Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

2) Авторы изобретения рь ф-ЕОН)1"1 ПАТЕНТБО-ф)Ц технИЧЛа(АЯБИБЛИОТЕКА М. Азаро А.В. Чуб.И. Иванчу расноярский политехнический институт 7) ЗаявитСТОЯННОГО НАПРЯНЕНИЕРЕМЕННОЕ е,раис 1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и электропри вода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение ступенчатой квазисинусоидальной формы.По основному авт, св. Н 868953 известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменно содержащий однофазный инвертор, т форматор, первичная обмотка которого соединена с выходом инвертора, а вторичные через ключи переменного. токас выходными выводами преобразователя, в каждой фазе включены две встречно- параллельно связанные между собой вторичные обмотки, причем одна из этих обмоток выполнена с промежуточным отводом, одни концы пары обмоток каждой фазы вместе с промежуточным отводом одной из ее обмоток подключены к соответствующему выходному ФазнО му выводу преобразователя через клю 2чи переменного тока, а другие концы пар обмоток каждой из фаз подключе" ны к соответствующему соседнему выходному фазному выводу преобразова" теля непосредственно. Выходное линей ное напряжение имеет пятиступенчатуюформу, Первые три ступени формируют путем подключения к выходным вЫводам преобразователя секций вторичных об-, моток, напряжения,на которых равны соответственно амплитудам этих сту- пеней, а четвертые и пятые ступени формируют путем суммирования напряже" ний секций двух фаз 1,11Недостатком данного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, в кото;рой содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами и = 17,19,35,37.20а коэффициент гармоник этого напряжения 10,1. Это приводит к увели,чению потерь мощности в потребителе и необходимости установки выходных ,фильтров, которые увеличивают массу3 964917зователя, ухудшают ставлена на Фиг. 2 ). Причем, име системы преоб- пульсы, соответствующие графику 8, а, симметрию выход" подаются на ключ 8, графику 9 " на сткость внешней ключ 9 и т.д. Для получения выходно"го напряжения преобразователя, близя " улучшение спекг. кого по форме к синусоидальному, -ступенчатой Формы, амплитуды его ступеней выбирают иэ апряжения, где й - условия исключения гармоник, близких олупериоде выход- . к основной. При этом одна из вторичричем все дополни в ных обмоток трансформатора каждой Фаез ключи перемен- зы, например, содержащая секции 3, ы выходным выводом 5, 7, участвует в формировании неазователячетных ступеней линейного напряжения ль достигается тем, на интервалах 0 - 7 г/3, 2 Ж/3 - Гс кажеле пострянного 1 з дого полупериода, а другие обмотки азное переменное фаз, содержащие секции 4 и 6 - в форобмоток каждой. Фа- мировании нечетных ступеней линейного ительно й/6-2, напряжения на этих же интервалах.одов при четном й Дпя й = 15 - фиг, 2. Напряжения ри нечетном й, где рр на секциях 3-7 (Цс) связаны с в полупериоде вы- амплитудами ступеней выходного линей- Упричем все допол- ного напряжения (О -0 ) следующим об 1 5е ез ключи перемен- разомОс 4 Ос 5 - Ощ б и ( 1-0 О О.=О Чд(7890).Я О +О О = Ойп (ЭТ(ЗО) =О 35где 0 - амплитуда аппроксимирующейсинусоиды, проходящей через серединыгоризонтальных участков ступеней(йи габариты преобраКПД, быстродействиразователь"нагрузкных напряжений, жехарактеристикиЦель иэобретенирального состава й., кривой выходного нчисло ступеней в иного напряжения, ительные отводы черного тока соединенданной Фазы преобрПоставленная цечто в преобразоватнапряжения в трехфодна из вторичных,зы содержит дополна другая й/6-1 отви по йотводов иМ - число ступенейходного напряжениянительные отводы ч рного тока соединены с выходным выводом данной Фазы преобразователя.На фиг. 1 представлена схема преобразователя; на фиг. 2 - Формы напряжений на обмотках трансформатора,овременная диаграмма иМпульсов управления ключами и форма напряжения нанагрузке для й15,Трехфазный преобразователь содержит однофазный инвертор 1, выход которого соединен с первичной обмоткой.трансформатора 2, секции 3-7 вторичных обмоток которого через ключи 8-22переменного тока соединены с выходными выводами преобразователя А, В, С.В качестве ключей переменного тока. могут быть использованы симисторы,встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с диодами, транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.Рассматривается работа преобразователя на акТивно-индуктивную нагрузку при формировании выходного линейного .напряжения с числом ступеней вполупериоде й = 15 (фиг.2).Устройство работает следующим образом, .Однофаэный инвертор 1 работает начастоте, в 15 раз превышающей выходную частоту преобразователя, и создает на обмотках трансформатора пере"менное напряжение, форма которогопредставлена на фиг. 2(0). Управление ключами осуществляется импульсаминапряжения, диаграмма которых предВ общем случае при любом нечетном й для получения синусоидального закона изменения амплитуд .ступеней числа витков секций первой и второй обмоток каждой фазы (Ч, Ч ), отсчитанные относительно одного из их крайних выводов, должны быть связаны соответственно с общими числами витков каждой иэ обмоток (Ч 1, Ч) соотношениями;ю964917 1"=1,2,3.,;-, - - для второй об"й мотки,а при четном й эти соотношения имеют;вид фее.