Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. свид-ву22) Заявлено 190280. (21) 2885181/24-07 (51) М. Кл. с присоединением заявки йо(23) Приоритет -Н 02 М 7/48 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий) Заявител Красноярский политехнический инстит) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ В КВАЗИСИНУСОИДА СТОЯННОГО НАПРЯЖЕНЬНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ Недоста теля являе трансформа соидальная напряжения процент вы преобразов использовани кции, несинуй выходного значительный К,ком таког ся неполн ора по ин форма соде рх ших га крив аща рмон 0 Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное со ступенчатой, близкой к синусоидальной формой кривой.Известен однофазный преобразователь с промежуточным звеном повышенной частоты и с трехступенчатой формой кривой выходного напряжения. Он содержит однофазный инвертор с выходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку с двумя промежуточными выводами. Три вывода этой обмотки соединены с одним выходным выводом преобразователя через ключи пере менного тока, а четвертый вывод, являющийся промежуточным - непосредст" венно с другим выходным выводом преобразователя. Напряжения на секциях обмотки трансформатора относительно выходного вывода преобразователя рав ны соответственно амплитудам первОй, второй и третьей ступеней формируемого напряжения. Подключая поочередно с помощью ключей переменного тока эти секции к выходным выводам преоб- ,разователя, формируют на нагрузке трехступенчатое напряжение 1. ИзвестЕн также однофазный инвер- . тор со ступенчатой, близкой к синусоидальной формой кривой выходного напряжения. Он содержит основной инвертирующий мост с бестрансформа= торным выходом и дополнительный мост, на выходе которого включены один или несколько вольтодобавочных трансформаторов, вторичные обмотки которых включены в выходную цепь основного моста через пары встречно-параллельно соединенных управляемых вентилей. С помощью этих вентилей напряжения вторичных обмоток трансформаторов, работающих на повышенных частотах, суммируются или, вычитаются из выходного напряжения основного моста; в результате чего формируется многоступенчатая кривая 2 .Недостатком данного решения является сложность схемы инвертора, обусловленная большим числом управляемых ключей.Известен также однофазный преобразователь постоянного напряжения в Я-ступенчатое переменное с промежуточным звеном высокой частоты, содержащий инвертор с выходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку с отпайками. Выходные выводы преобразователя образованы одним из промежуточных выводов ключей переменного тока, а другие силовые концы этих ключей соединены с й выводами вторичной обмотки трансформатора, где Й-число ступеней напряжения на четверти периода выходного напряжения преобразователя. Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора относительно выходного вывода равны 15 амплитудам ступеней формируемого напряжения. Подключая поочередно с помощью ключей переменного тока эти секции к выходным выводам преобразователя, формируют на нагрузке од О нофазное К -ступенчатое напряжение )3).Недостатком данного преобразователя является сложность схемы, обусловленная большим числом ключей переменного тока и отпаек вторичной обмотки трансформатора, повышенные напряжения на ключах, что приводит к увеличению их установленной мощности и снижает надежность преобразователя.ЗО Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь, содержащий основной инвертор, нагруженный на первйчную обмотку трансформатора, вторичная обмотка которого имеет отпайку, образующую один выходной вывод преобразователя, а концами подсоединена .к одним выводам полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, и 40 вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомогательного трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена со средней точкой, образующей второй выход ной вывод преобразователя, другие концы этой обмотки подсоединены. к другим выводам упомянутых полностью управляемых ключей, а упомянутаяотпайка вторичной обмотки делит ее по числу витков на неравные части.В результате суммирования напряжений вторичных обмоток трансформаторов, имеющих разную форму и амплитуду, на нагрузке формируется трехступенчатое напряжение (4).