Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическикРеспублик н 1983942(22) Заявлено 24. 04, 81(21) 3281172/24-07 с присоединением заявки йо Р 1 М К з Н 02 М 7/48 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытийДата опубликования описания 23. 12.82(71) Заявитель олитехнический институтщсл щ(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное.Известен преобразователь постоянного напряжения в трехфазное трехступенчатое, содержащий однофазный инвертор, подключенный к первичной об- мотке трансформатора, концы трех последовательно соединенных обмоток которого подключены к каждому иэ трех выходных выводов преобразователя через управляемые ключи переменного тока. Напряжения на крайних обмотках равны амплитуде первой, а на средней обмотке - амплитуде второй ступени выходного линейного напряжения преобразователя и подключаются к средней и одной иэ крайних обмоток. И результате на выходе формируется трехфазное трехступенчатое напряжение 11).Известен также преобразователь постоянного напряжения в трехфазное трехступенчатое, содержащий однофазный инвертор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, концы вторичной обмотки и ее средний вывод через ключи переменного тока подключены к каждому иэ трех выходных выводов преобразователя. В зависимости от полярности напряжений на секциях вторичной обмотки меняется очередность их подключения к выходным выводам преобразователя и на нагрузке формируется трехфаэное трехступенчатое напряжение 1 2).Известен также преобразовательпостоянного напряжения в трехфазное переменное.с амплитудно-импульсной модуляцией, содержащий однофазный инвертор высокой частоты, выходом 15 нагруженный на первичнуюобмотку согласующего высокочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена с четырьмя отпайками, расположенными симметрично относительно среднего вывода, образующего один выходной вывод преобразователя. Край" ние и промежуточный выводы соединены через управляемые ключи переменного тока с двумя другими выходными выводами преобразователя. Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора относительно среднего вывода равны соответственно амплитудам сту" пеней линейного напряжения. Подключая с определенной последовательнос 983942тью промежуточные выводы вторичнойобмотки трансформатора к выходнымвыводам преобразователя, Формируютдва трехступенчатых линейных напряжения, что достаточно для получениятрехфазной системы напряжения ( 3 ),Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является преобразовательпостоянного напряженияв трехфазное квазисинусоидальное, содержащий основной и вспомогательныйоднофазные инверторы, нагруженные соответственно на первичные обмоткиосновного и вспомогательного трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены в две Фазы и включены )5по схеме открытого треугольника,вершины которого непосредственносвязаны с выходными выводами преобразователя, а каждая из указанныхфаз содержит две параллельные ветви, 20в одну иэ которых включены последЬвательно обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, а в другую - обмотка основного трансформатора, причем одни концы ветвей. 25соединены между собой непосредственно, а другие через ключи переменноготока. Выходное трехфазйое напряжение преобразователя имеет трехступенчатую форму и создается путем суммирования или вычитания выходных напряжений инверторов, работающих наразных частотах.В вйходном напряжении известногопреобразователя содержится значитель- З 5ный процент высших гармоник с порядковыми номерами и = 11, 13, 23, 25а коэффициент гармоник (К) этогонапряжения. равен 15,2. Это приводитк увеличению потерь мощности в потребителе или к необходимости установки выходных фильтров 4 ,Недостатками известных преобра.зователей являются несинусоидальнаяформа кривой выходного напряжения,сложность схемы преобразователя,обусловленная большим числом ключейпеременного тока (от 9 до 12) .Цель изобретения - улучшениеформы кривой выходного напряжения.Поставленная цель достигается тем, 50что в преобразователе постоянногонапряжения в трехфазное переменное,содержащем основной однофазный инвертор, нагруженный на первичную обмотку основного трансформатора, вторичная обмотка которого выполненасо.