Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическиеРеспублик и 917283(51)М, Кл. Н 02 М 7148 Рвударстеаккый комитет СССР ао делам кэебретеннй и етерытий(72) Автор изобретения,А.И. Азаров асноярский политехнический институт(71) Заявител 54 ЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕИЕ НАПРЯЖЕНИЯОЕ Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное многоступенчатой формы.Известен статический преобразователь постоянного напряжения в однофазное трехступенчатой формы с.промето жуточным звеном повышенной частоты, . который содержит однофаэный инверТор с выходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку с двумя промежуточ-. ными выводами. Три вывода этой обмотки соединены с одним выходным выводом преобразователя через ключи переменного тока., а четвертый вывод, являющийся промежуточным, непосредственно с другим выходным выводом пре; обраэователя. Напряжения на секциях. : вторичной обмотки трансформатора относительно выходного вывода преобразователя равны соответственно ампли",тудам первой, второй и третьей ступеней Формируемого напряжения. Под, ключая поочередно эти секции к выходным вьводам преобразователя фор" мируют на нагрузке трехступенчатое напряжение. Закон управления ключами инвертора таков, цто не позволяет использовать один трансформатор для формирования трехфазного напряжения 11 .Недостатками данного преобразователя в слуцае формирования трехфазного напряжения являются большая масса и габариты, обусловленные использованием трех однофазных инверто ров и трансформаторов, а также несинусоидальная форма выходного напряжения, содержащего значительный процент высших гармоник.Известен однофазный преобразователь постоянного напряжения в Й-ступенчатое переменное спромежуточным звеном высокой частоты, содержащий однофазный инвертоЬ с выВ выходном напряжении преобразователя содержится значительный процент высших гармоник с порядковыми номерами и = 11, 13, 23, 25 а коэффициент гармоник напряжения равен К = 15,2, Это приводит к увеличению потерь мощности в потребителе и к необходимости установки выходных фильтров. Последние увеличивают массу и габариты преобразователя, ухудшают его динамические показатели, симметрию Фазных напряжений и могут привести к нежелательным автоколебаниям в системе. преобразователь-нагрузка. Кроме того, повышенные величины напряжений (до 2 0), где Оз амплитуда третьей ступени линейного напряжения, прикладываемых к ключам, увеличивают их установленную мощность и снижают надежность преобразователя, Несимметричное построение по.фазам схемы преобразователя неблагоприятно складывается на токовую загрузку ключей переменного тока.Недостатки такого устройства - несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, сложность схемы преобразователя.Известен также преобразователь, содержащий однофазный инвертор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, концы трех последовательно соединенных вторичных обмоток которого подключены к каждому из 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. В зависимости от полярности напряжений на обмотках выходные выводы преобразователя подключаются к средней и одной из крайних обмоток. В результате на выходе формируется трехфазное трехступенчатое напряжение Ь 3 .1Недостатками этого устройства являются несинусоидальная форма кривой выходного напряжения и относительно большое число ключей переменного тока.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь,.содержащий однофазный инвертор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, концы вторичной обмотки и, по крайней мере,3 Э 17283ходным трансформатором, имеющим вто"ричную обмотку с отпайками. Выходные выводы преобразователя образованы одним из промежуточных выводоввторичной обмотки трансформатора иточкой объединения одних силовых концоЬ ключей переменного тока, Другиесиловые концы этих ключей соединены с й выводами вторичной обмоткитрансформатора, где й - число сту Опеней напряжения на четверти периода выходного напряжения преобразователя. Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора относительно выходного выаода равны амплитудам ступеней формируемого напряжения. Подключая поочередно с помощью ключей переМенного тока этисекции к вьходныи выводам преобразователя, Формируют на нагрузке однофазное М-ступенчатое напряжениеМНедостатки такого устройства вслучае формирования трехфазного напряжения - сложность схемы, громоздкость, обусловленные большим числомключей переменного тока и опаек вторичной обмотки трансформатора, повышенные напряжения на ключах, что приводит к увеличению их установленной мощности и снижает надежность преобразователя.Известен трехфазный преобразователь с промежуточным звеном повышенной частоты и со ступенчатой формой кривой выходного напряжения, кото рый содержит однофазный инвертор с выходным трансформатором, вторичная обмотка которого имеет вывод от средней точки, а также по два промежуточных вывода в каждой полуобмотке, сим метричные относительно среднего, К среднему выводу этой обмотки подключена одна клемма трехфазной нагрузки, а две другиеее клеммы через ключи переменного тока соединены со 45 всеми другими выводами вторичной обмотки. Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора относительно среднего вывода равны соответственно амплитудам первой, второй 50 и третьей ступеней линейного напря- . жения. Подключая в определенной последовательности промежуточные выво. ды трансформатора к вьходным выводам преобразователя, формируют два ли нейных напряжения, что достаточно для получения трехфазной системы напряжений 31.напряжений на обмотках трансформатора и на нагрузке.