Недостатком такого преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, содержащая значительный процент высших гармоник. В напряжении содержатся гар-бо моники с порядковыми номерами п=11, 13,23,25 с амплитудами А 1= АИ, где А 4 - амплитуда первой гармоники а коэффициент гармоник этого напряжения равен К:15,2. 65 Цель изобретения - улучшение фор мы кривой выходного напряжения преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в известном преобраэовате- лЕ постоянного напряжения в квазиси" нусоидальное переменное, содержащем основной инвертор, нагруженный на первичную обмотку основного трансформатора, вторичная обмотка которого имеет отпайку, делящую зту обмотку по числу витков на неравные части и образующую один выходной вывод преобразователя, а концами подсоединена к одним выводам полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, и вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомога-. тельного трансформатора, концы вторичной обмотки которого соединены с другими выводами упомянутых полностью управляемых ключей, а промежуточная отпайка этой обмотки образует второй выходной вывод преобразователя, чис- ла витков частей вторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов, разделенных отпайками, выбирают из соотношений 1:2 и (213-3:2-. ГЗ) соответственно.На фиг,1 представлена схема предлагаемого преобразователя, на фиг.2 диаграммы импульсов управления ключами, Формы напряжений на обмотках основного и вспомогательного трансФорматоров и на нагрузке; на фиг.З диаграммы напряжений, поясняющие фоомирование выхопного напряжения.Преобоазователь содержит основной инвертор 1, выход которого соединен с трансформатором 2, Части (или секции) 3 и 4 вторичной обмотки этого трансформатора через ключи 5 и б переменного тока соединены соответственно с секциями 7 и 8 вторичной обмотки трансформатора 9, первичная обмотка которого соединена с вспомогательным инвертором 10. К промежуточным отпайкам вторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов, образуюших выходные выводы поеобразователя, подключена нагрузка 11. В качестве ключей переменного тока могут использоваться также встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с диодами.Устройство работает следующим образом.Управление ключами 5 и б преобразователя осуществляется импульсами тока (1,1) (фиг.2 а), причем импульсы, соответствующие графику 5, подаются на ключ 5, графику б - на ключ б. Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают так, чтобы напряжение на нагрузке (фиг.2 Д, можно было представить как сумму двух трехступенlчатых напряжений О О, сдвинутых3 Груг относительно друга на 15 эл.град (фиг.З), амплитуды ступеней 01,. О, 05 из которых найдены из условия исключения гармоник, близких к основной и (оо(ветственно равны О(, 02= =01(1+БАГЗ), 03=04 (2+ (3) . В каждом из таких напряженйй присутствуют высшие гармоники с порядковыми номерами К= =11, 13, 23, 25, 35,37 и амплитудами Д= А 1 И,где А,( - амплитуда1первой гармоники напряжений О( и О. Поскольку напряжение на нагрузке является суммой этих напряжений, то в нем содержатся гармоники с теми же порядковыми номерами, но со значительно меньшими амплитудами (из-за сдвига между напряжениями О и 15О ); Из фиг.22 и фиг.З следует, что амплитуды ступеней выходного напряжения, найденные через амплитуды сту( (пеней напряжений О( и О , равны 0= =И 02 Н =04+ Ог 01 (2+13), ОЗН=202=20 Щ (1+3) ( ОФн =О (Оэ=ОА (3+2 ГЗ) 1 Он =.20 =20(2+(З), где Ов02 нОзи 04 И, 0 - амплитуды ступеней выходного напряжения преобразователя с первой по пятую соответственно. 25Для получения напряжения на нагрузке с указанными амплитудами ступеней напряжения на секциях 3, 4, 7, 8 вторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов должны быть соответственно равны О =О (2+(5),. О=О =204 (2+1 ГЗ), О. =О -О =30, ОВС=О -ОаН=04Рассмотрим работу схемы на активно-индуктивную нагрузку. Полупериод выходного напряжения можно разбить на дценадцать равных интервалов.На первом интервале замыкается ключ 5, а напряжение на первичных обмотках обоих трансформаторов (От, Отр 9) Равны нулю (фиг.2 д,4) .Еслй пре небречь активными сопротивлениями вторичных обмоток трансформаторов. и ключа 5, то можно считать, что нагрузка замкнута накоротко и ток в ней поддерживается за счет реактивной мощности, запасенной в предыдущий полупериод. В результате формируется нулевая ступень выходного напряжения.