средней точкой, образующей первый выходной вывод преобразователя,и вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомогательного трансформатора, вторичныеобмотки которого включены черезключи переменного тока между вторичной обмоткой основного трансформатора и выходными выводами преобразователя, каждая вторичная полуобмотка основного трансформатора выполнена с двумя промежуточными выводами, которые через упомянутые ключи переменного тока и вторичные обмотки вспомогательного трансформатора соединены с одним из двух других выходных выводов преобразоватейя, причем каждый крайний вывод вторичной обмотки основного трансформатора также через ключ переменного тока соединен с промежуточным выводом одной и вторичных обмоток вспомогательного трансформатора, связанной с крайним промежуточным выводом смежной полу- обмотки основного трансформатора,На фиг.1 представлена схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 - формы напряжений на обмотках основного и дополнительного трансформаторов, временная диаграмма импульсов управления ключами и форма напряжения на нагрузке.Преобразователь содержит основной однофазный инвертор 1, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, выводы секций 3 8 его вторичной обмотки соединены через ключи 9-14 переменного тока, вторичные обмотки и секции 15-20 вспомогательного трансформатора 21, включенного на выходе вспомогательного однофазного инвертора 22, с выходными выводами преобразователя. В качестве ключей переменного тока могут быть использованы симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры, транзисторы, включенные в диагонали постоянного тока диодных мостов.Устройство работает следующим образом.Однофазные инверторы 1 и 22 работают на повышенных частотах и создают на обмотках трансформаторов 2 и 21 переменные напряжения О иФормы которых представлены на фйг,2 а. Управление ключами 9-14 осуществляется импульсами напряжения (тока) О 9-О,4, диаграмма которых представлеНа на фиг.26. Причем .импульсы, соответствующие графику О, подаются на ключ 9, графику на ключ 10 и т.д, Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают из условия включения гармоник, близких к основной, При этом величины амплитуд ступеней с первой по шестую (О -О.) соответственноо, а равны О =Оя 3.п 1,5, О = О я 1 п 22,5 О= О яЗ.п 37,5; О 4= Оя 3.п 52,5 О Оя 1 пб 7,5 ", Об= Одя 1 п 82,5 где О, - амплитуда аппроксимирующей синусоиды, проходящей через середины горизонтальных участков ступеней.3Для получения выходного напряжения Одв с данными амплитудами ступеней величины напряжений на секциях 3-8 вторичных обмоток основного трансформатора (ОсВ-ОСЕ) должны быть связаны с амплитудами ступеней 0-0 б (фиг.2 в) выходного линейного напряжения следующим образом. О =0 =0+"А 0 +О:О +О:УД+ 0-;съ сь 2съ с 4 сь с 2.ОО+ПЬсъ С 4 св сь С 7 с 9 2 ф а напряжения на обмотках 15,18 (Ооцу,ОоБлй ) и секциях 16, 17, 19 и 20(ОСЛ 6, ОС,ПОС 19ОС 2 о )гательного трансформатора равны Оу.-Ол,0 =ООБи об 18 2 20 0с 16 с 11 С 19 . си) 2 Полупериод выходного напряжения преобразователя можно разбить на 12 равных интервалов. На первых двух интервалах замыкают ключи 9 и 14.На первом интервале к выходным выводам А и В через замкнутый ключ 9 прикладывается разность напряжений секции 3 и обмотки 15 равная 30 01+Од. 0 а-БАИ 1 съ ОБи 2 2 лф Зк выходам В и С через ключ 14 -разность напряжений секции 19 и суммарного напряжения секций 3-5=0 "0 +Ц 0 1-Оь 06 ОбфУЬИс" Сй Сз с 4 ф СБ,Г 1, 0,к выводам С и А - алгебраическаясумма напряжений обмотки 15 и секций 4, 5 и 19ОСА 1 (ОАЕ 1 08 С 1 ) (ОЛ 0) 04 фВ результате формируется йервая положительная, пятая отрицательная ичетвертая положительная ступени линейных напряжений 0 , Ов , Осл соответственно.На втором интервале включеннымиостаются те же ключи, но меняетсяполярность напряжений на обмоткахвспомогательного трансформатора. Приэтом к выводам А и В прикладывается сумма напряжений секции 3 и обмотки 15, равнаяО+ ОаОДЕ Я =СВ+0619 = 2 + 2 =к выводам В и С сумма напряжений секций 19. 3. 4 и 5О = (О +О 10 0 )-./ЬО+Оь 1 0 60 еСХ С 19 са с 4 сбк выводам С и А алгебраическая сумма напряжений обмотки 15 и секций 4, 5 и 19Осм.