Преобразовательное устройство со звеном постоянного тока

/18, 1973.57,Основы преобра Высшая шко С. ик(54) ГРЕОБРАЗОВАТ СТВО СО ЗВЕНОМ ТОКА ЬНОЕ УСТРОЙ ПОСТОЯННОГО ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано при построении устройств гарантированного питания или в электроприводе. Целью изобретения является выравнивание нагрузки между одноименными вентилями инверторов и повышение функциональной надежности.Устройство содержит трехфазные инверторы напряжения 1, 2, выходы которь 1 х подключены к соединенным в звезду первичным обмоткам трансформаторов 3, 4. Вторичные обмотки тр-ров 3, 4 соединены в звезду и треугольник. Основные гармоники ступенчатых кривых напряжений на вторичных обмотках тр-ров 3, 4 оказываются в фазе, тогда как напряжения на выходе вентильных схем инверторов сдвинуты на 30 эл.град. Вследствие синфазности и равенства щ основных гармоник кривых напряжений инверторов их одноименные вентили однаково загружены. 4 ил.табл.Изобретение относится к преобразова. тельной технике и может быть использовано, например, при построении устройств гарантированного питания или в электро- приводе.Цель изобретения - выравнивание нагрузки между одноименными вентилями инверторов и повышение функциональной надежности устройства.На фиг. 1 приведена силовая схема преобразователя; на фиг. 2 - кривые напряжения инверторов и преобразователя; на фиг. 3 - возможная модификация преобразователя; на фиг. 4 - пример схемы инвертора напряжения, входящего в преобразователь.Преобразователь (фиг. 1) содержит трехфазные инверторы 1 и 2 напряжения, выходами а, вь с и аг, вг, сг подключенные к соединенным в звезду первичным обмоткам выходных трансформаторов 3 и 4. Элементы- 4 образуют преобразователь 5, шины питания которого подключены к источнику 6 питания с условно введенной в него нулевой точкой 7. Вторичные обмотки трансформаторов 3 и 4 соединены соответственно по схеме звезда и треугольник и подключены к выходным шинам 8 для подключения к ним нагрузки.На фиг. 2 показаны временные диаграммы выходных напряжений 9 и 10 инверторов 1 и 2 между точками аь аг и точкой 7 соответственно, а также кривые линейного 11 и фазного 12 напряжений на выходе трансформатора 3 (при отключенном инверторе 2), кривые линейного напряжения 13 на выходе инвертора 2 (при отключенном инверторе 1) и общего линейного напряжения 14 преобразователя.Преобразователь (фиг. 3) может содержать трехфазные инверторы 15 - 18 напряжения, аналогичные инверторам 1 и 2 (при. чем инверторы 15 и 7 - ведущие, а инверторы 16 и 18 - ведомые), с выходными трансформаторами 19 и 20. Инвертор содержит основные управляемые вентили 21 - 26 и обратные диоды 27 - 32 Коэффициенты трансформации трансформаторов 3 и 4 или 19 и 20, их мощность и величина напряжения короткого замыкания выбираются одинаковыми. Инверторы 1 и 2, или 15 - 18 также выбираются одинаковыми. Это могут быть как инверторы напряжения с двухпроводным входом (фиг. 4), которым соответствуют кривые фиг. 2, так и инверторы напряжения с трехпроводным входом. Во всех случаях фазовый сдвиг между кривыми напряжений инверторов (так же, как это делается в известных устройствах) устанавливается 30 эл. град. При невыполнении условий по фазовому сдвигу, величине коэффициентов трансформации или напряжений к.з. работоспособность пре 5 1 О 15 20 25 зо 35 40 45 5055 образователя не нарушается, но меняется степень подавления высших гармонических (узлы коммутации на фиг. 4 не пока заны). В частности вентили 21 - 26 могут рассматриваться как полностью управляемые.Рассмотрим работу преобразователя с инвертором (фиг. 4). Пусть потенциальная диаграмма вывода а инвертора соответствует кривой 9 (фиг. 2), Тогда потенциальные диаграммы выводов в и с аналогичны ей, но сдвинуты соответственно на треть и две трети периода, Если моменту запирания вентиля 21 соответствует момент времени 1, то моменты запирания следующих вентилей 22 - 26 соответствуют моментам г - 16 (фиг. 2).Пусть нагрузка инвертора индуктивноактивная с созЛ)0,55 и к рассматриваемому моменту времени в интервале времени- ток проводят вентили 21 - 23. В момент 1 ь когда должен быть изменен знак потенциала вывода а, запирают вентиль 21, а ток этой фазы нагрузки начинает протекать по цепи диода 27. Сразу же после восстановления вентильной прочности вентиля 22 может быть подан отпирающий импульс на вентиль 24 и он начнет проводить ток, как только будет израсходована энергия, накопленная полем нагрузки фазы а. С этого момента времени ток проводят управляемые вентили 22 - 24. В момент 1 г запирают вентиль 22. Ток фазы с нагрузки начинает проводить диод 22 и проводит его до момента, когда не будет израсходована энергия фазы с нагрузки. Сразу же после восстановления вентильной прочности вентиля 22 может быть подан отпирающий импульс на вентиль 25. Этот вентиль вступит в работу вслед за тем, как прекратится ток в диоде 32, Дальнейшая работа вентилей инвертора происходит аналогично рассмотренному.