На втором интервале ключ 5 остается замкнут, а на секциях 3 и 7 обмоток трансформаторов появляются напряжения, величины которых соответственно равны ОЗС=О 2+7) .и О.,С =03 В результате вычитания этих напряжений на нагрузке формируется первая ступень напряжения, амлитуда которой равнаОГАН =ОЭс 07 с=о (2+(ГЗ) - ОВГЗ=20Третий ийтервал отличается от вто рого тем, что исчезает напряжение на секции 7 (фиг.24 ) и на выходе форми-.Щ руется вторая ступень напряжения, амплитуда которой равна величине напряжения на секции 3 О(н =ОЭс=О (2+13).Четвертый интвервал отличается от третьего тем, что меняется полярность 65 напряжений на обмотках трансформатора9 и вновь появляется напряжение насекции 7. В результате суммированиянапряжений секций 3 и 7,на нагрузкеформируется третья ступень напряжения: О =О + О =О, (2+3).+ 0.3=20(1+На пятом интервале замыкается ключб, меняется полярность напряжений наобмотках трансформатора 2, а полярность напряжения на секции 8 остаетсяпрежней. В результате вычитания напряжений секций 4 и 8 на нагрузке формируется четвертая ступень напряжения с амплитудой ОН =04 с -08 с=204(2+БАГЗ)-О = О (3+2 )(3).Интервалы б-й, 7-й, 8-й отличаются от пятого тем,.что исчезает напряжение на секции 8 и на нагрузке формируется пятая ступень напряжения,равная величине напряжения на секции 4: Ои =О =204 (2+ГЗ)Интервалы с 9-го по 12-йаналогичны интервалам с 5-го по 2-й соот-ветственно. Второй полупериод выход-.ного напряжения формируют подобноописанному в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами иформами напряжений на обмотках трансформаторов 2 и 9. В результате работы преобразователя на его выходеформируется пятиступенчатое напряжение, форма которого представлена нафиг. 2(2.Подключение любой ветви схемы спомощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разности потенциалов на нагрузкев течение каждого интервала. Этообуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте .мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.Предлагаемый преобразователь имеет значительно лучшую форму выходного напряжения, чем напряжение известного преобразователя.Расчеты показывают, что коэффициент гармоник выходного напряжения предлагаемого преобразователяравен К 2(7(8, против 15,2 в известном преобразователе. Это обуславливает лучшие массогабаритные показатели выходных фильтров и лучшие динамические показатели предлагаемогопреобразователя.Если принять число витков секции3 за единицу, то из вышеизложенногоследует, что пятиступенчатую формунапряжения на нагрузке (фиг.2 фможно .получить, если отношение чйселвитков секций 3, 4, 7, 8, будет рав): ( 2(3,Формула изобретенияПреобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное, содержащий основной инвертор, нагруженный на первичную обмотку основного трансформатора, вторичная обмотка которого имеет отпайку,делящую эту обмотку по числу витковна неравные части и образующую одинвыходной вывод преобразователя, аконцами подсоединена к одним выводамполностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, и вспомогательный инвертор, нагруженный напервичную обмотку вспомогательноготрансформатора, концы вторичной обмотки которого соединены с другимивыводами упомянутых полностью управляемых ключей, а промежуточная отпайка этой обмотки образует второй выходной вывод преобразователя, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения, числа витков частейвторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов, разделенных отпайками, выбирают из соотношений 1;2 и ( 23-3):( 2-Г) соответственно. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 О1.Лекоргийе (, управляемые электрические вентили и их применение.М., "Энергия", 1977, с.399,2. Авторское свидетельство СССРР 449425, кл, Н 02 М 5/42, 1971,3. Авторское свидетельство СССР15 М 688970, кл. Н 02 М 7/48, 1976.4. Авторское свидетельство СССРУ 680124, кл. Н 02 М 7/48, 1977.877747 и,Составитель Г.МыцыкРедактор С.ТараненкоТехред А.Ач Корректор М.Демчи 637/83 ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва, Зак Тираж 733 Подпвенного комитета СССРетений и открытийЖ, Раушская наб., д,4 исно Юфилиал ППП "Патентф, г.ужгород, ул,Проектная,4