Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

970607 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоцнапистнческикРеспублик(22) Заявлено 010481 (21) 3269565/24-07 311 М. Кл.з Н 02 М 7/48 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель ский институт Красноярский политехн(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ2 25 30 Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания для преобразования постоянного напряжения в переленное со ступенчатой близкой к синусоидальной формой кривой.Известен преобразователь постоянного напряжения в й-ступенчатое переменное с промежуточным звеном высокой частоты, содержащий однофазный инвертор, выход которого соединен с первичной обмоткой согласующего высокочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена со средним выводом и отпайками. Выходные выводы преобразователя образованы средним выводом вторичной обмотки трансформатора и точкой объединения одних силовых концов управляемых ключей, а другие силовые концы этих ключей соединены с й выводами вторичной обмотки трансформатора .(где й - число ступеней напряжения на четверти периода). Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора относительно выходного вывода равны амплитудам ступеней формируемого напряжения. Подключая поочередно эти секции.к выходным выводам преобразователя формируют на выхода однофазное й-ступенчатое напряжение.Трехфазный преобразователь может быть построен путем подключения к выходным выводам трансформатора двух дополнительных коммутаторов, аналогичных имеющемуся. При этом число управляемых ключей увеличивается в три 0 раза 1Недостатком данного устройствав случае формирования трехфазного напряжениЯ является сложность схемы, обусловленная больщим числом управляемых ключей.5 Известентакже преобразователь пос тоянного напряжения в трехфазное переменное, который содержит однофазный инвертор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, концы трех последовательно соединенных обмоток которого подключены к каждому из трех выходных выводов преобразователя через управляемые ключи переленного тока. Напряжения на крайних обмотках равны амплитуде первой, а на средней обмотке - амплитуде второй ступени выходного линейного напряжениЯ преобразователя, В зависимости от полярности напряжений на обмотках выходные выводы преобразо 970607вателя подключают к средней и одной 1 .из крайних обмоток. В результате на выходе формируется трехфазное трехступенчатое напряжение (2.Недостатком такого преобразовате" ля также является большое число уп равляемых ключей переменного тока.Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности преобраэователь постоянного напряжения в трехфазное переменное с амплитудно-им пульсной модуляцией, содержащий одно" фазный инвертор высокой частоты, выходом нагруженный на первичную обмотку согласующего высокочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого. выполнена с отпайками, расположенными симметрично относительно среднего вывода, образующего, один выходной вывод преобразователя. Крайние и промежуточные выводы соединеныо через управляемые ключи переменного тока с двумя другими выходными выводами преобразователя. Напряжения на секциях вторичной обмотки трансФорматора относительно среднего вывода равны соответственно амплитудам ступеней линейного напряжения. Подключая в определенной последовательности промежуточные-,выводы вторичной обмотки трансформатора к выходным выводам преобразователя, формируют два ступенчатых линейных напряжения, что достаточно для получения трехфазной системы напряжений 31.Недостатком известного решения35является сложность схемы преобазователя, обусловленная большим числомключей переменного тока, включенных на вторичной .стороне трансформатора, и связанные с этим понижение надежности, усложнение системы управления 40и устройства принудительной коммутации при использовании тиристорныхключей либо дополнительное увеличениечисла полупроводниковых приборов прииспользовании транзисторных ключей.Цель изобретения в , упрощение преобразователя и повышение его надежностиПоставленная цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий основной однофазный инвертор с выходным трансформатором,.средняя точка вторичной обмотки которого образует один выходной вывод преобразователя, а крайние выводы трансформатора через первый и второй управляемые ключи переменного тока подклвчены к двум его другим выходным выводам, .третий и четвертый уп равляемые ключи переменного тока, введен дополнительный однофазный инвертор с двумя выходными обмотками выходного трансформатора, которые одним иэ выводов подключены к выво дам от средних точек полуобмоток вторичной обмотки трансформатора основного инвертора, а другие выводы через третий и четвертый управляемые ключи переменного тока - к соответствующему выходному выводу противоположного плеча, при этом число витков одной секции вторичной обмотки основного трансформатора и вторичной обмотки дополнительного трансформатора выбирают из соотношения 2:1.На фиг. 1 показана схема преобразователя; на Фиг, 2 - Формы напряжений на обмотках основного и допол,нительного трансформаторов, времен-, ная диаграмма импульсов управлейия ключами и форма напряжения на нагруз. ке. Преобразователь содержит основной однофазный.инвертор 1, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, выводы секций 3-6 его вторичной обмотки через ключи переменного тока 7-10 и вторичные обмотки 11 и 12 дополнительного трансформатора 13, включен- ного на выходе дополнительного одно- Фаэного инвертора 14, соединены с выходнымивыводами преобразователя А, В и С, В качестве ключей пЕременного тока могут быть использованы симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры и транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.