ф 6 1 = 1,2,3 ю(+ -)й6 Якаждого по пряжения Форания напряжени например для мые и восьмыеформируют сл СЩЬ) С 78) СЗ(С) 6 (АВ)5 4 с) 4+ ц(ю (18(АВ) =1.=20 ьгде й 6(АВ с)+ 7(АВ), В(А амплитуды шестои,седьмой и вось 3мой ступеней линейного напряжения;- напряжения насекциях с третьей по седьмуюфазы В;напряжения насекциях 3, 4, 5фазы С..Ф Ж йчи( -- - И На интервалах - - -я 1Элупериода линейные намируют путем суммировсекций 3-7 двух Фаз,й = 15 - шестые,.седьступени напряжения Одующим образом Полупериод выходного нап преобразователя можно разби равных интервалов.На первом интервале замыкают клю чи 8 и 22 (фиг. 2,Е), Секция 3 фазы с напряжением О через ключ 8 и сек ции 3, 4, 5 фазы С собщим напряжением О церез ключ 22 подключается к выходным выводам преобразователя А и В, С и А соответственно. В результате формируются первая положительная, шестая отрицательная и пят положительная ступени линейных напр жений Од, Ос, Осд. На втором интервале изменяется полярность напряжений на обмотках "трансформатора 2, замыкают ключи 9и 21, и к тем же выходным выводам3 преобразователя подключаются соответственно секция 4 фазы А с напряжением О через ключ 9 и секции 2и 4 фазы С с общим напряжением Очерез ключ 21. При атом формируются .16 вторая положительная, седьмая отрицательная и четвертая положительнаяступени напряжений ОА, ОС, О.А.На третьем интервале вновь меня-.ется полярность напряжений на обмот 15 ках трансформатора, замыкают ключи10 и 20. Секции 3 и 5 Фазы А с общимнапряжением Оз через ключ 10 подключаются к выходным выводам А и В, асекции 3 и 5 фазы С через ключ 2020 также с общим напряжением О - к выЭводам С и А. 8 результате формируются третья положительная, восьмаяотрицательная и третья положительнаяступени напряжений ОАВ, ЦсОСА - 23 На следующих интервалах работапреобразователя происходит аналогично в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами. В результате работы преобразователя на егоЗф выходе формируется трехфазное восьмиступенчатое напряжение (Фиг. 2,8).При соединении нагрузки звездой, фазные напряжения имеют семиступенчатуюФорму с нулевой паузой и двойной длительностью средней ступени.Подключение любой ветви схемы спомощью ключей переменного тока обеспечивает возможность его прохожденияв двух направлениях и постоянство разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливаетработоспособность преобразователяпри любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной Формой кривойвыходного напряжения.Предлагаемый преобразователь посравнению с прототипом имеет лучшийспектральный состав формы кривой вы"ходного напряжения. В рассмотренномслучае при й = 15 в выходном напря- Ю.жении присутствуют высшие гармоникис порядковыми номерами и = 29, 31,59,61, а коэффициент гармоник это"го напряжения равен К = 6,053. Достоинством предлагаемой схемы преоб-.разователя является также то, что я она позволяет значительно улучшить.Форму кривой выходного напряжениябез существенного усложнения схемы7 96491 При добавлении в каждой фазе преобразователя одного отвода от одной из вторичных обмоток трансформатора и одного ключа переменного тока число ступеней в полупериоде увеличивается на три, а номера каждой пары высшихф гармоник, присутствующих в этом напряжении увеличиваются на 61, где 1щ 1,2,3, " номер пары гармоник. Увеличивая число выводов обмоток,. 10 можно сформировать трехфазное напряжение с большим чисюм ступеней и получить без выходных фильтров практически синусоидальную форму.При этом уменьшается масса и га з бариты за счет повышения рабочей частоты трансформатора и исключения выходных фильтров, повышается КПД и быстродействие, улучшается симмет" рия выходных напряжений и независи- щ мастью их от величины и характера нагрузки за счет исключения выходных фильтров. Отсутствие последних ,исключает также возможные автоколебания в.системе преобразователь-на- уогрузка. Кроме этого, более полно компенсируется реактивная мощность нагрузкиКритический коэффициент мощности нагрузки; до которого происходит полная компенсация реактивной 7 8мощности, минуя источник постоянноговходного напряжения, снижается досовР = 0,105 при й15 вместосовр = 0,175 в прототипе. Придальнейшем увеличении й коэффициентсозФг стремится к нулю.формула изобретенияПреобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное ло авт. св. И 868953, о т л и ч а ю щ и й с я тем, чВ, с целью улучшения спектрального состава Й"ступенчатой формы кривой выходного напряжения, одна из вторичных обмоток каждой фазы содержит дополнительно Й/6 - 2, а другая М/б - 1 отводов при четном.й и по "б отводов при нечетном й, где М " число ступеней вполупериоде.выходного напряжения, причем все дополнительные отводы через ключи переменного тока соединены с выходным выводом данной фазы преобразователя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 868953, кл. Н 02 М 7/48, 1979.964917 Фиг 2 ставитель В. Моихред Т.ФантаРедактор Е. н Корректор М. Демци тт еее те тета ае Заказ 7684/42 сноеСРе т ет т а е т е аа е илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4а г 13 1Тираж ВНИИПИ Го ио дела 3035, Мос21ударственного к изобретений и а, Ж, Раушсе тете Подпмитета Сткрытийая наб.,