Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение

(51)5 Н 02 М 7 ИЕ ИЗС)БРЕТЕНИ ЬСТВУ К АВТОРСКОМУ СВ ГОсудАРстВенный кОмитетПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Красноярский сельскохозяйственный институт(56) Авторское свидетельство СССР В 1527697, кл. Н 02 М 7 г 5395, 1988.Авторское свидетельство СССР Ь 1467722, кл. Н 02 М 7/5395, 1989.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИ НУСОИДАЛ ЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (57).Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и злектропривода. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем уменьшения гармоник. Преобразователь содержит основной и два вспомогательных инвертора, выполненных на ключах 1-4 и 5-12 соответственно. Концы вторичной обмотки основного трансФорматора 13 соединены через ключи 20, 21,.23, 24, 26, 27 переменного тока., а ее промежуточный отвод через последовательно соединенные вторичные обмотки 18 и 19 вспомогательныхтрансФорматоров 14 и 15 и ключи 22,25; 28 переменного тока свыходными выводами А, В, С преобразователя. КоэФФициенты трансформации основного и вспомогательных трансФорматоров 13-15 относятся между собой как 14:3:1, а промежуточный отвод вторичной обмотки делит ее на секции 16, 17 с числом витков в отношении 9:5. Все инверторы работают на повышенных частотах, кратных частоте .выходного напряжения, Напряжения вторичных обмоток трансформаторов 13-15 алгебраически суммируются и с помощью ключей переменного тока 20-28 демодулируются в трехФазное 19-ступенчатое напряжение, близкое по форме к синусоидальному. 1 таблЗ ил.гаИзобретение относится к злектротехни- Цель изобретения - улучшение качестваке и может быть использовано в системах выходного напряжения путем уменьшениявторичного электропитания и злектропри- коэффициента гармоник.вода. Поставленная цель достигается тем, чтоИзвестен преобразователь постоянно преобразователь постоянного напряженияго напряжения в трехфазное кваэисинусои- в трехфазное квазисинусоидальное напрядальное напряжение, содержащий жение, содержащийосновной идва вспомоосновной и вспомогательный однофазные гательных однофазных инвертора, выходыинверторы. Промежуточный отвод вторич- которых соединены с первичными обмотканой обмотки основного трансформатора де ми соответственно основного и двух всполит ее по числу витков в отношении 3:4, а могательных трансформаторов, концыкоэффициенты трансформации основного и вторичной обмотки первого иэ которых подвспомогательного трансформаторов отно- ключены через ключи переменного тока ксятсямеждусобойкак 7;1.0 сиовнойивспо- каждому из выходных выводов преобразомогательный инверторы работают на 15 вателя, а еепромежуточный отводсоединенразных частотах выше выходной, Напряже- с указанными выводами через последования вторичных обмоток трансформаторов .тельно соединенные вторичные обмоткиалгебраически суммируются и с помощью вспомогательныхтрансформаторов и ключиключей переменного тока демодулируются переменного тока. Коэффициенты транс.в трехфазное 11-ступенчатое напряжение. 20 формации основного и вспомогательныхНедостатком данного преобразователя трансформаторв относятся между собойявляется несинусоидальная Форма кривой как 14:3:1, а промежуточный отвод вторичвыходного напряжения. ной обмотки основного трансформатора деНаиболее близким по технической сущ- лит ее по числу витков в отношении 9:5,ности к предлагаемому является преобраэо На Фиг,1 представлена принципиальнаяватель постоянного напряжения в схема силовой части преобразователя; натрехфазное квазисинусоидальное напряже- фиг.2 - принципиальная схема блока управние, содержащий основной, вспомога- ления преобразователем; на Фиг,З - диагтельный и гп дополнительных раммы, поясняющие принцип работыодиофазных инверторов, нагруженных ЗО преобразователя.