Устройство работает следующим образом.Однофазные инверторы 1 и 14 работают на частотах, .превышающих соответственно выходную частоту преобразователя в три и девять раз и создают на обмотках трансформаторов 2 и13 переменные напряжения, формы которых представлены на фиг. 2 а. Управление ключами 7-10 осуществляется импульсами напряжения, диаграммакоторых представлена на фиг. 2 б.Причем импульсы соответствующие графику 7 подаются на ключ 7, графику 8 - на ключ 8 и т.д. Выходноелинейное напряжение преобразователя,представленное на фиг. 2 в, имеетравноступенчатую форму, а длительность средней (четвертой ) ступениравна Л/3. Для получения выходногонапряжения преорраэователя с такимипараметрами ступеней напряжения на,секциях 3-6 вторичной обмотки основного трансформатора (О - Ось ) должны быть равны амплитуде второй ступени (О ) выходного линейного напряжения преобразователя,О О, О = Ось = Оа напряжения на вторичных обмотках 11и 12 дополнительного трансформатора 13 должны быть равны амплитудепервой ступени (О ) выходного напряженияОоб л 1 Ооб лСледовательно, отношение чисел витков одной секции вторичной обмотки основного трансформатора и вторичной обмотки дополнительного трансформатора должно выбираться из соотношения 2:1. При этом амплитуда ступеней выходного напряжейия отнесятся между собой 30Ол . О. Оз. О, " 1:2:3 4Укаэанные соотношения амплитуд ступеней и напряжений на секциях и вторичных обмотках трансформаторов позволяют осуществить следующий принцип формирования выходного напряжения: первые ступени линейных напря-, жений получают путем вычитания напряжений одной из секций 3-6 и одной из вторичных обмоток 11 и 12 дополни тельного трансформатора, а третьи ступени - путем суммирования этих напряжений, Вторые ступени формируют при отсутствии напряжений на обмотках дополнительного трансформа тора путем подключения одной из секций .3-6 к выходным выводам преобразователя. Четвертые ступени получают как сумму напряжений двух смежных секций 3 и 4 или 5 и 6. Период 30 выходного напряжения преобразователя можно разбить на 18 равных интервалов. На первых трех интервалах замыкают ключи 9 и 10.На првом интервале.к выходным 35 выводам А и В прикладываются разность напряжений секции 5 и обмотки 12, к выводам В и С - сумму напряжений секций 5 и б, к выводам С и А - сумму напряжений секции б и обмотки 12. В результате формируются первая положительная, четвертая отрицательная и третья положительная ступени линейных напряжений Оэ, ОВС Ф ОСА соответственноНа втором, интервале исчезапт напряжения на обмотках 11 и 12 трансформатора 13, поэтрму напряжения Од и Од становятся равными О 1, а напряжение Обостается прежним.1 50На.третьем интервале меняется полярность напряжений на обмотках 11 и 12 дополнительного трансформатора. К выводам Л и В прикладывается сумма напряжений секции 5 и обмотка 12, к выводам В и С - сумма напряжений секций 5 и б, к выводам С и Л - разность напряжений секции б и обмотки 12. При этом формируются третья положительная,.четвертая отрицательная и первая положительная. ступени напряжений Уб, Оэ, ОСАНа следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления ключа- Ь 5 ми и Формами напряжений на обмоткахтрансформаторов. В результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное четырехступенчатое напряжение, Форма которого представлена на фиг. 2 в. Коэффициент гармоник этого напряжения К= 11;9.Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает воэможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.Устройство, выполненное по изобретению содержит значительно. меньшее число ключей переменного тока. Если с помощью прототипа формировать. четырехступенчатое напряжение, то потребуется 16 ключей переменного тока, включенных на вторичной сторо- не трансформатора, т.е. в 4 раза больше, чем в предлагаемом преобразователе, а большое число ключей .приводит к усложнению системы управления преобразователем, а также к усложнению устройства коммутации в случае применения тиристорных ключей либо к необходимости включения значительного числа дополнительно диодов при использовании транзисторных.ключей. Кроме того, большое число коммутаций ключей обусловливает увеличение коммутационных потерь мощности и понижение коэффициента полезного действия преобразователя.формула изобретенияПреобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащии основной однофазный инвертор с выходным трансформатором, средняя точка вторичной обмотки которого образует один выходной вывод преобразователя, а крайние выводы трансформатора через первый и второй . управляемые ключи переменного тока подключены к двум его другим выходным выводам, третий и четвертый управляемые ключи переменного тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, введен дополнительный однофазный инвертор с двумя выходными обмотками выходного трансформатора, которые одним из выводов подключены к отводам от средних точек полуоб-моток вторичной обмотки трансформатора основного инвертора, а другие выводы через третий и четвертый управляемые ключи переменнОго токак соответствующему выходному выводу, 7 противополозного плеча, при этомчисло витков одной секции вторичнойобмотки основного трансформатора ивторичной обмотки допблнительноготрансформатора выбирают из соотношения 2:1,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 9706071. Авторское свидетельство СССР .У 688970, кл. Н 02 М 7/48, 1976.:2. Авторское свидетельство СССРдак Заказ 84 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,72 Тираж 7 ЭНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Иосква, Ж, Р Подписноомитета СССРткрытийушская наб., д: 4/5