= (Одея+ Оесй ) = (02. Оь) =Оз 65 т.е. на выходе формируется вторая положительная, шестая отрицательная и третья положительная ступени линейных напряжений ПАВ, ОЕ , О ЬНа третьем интервале замыкают ключи 10 и 14, а полярность напряжений на обмотках основного и вспомогательного трансформаторов остается прежней. К выводам А и В через замкнутый ключ 10 прикладывается разность суммарных напряжений секций 3, 4 и 16, 17, равнаялвъ са )с 4 (ОсьфЬ) ф 4 -0К выводам В и С через ключ 14 остались подключены прежние секции, поэтому напряжение Овс не изменяется и равноЗСЗ 6к выводам С и А - сумма напряжений секций 5, 16, 17 и 19ОСЛ= (Ъвз+ОВС) = (ОЪ 06)= Ъ При этом формируются третья положительная, шестая отрицательная и вто рая положительная ступени напряжений ОАВ, 0 , ОСЛ соответственно. На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами и формами напряжений на обмотках трансформаторов. В результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное шестиступенчатое напряжение, Форма которого представлена на Фиг.2 в.Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения то" ка 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.Предлагаемый преобразователь обладает следующими преимуществами;имеет лучшую форму кривой выходнО- го напряжения, в которой содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами п = 23,25,47,49а К = 7,57 в выходном напряжении известного преобразователя содержится большее число высших гармоник, а Кг =15,2) обладает более высокйм КПД и быстродействием жесткой внешней характеристикой, лучшей симметрией выходных напряжений и независимостью их величины и характера нагрузки, отсутствием возможных автоколебаний в системе преобразователь нагрузки за счет исключения выходных фильтров; позволяет более полно компенсировать реактивнуюмощность нагрузки, а следовательно,уменьшать емкость конденсаторов,устанавливаемых на входе преобразователя, Критический коэффициент мощности нагрузки, до которого происходит полная компенсация реактивноймощности, минуя источник постоянноговходного напряжения, снижается до0,131 вместо 0,265 в известноЪ преобразователе; для изготовления вторичных обмоток трансформаторов требуется в 1,7 раза меньше меди, таккак вторичные обмотки вспомогательного трансформатора включены непоследовательно с вторичными обмотками основного трансформатора какв известном преобразователе, а к ихотпайкам. Это позволяет многократнов течение периода использовать вторичные обмотки трансформаторов, т.е.улучшить их использование,10 15 20 Формула изобретения Преобразователь постоянного на пряжения в трехфазное переменное, содержащий основной однофазный инвертор, нагруженный на первичную обмотку основного трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена со средней точкой, образующей первый выходной вывод преобразователя, и вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомогатель. ного трансформатора, вторичные обмотки которого включены через ключипеременного тока между вторичной обмоткой основного трансформатора и выходными выводами преобразователя,о т.л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью улучшения формы кривой выходного напряжения, каждая вторичнаяполуобмотка основного трансформаторавыполнена с двумя промежуточными выводами, которые через упомянутыеключи переменного тока и вторичныеобмотки вспомогательного трансформатора соединены с одним из двухвыходных выводов преобразователя,причем каждый крайний вывод вторичнойобмотки основного трансформатора также через ключ переменного тока соединен с промежуточным выводом одной из вторичных обмоток вспомогательного трансформатора, связаннойс крайним промежуточным выводомсмежной полуобмотки основного трансформатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2720705/24-07,кл. Н 02 М 7/48, 1979.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2815957/24-07,кл. Н 02 М 7/48, 1980.3. Авторское свидетельство СССРР 736306, кл. Н 02 М 7/515, 1978.4. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 3000673/24-07,кл. Н 02 М 7/48, 04.11.80,,филипп едак ака филиал ПЙП Патентф, г. Ужгород, ул, Проектная, 4й ойдо ВНИИПИ Госу по делам 113035, 24 ос