Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеслублик щ 980235(22) Заявлено 2301,81 (21) 3238272/24-07с присоединением заявки МВ(23) ПриоритетОпубликовано 07.12,82. Бюллетень Мо 45Дата опубликования описания 071282 Р 1 М К з Н 02 М 7/48 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийА, М. Аз аров Красноярский политехнический институт(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПООСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ 1 О 15 20 25 Изобретение относится к преобразовательной технике, может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное По основному авт.св. Р 917283 ,описан преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий однофазный инвертор, выходом подключенный к первичной об" мотке трансформатора с одной вторичной обмоткой с промежуточным отводом и три группы ключей, которые одними своими концами подключены к каждому иэ выходных выводов преобразователя, а другим - по три в группе объединены в три общие точки, причем общая точка ключей первой группы подсоединена к упомянутому промежуточ)ому отводу, а общие точки двух других. групп ключей связаны с концами вторичной обмотки, трансформатор снабжен другой вторичной обмоткой с промежуточным отводом, который подключен к общей точке соединения ключей второй группы, а концы обеих вторичных обмоток через введенные дополнительные ключи соединены с об. щей точкой соединения ключей третьей группы.Выходное трехфазное напряжение преобразователя имеет шестиступенчатую форму, Первые четыре ступени формируют путем подключения к выход ным выводам секций вторичных обмоток, напряжения на которых равны соответственно амплитудам этих ступеней, а пятые и шестые ступени формируют путем суммирования напряжений двух секций 1 13.Недостатком известного преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, в которой содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами ь = 23,25, 47,49 а коэффициент гармоник этого напряжения равен 7,57, Это приводит к увеличению потерь в потребителе и необходимости установки выходных фильтров, которые увеличивают массу и габариты преобразовате" ля, ухудшают КПД, быстродействие системы преобразователь - нагрузка, симметрию выходных напряжений, жест" кость. внешней характеристики.Цель изобретения - дальнейшее улучшение качества выходного напряуеяия путем получения Б-ступенчатой, 980235близкой к синусоидальной, формы кривой выходного напряжения.Указанная цельдостигаетсятем,что в преобразователе постоянногонапряжения в трехфазное переменноеодна из вторичных обмоток трансфорйматора содержит дополнительно - "2,й,(а другая - -3 выводов при нечетном,Б и по - -2 дополнительных выводовбпри четном И, которые через ключипеременного тока соединены с общейточкой ключей, .подключенных к крайним выводам указанных обмоток, гдеИ - число элементарных ступеней вполупериоде выходного напряжения,На фиг.1 представлена схема предлагаемого преобразователя; на фиг,2форма напряжений на обмотках транс"форматора, временная диаграмма импульсов управления ключами и формангйряжения на нагрузке для И = 15;на фиг,3 - аналогичные диаграммыдля Б = 18,Преобразователь содержит однофазный инвертор 1, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, секции 3-8 вторичных обмоток которого через ключи 9 - 23переменного тока соединены с Выходными выводами преобразователя Л,В,С,В .качестве ключей переменного токамогут быть использованы симисторы,встречно"параллельно включенные тиристоры или транзисторы с диодами,транзисторы, включенные в диагоналипостоянного тока диодных мостов,Рассмотрим работу преобразователяпри Формировании выходного напряжения с числом ступеней в полупериодеИ = 15 (фиг,2), В этом случае секция 8 и ключ 14 в схеме преобразователя (фиг,1) отсутствуют. Устройство работает следующимобразом,Однофазный инвертор 1 работаетна частоте в 15 раз превышающей выходную частоту преобразователя исоздает на обмотках трансформаторапеременное напряжение, форма которого представлена на фиг, 2 и, Управление ключами осуществляется импульсами напряжения, диаграмма которых представлена на фиг.25, Причем импульсы, соответствующие графику О подаются на ключ 9, графикуО - на ключ 10 и т,д. Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусои"дальному, амплитуды его ступенейвыбирают иэ условия исключения гармоник, близких к основной. При этомвеличины напряжений на секциях 3-7(Ось Ог 4 Ос 50 сЬ фОс)г сВязаны самплитудамй первой О, второй П,тРетьей Оз, четвертой Б 4, пятой П 5ступеней выходных линейных напряжений следующим образом: О =О =О Зп (2 О аО =О З(п 24; О: О "-О З(п 36; О 4=ОСЬ=Оп з 1 п 48; Э С 5 а где О, - амплитуда аппроксимирующей синусоиды, проходящей через середи- ны горизонтальных участков ступеней,. Шестые, седьмые ступени линейных напряжений формируют путем суммирования напряжений секций 3 - б, т.е. Ь "1+ 4 Ось+ Ось фО Ою+Оз= = О 4+ Бс 5 . Полупериод выходного напряжения 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 секция 3 с напряжением О и секция б с напряжением П соедийяются согласно 4последовательно и к их общей точке через замкнутый ключ 18 подключается 10 15 20 выходной вывод фазы А, Замкнутыеключи 22 и 17 соединяют Выводы (-О)и (+О 4) этих секций с выходными выводами В и С соответственно. В результате формируются первая положительная, шестая отрицательная ичетвертая положительная ступени линейных напряжений.