SU980235A2 - Преобразователь посто нного напр жени в трехфазное переменное - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к преобразовательной технике, может быть использовано в системах электропитани  и электропривода дл  преобразовани  посто нного напр жени  в трехфазное квазисинусоидальное..

По основному авт.св. № 917283 1 описан преобразователь посто нного напр жени  в трехфазное переменное, содержащий однофазный инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора с одной вторичной обмоткой с промежуточным отводом и три группы ключей, которые одними своими концами подключены к каждому из выходных выводов преобразовател , а другим - по три в группе объединены в три общие точки, причем обща  точка ключей первой группы подсоединена к упом нутому промежуточ )ному-отводу, а общие точки двух других групп ключей св заны с концами вторичной обмотки, трансформатор снабжен другой вторичной обмоткой с промежуточным отводом, который подключен к общей точке соединени  ключей второй группы, а концы обеих вторичных обмоток через введенные дополнительные ключи соединены с об

щей точкой соединени  ключей третьей группы.

Выходное трехфазное напр жение преобразовател  имеет шестиступенчатую форму. Первые четыре ступени формируют путем подключени  к выходным выводам секций вторичных обмоток , напр жени  на которых равны соответственно амплитудам ступеней , а п тые и шестые ступени формируют путем суммировани  напр жений двух секций 1.

Недостатком известного преобразовател   вл етс  несинусоидальна  форма кривой выходного напр жени , в которой содержатс  высшие гармоники с пор дковыми номерами п 23,25, 47,49,..., а коэффициент гармоник этого напр жени  равен 7,57%. Это приводит к увеличению потерь в потребителе и необходимости установки выходных фильтров,которые увеличивают массу и габариты преобразовател , ухудшают КПД, быстродействие системы преобразователь - нагрузка, симметрию выходных напр хсений, жесткость внешней характеристики. Цель изобретени  - дальнейшее улучшение качества выходного напр  ееи  путем получени  N-ступенчатой/

близкой к синусоидальной, формы кривой выходного напр жени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в преобразователе посто нного напр жени  в трехфазное переменное одна из вторичных обмоток трансформатора содержит дополнительно -т- -2,

друга  -т- 3 выводов при нечетном

м ,N и по-J- -2 дополнительных выводов

О

при четном N, которые через ключи переменного тока соединены с общей точкой ключей, .подключенных к крайним выводам указанных обмоток, где N - число элементарных ступеней в полупериоде выходного напр жени .

На фиг.1 представлена схема предлагаемого преобразовател ; на фиг.2 форма напр жений на обмотках трансформатора , временна  диаграмма импульсов управлени  ключами и форма нй тр жени  на нагрузке дл  N 15, на фиг.З - аналогичные диаграммы дл  N 18.

Преобразователь содержит однофазный инвертор 1, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, секции 3-8 вторичных обмоток которого через ключи 9-23 переменного тока соединены с выходными выводами преобразовател  А,В,С В качестве ключей переменного тока могут быть использованы симисторы, встреЧно-параллельно включенные, тиристоры или транзисторы с диодами, транзисторы, включенные в диагонали посто нного тока диодных мостов,

Рассмотрим работу преобразовател при формировании выходного напр жени  с ЧИСЛОМ ступеней в полупериоде N 15 (фиг.2). в этом случае секци  8 и ключ 14 в схеме преобразовател  (фиг.1) отсутствуют.

Устройство работает следующим образом.

Однофазный инвертор 1 работает на частоте в 15 раз превышающей выходную частоту преобразовател  и создает на обмотках трансформатора переменное напр жение, форма которого представлена на фиг, 2о. Управление ключами осуществл етс  импульсами напр жени , диаграмма которых представлена на фиг.25. Причем импульсы, соответствующие графи1ку ич,д подаютс  на ключ Э, графику на ключ 10 и т.д. Дл  получени  выходного напр жени  преобразовател , близкого по форме к синусоидальному , амплитуды его ступеней выбирают из услови  исключени  гармоник , близких к ОСНОВНОЙ. При этом величины напр жений на секци х 3-7 (Uc3 ,U(;4fUoSfUc6 ,UCT) , св заны с амплитудами первой U, второй и, третьей Оз, четвертой 04, п той Uj

ступеней выходных линейных напр жений следующим образом:

4 . V

Sin 12°; U20c u -s1n24 ;

, ,,.u

°; .

где UfTi - амплитуда аппроксимирующей синусоиды, проход щей через середины горизонтальных участков ступеней,.

0 Шестые, седьмые ступени линейных напр жений формируют путем суммировани  напр жений секций 3 - б, т.е. Ufc Ui+ U4 Uc3+ U2+U3 Uc4+ . Полупериод выходного

5 напр жени  можно разбить на 15 равных Интервалов.

На первом интервале замыкают ключи 11, 12, 17, 18, 22 (фиг.26). При этом с помощью ключей 11 и 12 секци 

Q 3 с напр жением U и секци  6 с напр жением и соедин ютс  согласнопоследовательно и к их общей точке через замкнутый ключ 18 подключаетс  выходной вывод фазы А. Замкнутые

ключи 22 и 17 соедин ют выводы (-и) и (+1)4) этих секций с выходными выводами БИС соответственно. В результате формируютс  перва  положительна , шеста  отрицательна  и четверта  положительна  ступени ли нейных напр жений.