натрансформаторы. Концы вторичной Силовая часть преобразователя (Фиг.1)обмотки основного трансформатора под- содержит основной и два вспомогательныхключены через ключи переменного тока, однофазных иивертора, выполненныхсоота ее промежуточный отвод - через вто- ветственно на ключах 1 - 4, 5-8, 9-12. Выхоричные обмотки вспомогательного, до ды инверторов нагружены на первичныеполнительных трансформаторов и ключи обмотки основного и вспомогательныхпеременного тока к выходным выводам трансформаторов 13-15. Секции 1 би 17 оспреобразователя. Коэффициенты транс- новного трансформатора 13 и вторичные обформации основного вспомо.ательиого и мотки 18 и 19 вспомогательных1-го дополнительного трансформатора от трансформаторов 14 и 15 соединены междуносятся между собой как (3+ 1):3:З, собой и подключены через ключи 20-28 пе- .где = 1,2,3: . Все инверторы работают на ременного тока к выходным выводам А, В, Счастотах выше выходной, Напряжения вто- преобразователя;ричных обмоток трансформаторов алгебра- Блок управления преобразователемически суммируются и с помощью ключей 45 (Фиг.2) содержит задающий генератор 29,переменного тока демодулируются в трех- выход которого подключен к входудвоичнофазное й-ступенчатое напряжение. Напри- го счетчика ЗО импульсов с коэффициентоммер, при наличии трех инверторов: пересчета, равным 39, Выходы счетчика 30основного, вспомогательного и дополни- нагружены на.адресные входы программительного, преобразователь формирует 15- 50 руемого постоянного запоминающего устступенчатое напряжение, содержащее ройства 31, Выходы 32-46 последнего .значительное количество высших гармоник, соединены через триггер 47, логические элеДальнейшее улучшение формы кривой вы- менты НЕ 48-57, элементы 2-2 ИИЛИ 58 ходного напряжения требует увеличения 62 и блок буферных усилителей 63 счисла дополнительных инверторов, что ус управляющими входами силовых ключейложняет схему преобразователя и понижает преобразователя, причем номера выходовего иадежкость. блока 63 соответствуют номерам ключей, кНедостатком известного преобразова- которым они подключены,теля является несинусоидальная Форма кри- На фиг.З диаграммы 64-87 представлявой выходного напряжения. ат формы импульсов на выходах следующихэлементов: 64 - задающего генератора 29;65 - 74 - на выходах элементов 58-62, 53-57 (импульсы управления ключами 1-12 основного и вспомогательных инверторов) 75-77 - трансформаторов 13-15; 78-86 - на выходах 38-46 элемента 31 (импульсы управления ключами 20-28); 87 - преобразователя (форма выходного фазного напряжения). Устройство работает следующйм образом.Задающий генератор 29 формирует последовательность импульсов 64 (фиг,З), которая поступает на выход двоичного счетчика 30 с коэффициентом пересчета, равным 39. С выхода счетчика 30 импульсы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 31, логические состояния выходов 32 - 46 которого в зависимости,от кода адреса представлены в таблице, Выходы элемента 31 нагружены на входы блока буферных усилителей 63, причем уровень логического нуля на его входе обеспечивает -закрытое состояние силового ключа преобразователя. а уровень логической единицы - открытое, Полупериод вйходного напряжения 87 преобразователя можно разделить на 39 равных интервалов, что соответствует 39 логическим состояниям элемента 31,На первом интервале с выхода 32 элемента 31 сигнал логической единицы (см, таблицу) устанавливает триггер 47 в логическое состояние "1", которое сохраняется в течение первого полупериода выходного напряжения преобразователя, Выходные сигналы триггера 47 управляют работой элементов 58-62, через которые проходят сигналы с выходов 33 - 37 на управляющие входы ключей 1 - 4 и 5 - 12 основного и вспомогательных инверторов. С выходов 33, 35 и 36 элемента 31 сигналы логических единиц проходят через открытые сйгналам триггера 47 элементы 58, 60 и 61, усиливаются блоком 63 и отпирают ключи 1; 4, 7 и 9 основного и вспомогательных инверторов, С выходов 34 и 37 сигнал логического нуля запирает элементы 59 и 62, а следовательно, и силовые ключи 5 и 11. Выходные сигналы элементов 58 - 62 инвертируются. элементами 53-57 и отпирают силовые ключи 6 