На втором интервале изменяетсяполярность напряжений на обмоткахтрансФорматора и вместо ключей 11 и12 замыкают ключи 9 и 10, которые 35 соединяют согласно-последовательносекцию 4 с напряжением П с секцией5 с напряжением Б и к их общейточке через замкнутый ключ 18 подключается вывод фазы А, Ключи 22 и 40 17 соединяют выводы (-О) и (+О 3) с.выводами фаз В и С соответственйо.При этом формируются вторая положительная, седьмая отрицательнаяи третья положительная ступени линейных напРяжений Оде, Ое, Осд.На третьем интервале вновь изменяется полярность на обмотках трансформатора и замыкают ключи 9, 10,1 б, 18 и 23. С помощью ключей 9 и10 секции 4 и 5 остаются соединенными согласно-последовательно и к ихобщей точке через ключ 18 такжеостается подключен вывод фазы А.Замкнутые ключи 16 и 23 соединяютВыВОДы ( О 3 ) и (+О ) с ВыхОДными Выводами фаз В и С соответственно. Навыходе преобразователя Формируютсятретья положительная, седьмая отрицательная и вторая положительнаяступени напряжений Одев Пес Осд60 На следующих интервалах работапреобразователя происходит аналогично описанному в соответствии сдиаграммой импульсов управления ключами и формой напряжения на обмотках 65 трансформатора. В результате работыпреобразователя на его выходе формируется трехфазное семиступенчатоес нулевой паузой напряжение, формакоторого представлена на фиг. 28.При соединении нагрузки звездой фазные напряжения имеют восьмиступенчатую Форму без нулевой паузы с равными длительностями всех ступеней.На Фиг.3 представлены диаграммы,аналогичные Фиг,2 для И = 18. Вэтом случае преобразователь дополнительно содержит секцию 8 и ключ 14,а напряжения на секциях 3-8 связаныс напряжением ступеней выходноголинейного напряжения следующим образом:"сь О з 1 о 5 ф; О Ц =О з 1 Я Юф2 С 1 шО ь О +Ос:О Б 1 п 25; У-"0 =о з 1 пМв 1 СЬ.щ1)5 С 5" )щ "5" ="СЬф(ЗС 8=0 ье 556 СЬ С 8 пВ этом случае работа преобразователяпроисходит в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами фиг,36), форма выходного линейного напряжения И = 18 представленана Фиг,36. Такую же форму имеютфазные напряжения.Подключение любой ветви схемы спомощью ключей переменного токаобеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и пос.тоянство разности потенциалов фаз втечение каждого интервала, Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощ-ности нагрузки с неизменной формойкривой выходного напряжения,Предлагаемый преобразовательимеет лучшую форму кривой выходногонапряжения. В рассмотренных случаяхпри И = 15 в выходном напряженииприсутствуют высшие гармоники с порядковыми номерами и = 29, 31, 59,, б 1 а коэффициент гармоник этого напряжения равен К г = б,05, ПриИ = 18 в напряжении имеются высшие гармоники и = 35, 37, 71, 73а К = 5,04. Такое качество напряжения практически удовлетворяеттребованиям ГОСТа без установкивыходных фильтров,Достоинством предлагаемой схемыпреобразователя является также то,что она позволяет значительно улучшить форму кривой выходного напряжения без существенного усложнениясхемы. Это обусловлено тем, что базовая часть схемы (прототип) остается неизменной при любом числе ступеней напряжения, При добавлении одного вывода от вторичных обмотоктрансформатора и одного ключа переменного тока число ступеней в полупериоде напряжения увеличиваетсяна три, а номера каждой пары высшихгармоник в этом напряжении увеличиваются на б 1, где 1 = 1,2,3,увеличивая число выводов обмоток иключей переменного тока, можно сформировать трехфазное напряжение слюбым числом ступеней и получить5без выходных Фильтров практическисинусоидалъную Форму, При этом однаиз вторичных обмоток трансФорматорадолжна содержать дополнительно - -2М .6а другая 6 3 выводов при нечетном10, --ц 4В и по, в . -2 дополнительных вывода6при четном И,где И - число ступенейв полупериоде выходного напряженияКроме того, предлагаемый преобразователь имеет меньшую массу игабариты за счет повышения рабочейчастоты трансформатора и исключениявыходных фильтров. Из Фиг,2 а и Заследует, что для повышения рабочейчастоты трансформатора, т.е. уменьшения его массы и габаритов, целесообразно Формировать напряжение снечетным И, Также обладает болеевысоким КПД и быстродействием, жест 25 кой внешней характеристикой лучшейсимметрией выходных напряжений инезависимостью их от величины ихарактера нагрузки за счет исключения выходных. фильтров, Отсутствие пос- фледних исключает возможные автоколебания в системе преобразователь-нагрузка.Предлагаемый преобразовательпозволяет более полно компенсировать реактивную мощность нагрузки,Критический коэффициент мощности35 нагрузки, до которого происходитполная компенсация реактивной мощности, минуя источник постоянноговходного напряжения, снижается досоя Ур= 0,105 и)=15 или соя Ун.нр=4 О = 0,087 при И = 18 вместо соя Чн.кр0,131 впрототипе.формула изобретенияПреобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное45 по авт.св, Р 917283, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью дальнейшего улучшения качества выходногонапряжения путем получения И-ступенчатой, близкой к синусоидальной,5 О формы кривой выходного напряжения,одна из вторичных обмоток трансформа"тора содержит дополнительно - -2,й4 )6а другая -3 выводов при нечетном, 655И и по - -2 дополнительных вывода6при четном И, которые через ключипеременного тоха соединены с общейточкой ключей подключенных к крайним выводам указанных обмоток, гдеИ - число элементарных ступеней в6 О полупериоде выходного напряжения.источники информациипринятые во внимание при экспертизе,1; Квторское свидетельство СССРпо заявке 9 2932848/24-07,65 кл, Н 02 М 7/48, 1980./ б Подписно ВНИИПИ та СССР по рытий 113035, Мо д. 4/5