На втором интервале измен етс  пол рность напр жений на обмотках трансформатора и вместо ключей 11 и 12 замыкают ключи 9 и 10, которые

5 соедин ют согласно-последовательно секцию 4 с напр жением Ut с секцией 5 с напр жением Оз и к их общей точке через замкнутый ключ 18 подключаетс  вывод фазы А.. Ключи 22 и

0 17 соедин ютвыводы (-U) и ( с . выводами фаз В и С соответственно. При этом формируютс  втора  положительна , седьма  отрицательна  и треть  положительна  ступени линейных напр жений Одц, Ugp, .

На третьем интервале вновь измен етс  пол рность на обмотках трансформатора и замыкают ключи 9, 10, 16, 18 и 2 3. С помощью ключей 9 и

.10 Секции 4 и 5 остаютс  соединенными согласно-последовательно -и к их общей точке через ключ 18 также остаетс  подключен вывод фазы А. Замкнутые ключи 16 и 23 соедин ют выводы (-Uj) и (-Юз) с выходными вы водами фаз В и С соответственно. На выходе преобразовател  формируютс  треть  положительна , седьма  отрицательна  и втора  положительна  ступени напр жений , Ugc/ сл0 На следующих интервалах работа преобразовател  происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управлени  ключами и формой напр жени  на обмотках

5 трансформатора. В результате работы

преобразовател  на его выходе формируетс  трехфазное семиступенчатое с рулевой паузой напр жение, форма которого представлена на фиг. 2В. При соединении нагрузки звездой фазные напр жени  имеют восьмиступенчатую форму без нулевой паузы с равными длительност ми всех ступеней.

На фиг.З представлены диаграммы, аналогичные фиг.2 дл  N 18. В этом случае преобразователь дополнительно содержит секцию 8 и ключ 14, а напр жени  на секци х 3-8 св заны с напр жением ступеней выходного линейного напр жени  следуюиим образом:

Ц,.-п55;

,

в этом случае работа преобразовател  происходит в соответствии с диаграммой импульсов управлени  ключами (фиг.36). Форма выходного линейного напр жени  N 1б представлена на фиг.Зв. Такую же форму имеют фазные напр жени .

Подключение любой ветви схемы с помощбю ключей переменнбго тока -, обеспечивает возможность прохождени  тока в двух направлени х и посто нство разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразовател  при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напр жени .

Предлагаемый преобразователь имеет лучшую форму кривой выходного напр жени , в рассмотренных случа х при N 15 в выходном напр жении присутствуют высшие гармоники с пор дковыми номерами п 29, 31, 59,61 ,..., а коэффициент гармоник этого напр жени  равен К 6,05%. При N 18 в напр жении имеютс  высшие гармоники п 35, 37, 71, 73,..,, а Кг 5,04%. Такое качество напр жени  практически удовлетвор ет требовани м ГОСТа без установки выходных фильтров.

Достоинством предлагаемой схемы преобразовател   вл етс  также то, что она позвол ет значителкно улучшить форму кривой выходного напр жени  без существенного усложнени  схемы. Это обусловлено тем, что базова  часть схемы (прототип) остаетс  неизменной при любом числе ступеней напр жени . При добавлении одного вывода от вторичных обмоток трансформатора и одного ключа переменного тока число ступеней в полупериоде напр жени  увеличиваетс  на три, а номера каждой пары высших гармоник в этом напр жении увеличиваютс  на 61, где i 1,2,3,... .

Увеличива  число выводов обмоток и ; ключей переменного тока, можно сформировать трехфазное напр жение с любым числом ступеней и получить без выходных фильтров практически синусоидальную форму. При этом одна из вторичных обмоток трансформатора

должна содержать дополнительно - -2.

N ,

а друга -г-3 выводов при нечетном

0

-IN

N И ПО -г- -2 дополнительных вывода

при четном Ы,где N - число ступеней в полупериоде выходного напр жени .

Кроме того, предлагаемый преобразователь имеет меньшую массу и

5 габариты за счет повышени  рабочей частоты трансформатора и исключенип выходных фильтров. Из фиг,2а и За следует, что дл  повышени  рабочей частоты трансформатора, т.е, умень0 шени  его массы и-габаритов, целесообразно формировать напр жение с нечетным N. Также обладает более высоким КПД и быстродействием-, жесткой внешней характеристикой, лучшей

5 симметрией выходных напр жений н независимостью их от величины и характера нагрузки за счет исключени  выходных фильтров.Отсутствие пос- « ледних исключает возможные автоколеба0 ни  в. системе преобразователь-нагрузка.

Предлагаемый преобразователь i позвол ет более полно компенсиро™ :Вать реактивную мощность нагрузки. Критический коэффициент мощности

5 нагрузки, до которого происходит полна  компенсаци  реактивной мощности , мину  иоточник посто нного входного напр жени , снижаетс  до cos Ч„.хр 0,105 и или 0,087 при N 18 вместо cos 0,131 вПрототипе.

Claims (1)

1. Авторское свидетельство СССР по за вке 2932848/24-07,

5 кл, Н 02 М 7/48, 1980.

%

ишшиииишилшии,

«9

I п гг а

П П Г-1 1-1

,

I го

f, гг

ГТПП

и,

гр

П П П ПП ПППП nn

П n П П П П П П П П П

rn ri

i-{