вычитани  напр жений секций 4 и S на нагрузке формируетс  четверта  ступень напр жени  с амплитудой Uj,--Uf,x- 2U . (2+/3)-U, U (3+2V7). Интервалы 6-й, 7-й, 8-й отличаютс  от п того тем,. что исчезает напр жение на секции -8 и на нагрузке формируетс  п та  ступень напр жени , равна  величине напр жени  на секции 4 : 2и (2+V3) . Интервалы с 9-го по 12-й аналогичны интервалам с 5-го по 2-й соответственно . Второй полупериод выходного напр жени  формируют подобно описанному в соответствии с диаграммой импульсов управлени  ключами и формами напр жений на обмотках трансформаторов 2 и 9, В результате работы преобразовател  на его выходе формируетс  п тиступенчатое напр жение , форма которого представлена на фиг,2,г. Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождени  тока в двух направлени х и посто нство разности потенциалов на нагрузке в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразовател  при любом коэффициенте . мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напр жени . Предлагаемый преобразователь имеет значительно лучшую форму выходного напр жени , чем напр жение известного преобразовател . Расчеты показывают, что коэффициент гармоник выходного напр жени  предлагаемого преобразовател  равен ,8%, против 15,2% в известном преобразователе. Это обуславливает лучшие массогабаритные показатели выходных фильтров и лучшие динамические показатели предлагаемого преобразовател . Если прин ть число витков секции 3 за единицу, то из вышеизложенного следует, что п тиступенчатую форму напр жени  на нагрузке (фиг. . можно получить, если отношение чисел итков секций 3., 4, 7, 8, будет рав1:2: . 1 . j5 л - . / « -iT-t , т.е. 1:2:( riu; J.. л : 2+-J5 -3):(2 -/5lV Формула изобретени  Преобразователь посто нного напр жени  в квазисинусоидальное переменное , содержащий основной инвертор , нагруженный на первичную обмотку основного трансформатора, вторична  обмотка которого имеет отпайку, дел щую эту обмотку по числу витков на неравные части и образующую один выходной вывод преобразовател , а концами подсоединена к одним выводам полностью управл емых ключей с двухсторонней проводимостью, и вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомогательного трансформатора, концы вторичной обмотки которого соединены с другими выводами упом нутых полностью управл емых ключей, а промежуточна  отпайка этой обмотки образует второй выходной вывод преобразовател , отличающийс  тем, что, с

   целью улучшени  формы кривой выходного напр жени  ,числа витков частей вторичных обмоток основного и вспомогтельного трансформаторов, разделенных отпайками, выбирают из соотношений 1:2 и ( 2У1-3) :( 2-V57 соответственно .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1 .Лекоргийе /X. Управл емые электрические вентили и их применение. М., Энерги , 1977, с.399.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 449425, кл. Н 02 М 5/42, 1971.
3. 3.Авторское свидетельство СССР № 688970, кл. Н 02 М 7/48, 1976.
4. 4.Авторское свидетельство СССР № 680124, кл. Н 02 М 7/48, 1977.

   12 3 5 б 7 5 5 to f1 12 Интервалы

   и,

   l