Так как входное напряжение инвертора неизменно, управляемые вентили и диоды инвертора обеспечивают непрерывное протекание тока как согласно с напряжением источника питания, так и встречно ему, то основным свойством инвертора напряжения является независимость формы кривой его напряжения от величины и характера нагрузки (независимость от величины и направления тока нагрузки). Естественно, что это свойство сохраняется и в предлагаемом преобразователе, когда выводы вторичных обмоток трансформаторов инверторов с различными мгновенными значениями кривых напряжений объединены общи. ми выводами (фиг. 1 и 3).Благодаря этому основные гармоники ступенчатых кривых напряжений на вторичных обмотках трансформаторов инверторов оказываются в фазе, тогда как напряжения на выходе вентильных схем инверторов, как и у известного устройства, сдвинуты на 30 эл,Гармоника 29 19 17 0,0012 0,001 0,028 0,035 0,2 0,4 Фордсула изобретения град. Вследствие синфазности и равенства основных гармоник кривых напряжений инверторов их одноименные вентили одинаково загружены. Поэтому кривые 9 - 13 (фиг. 2) не меняют своего вида от того, есть ли у инверторов 1 и 2 общие шины 8, связывающие их трансформаторы 3 и 4, или нет.Разница мгновенных значений упомянутых кривых напряжений вызывает протекание между трансформаторами 3 и 4 уравнительных токов. При равенстве их реактан сов (равенстве напряжений короткого замыкания - 1) общее линейное напряжение 14 на шинах 8 оказывается равным полу- сумме мгновенных значений напряжений 11 и 13.Уравнительный ток, содержащий только высшие гармонические, оказывается незначительным и не превосходит тех значений, которые имеют уравнительные токи высцих гармонических инверторов, при улучДействующее значение тока трансформатора в относительных единицах с учетом токов высших гармонических - 1 - 1"1 св данном слу е оказывается равным/1+С учетом активной составляющей импеданса трансформатора и эффекта вы 35 теснения тока с ростом его частоты снижение токов 1 с ростом и идет еше быстрее, чем это следует из приведенной формулы. Преобразователь (фиг. 3) содержит два 40 преобразователя, аналогичных рассмотренному. Разница состоит в том, что инверторы, входящие в состав каждого преобразвателя, здесь могут управляться с произвольным фазовым сдвигом, а первичные обмотки трансформаторов включены между 45 выходными выводами инверторов 15, 16 и 17, 18. При сдвиге моментов подачи отпирающих импульсов и сдвиге моментов запирания между парами инверторов в 30 эл. град. получаем на общих шинах подавление гармоник с порядковым номером и = = 6 К+1, где К = 1, 3, 5 Поскольку при этом угол фазового сдвига между ведущим и ведомым инвертором в каждой паре может устанавливаться произвольно, получаем устройство с регулируемым напряжением, в котором при любом уровне выходного напряжения подавлены все названные гармоники. цсении их формы кривой путем цодкл,ссния фильтров,или в относительных единицах где, 1 п -- соответственно токи цсрцсй и п-й гармоник;1 - напряжение к.з. трансформ;тора, Х - суммарное реактивное соцрсц пиление одной фазы транс форма- тора;. - напряжение и-Й гармсшцкц.В таблице приведены значения урцшсцтельных токов 5, 7, 7, 9, 29 ц 31 гармсшцк для кривых фиг. 2 в относительных сдццццах при 1 с=0,. Г 1 ри одинаковом сдвиге отццракцсц импульсов между ицверторамц каждой ц;сры (между инверторамц 15 ц 6, а также мсжду инверторами 7 ц 181 в 65 эл. гр д. дополнительно оказываотся поданлацц,мц ц 7,5 раз 11 и 3-я гармоники. Мцо осгс цсчц чатая кривая выходного напряжения тсгс преобразователя оказывается иакти сс с кц синусоидальной. Преобразовательное устройство со зцсном постоянного тока, содержасцее два трсхфазных инвертора напряжения ц два трех. фазных трансформатора, причем их первичные илц вторичные обмотки сосдццсцы по одинаковой схеме, например звезда цлц треугольник, а также систему управления, обеспечивающую фазовый сдвиг трехфазцых систем напряжения этих ицвертороц и угол тс/6, отли.ающееея тем, что, с цельк выравнивания нагрузки между одноименными вентилями инверторов ц повышения фуцкццс- нальной надежности устройства, нтсричцыс или первичные обмотки упомянутых трансформаторов соединены цо разинсс схемам у одного трансформатора цо схеме зцсздц, а у другого - треугольник, коцссы вторичных обмоток трансформаторов цсс 1 азс ш.сключены к трем выводам переменного тока преобразовательного устройства.Г.,МыцыкКорректор Поднисное комитета СССРи открытийшская наб., д. 4/5од, ул. Проектная,