и 12 и запирают ключи 2, 3, 8 и:10, Сигналы логических единиц с выходов 40,41 и 45 элемента 31 отпирают ключи 22, 23 и 27. Остальные ключи 20, 21, 24 - 26 и 28 переменного тока заперты сигналами логических нулей с выходов 38, 39, 42-44 и 46 элемента 31. Формирование импульсов уп-./ равления силовыми ключами на следующих10 15 35 40,0 с = - (0 д+ Ов ) = 0203 45 50 напряжение на обмотке 18 вспомогатель-ного трансформатора 14. Через ключи 22 и 23 к выводам А и В прикладывается алгеб; 55 20 25 30 интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 64-86 (фиг,З) и таблицей истинности элемента 31,В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 13 - 15 формируются напряжения 75 - 77 (фиг.З), а на. фазе нагрузки, соединенной звездой - 19-ступенчатое напряжение 87, Для получения формы выходного напряжения, представленной на диаграмме 87, напряжения на каждой из секций 16 и 17 основного трансформатора 13 должнь быть равны 90 и 50, а напряжения на каждой из вторичных обмоток 18 и 19 вспомогательных трансформаторов 14 и 15 соответственно 30 и 0; Силовая схема преобразователя работает следующим образом,На первом интервале замыкают ключи 1, 4, 6, 7, 9, 12, 22, 23 и 27 (диаграммы 65, 68, 69. 71, 74, 80. 81, 85), Через замкнутые ключи 22 и 23 к выходным выводамА и В преобразователя прикладывается алгебраическая сумма напряжений секции 16 основного трансформатора 13 и обмоток 18.и 19 вспомогательных трансформаторов 14 и 15, равная 70, к выводам В и С через ключи 23 и 27 - сумма напряжений секций 16 и 17,равная (-140), а к выводам С и А через ключи 27 и 22 - сумма напряжений секции 17 и обмоток 18 и 19, равная 70, При этом Фазные напряжения нагрузкй, соединенной звездой рав- ны 0 д -0 дв - 0 сд70 - 70 3 3- -0;т.е. Формируются нулевая, тринадцатая от; рицательная и тринадцатая положительнаяступени Фазных напряжений.На втором интервале вместо ключей 6,9 и 12 замыкают ключи 5, 10 и 11, исчезает раическая сумма напряжений секции 16 и обмотки 19, равная 80, к выводам В и С через ключи 23 и 27 вновь прикладывается сумма напряжений секций 16 и 17 равная ( - 140), к выводам С и А через ключи 27 и 22 - сумма напряжений секции 17 и обмотки 19, равная 60, Фаэнце напряжения ста1711310 и о а о 2 22 , 20 новятся равными - О; -- О: - О333 т.е. формируются первая положительная, четырнадцатая отрицательная, двенадцатая положительная ступени фаэных напряжений Од, Ов, Ос.На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 64-87 (фиг.З) и таблицей истинности элемента 31.Иодключение любой ветви схемы с помощью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью обеспечивает воэможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разности потенциалов фаэ в течение каждого интервала, Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неиэмейной формой кривой выходного напряжения,Предлагаемый преобразователь имеет лучшую форму кривой выходного напряжения: 39 ступеней в полупериоде вместо 30 ступеней в известном преобразователе. Формула изобретения Преобразователь постоянного напря- .жения в трехфаэноо кваэисинусоидальное напряжение, содержащий основной и два 5 вспомогательных однофаэных инвертора,вь 1 ходы которых соединены с первичными обмотками соответственно основного и двух вспомогательных трансформаторов, концы вторичной обмотки основного транс форматора подключены через ключи переменного тока к каждому из выходных выводов преобразователя, а ее промежуточный отвод соединен с указанными выводами через последовательно соединенные 15 вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов и три ключа переменного тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гар моник, коэффициенты трансформацииосновного и вспомогательных трансформаторов соотносятся между собой как 14:3;1, а промежуточный отвод вторичной обмотки основного трансформатора делит ее по чис лу витков в соотношении 9:5.1711310 Редактор Н, Яцолэ Заказ 348 ,Тираж 1 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушскаянаб 4/5