Преобразователь (фиг. 1) содержит однофазный инвертор 1, выход ко5 торого соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, секции 3-6 обмоток которого через ключи 7-19 переменного тока соединены с выходными выводами А, В, С преобразователя.10 В качестве ключей переменного токамогут быть использованы симисторы,встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с диодами,транзисторы, включенные в диагонали15 постоянного тока диодных мостови т.д.Устройство работает следующим образом.Управление ключами осуществляется20 импульсами напряжения О,1, диаграммакоторых представлена на фиг. 2 ОПричем импульсы, соответствующиеграФику 7, подаются на ключ 7, графику 8 - на ключ 8 и т.д. Для получе.25 ния выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступенейвыбираются из условия исключениягармоник, близких к основной. При ф 30 этом величинЫ напряжений на секциях3-6, равные амплитудам первой О,второй О, третьей О и четвертой Оступеней выходных линейных напряже"ний, соответственно равны О 35 = Оъ Б 1 п 7,5 1 Оз, = Ощ я 1 п 22,5;Оь = Ор Б 1 п 37,5 и Ос = Од 5 п52,5, где Ощ - амплитуда аппроксимирующей синусоиды, проходящей через середины горизонтальных участков40 ступеней (Фиг. 2 Ь ). Пятые и шестыеступени линейных напряжений формируются путем суммирования напряженийсекций 3-6, т.е. О = ОО, Ов: О,+ О45Рассмотрим работу преобразователя (Фиг. 1) на активно-индуктивнуюнагрузку. В результате работы однофазного инвертора 1 на обмоткахтрансформатора создается переменноенапряжение, форма которого представлена на фиг. 2 б. Полупериод выходного напряжения можно разбить на 12равных интервалов.На первом интервале замыкаютсяключи 7, 10, 12, 1 М и 19 (фиг. 2 ).При этом с помощью ключей 7 и 10 секция 3 с напряжением О и секция 6 снапряжением О, соединяются согласно 5 Эодин из отводов через ключи переменного тока подключены к каждому изтрех выходных выводов преобразователя, причем указанный отвод выполненот средины витков вторичной обмотки.трансформатора, В зависимости от полярности напряжений на секциях вторичной обмотки меняется очередностьих подключения к выходным выводам.преобразователя. При этом на нагрузке формируется трехфазное трехступенчатое напряжение, существенно отличающееся от синусоидального, коэффициент гармоник которого Кр16,Трансформатор работает на частоте, втри раза превышающей выходную, поэтому имеет значительную массу и габариты, особенно при низкой выходной частоте преобразователя 51.Недостатками такого устройстваявляются несинусоидальная Форма кривой выходного напряжения, значительная масса и габариты преобразователя,Цель изобретения - улучшение фор.мы кривой выходного напряжения,уменьшение массы и габаритов преобразователя.Поставленная цель достигается темчто преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий однофазный инвертор, выходоподключенный к первичной обмоткетрансформатора с одной вторичной обмоткой с промежуточным отводом и тригруппы ключей, которые одними своими концами подключены к каждому извыходных выводов преобразователя,а другими по три в группе объединены в три общие точки, причем общаяточка ключей первой группы подсоединена к упомянутому промежуточномуотводу, а общие точки двух другихгрупп ключей связаны с концами вторичной обмотки, трансформатор снабжен другой вторичной обмоткой с промежуточным отводом, который подключен к общей точке соединения ключейвторой группы, а концы обеих вторичных обмоток через введенные дополнительные ключи соединены с общейточкой соединения ключей третьейгруппы.На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразователя постоянного напряжения в трехфазное перемен-.ное; на фиг. 2 - временные диаграммыимпульсов управления ключами, формы 17283 6791 728 последовательно и к их общей точке через замкнутый ключ 14 подключается зажим Фазы А. Замкнутые ключи 12 и 19 соединяют выводы ( -0) и (+О) этих секций с зажимами Фаэ В и С соответ 5 ственно. В результате формируются пер" вая положительная, пятая отрицательная и четвертая положительйая ступени линейных напряжений Одв, Овс, о 1 ОНа втором интервале изменяется полярность напряжений на обмотках трансформатора, а вместо ключей 7 и 10 замыкаются ключи 8 и 9, которые соединяют согласно-последовательно секцию 4 с напряжением 0 с секцией5 с напряжением О, и к их общей точке через замкнутый ключ 14 подключается зажим фазы. Ключи 12 и 19 соединяют выводы (-О). и (+02) с . 2 о зажимами фаз В и С соответственно. При этом формируются вторая положительная, шестая отрицательная и третья положительная ступени линейных напряжений Цць, Оьс Осд 25На третьем интервале вновь изменяется полярность на обмотке трансформатора и замыкаются ключи 8, 9, 13, 14 и,15. С помощью .ключей 8 и 9 секции 4 и 5 остаются соединенными согласно-последовательно и к их общей точке через ключ 14 также под-. ключен зажим фазы А. Замкнутые ключи 15 и 13 соединяют выводы ( -Оз) и (+О) этих секций с зажимами фаз В и С соответственно. На выходе преобразователя формируются третья положительная, шестая отрицательная .и вторая положительная ступени линейныхнапряжений ОдвОьсОсд4 ОНа следующих интервалах работа преобразователя происходит.аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами и форжой напряжения на обмотках трансформатора., В результате работь 1 преобразователя на его выходе формируется трехфазное шестиступенчатое напряжение, форма которого представлена на фиг. 26 . Такую же форму имеют фазные напряжения.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 обеспечивает лучшую форму кривой выходного напряжения, в которой содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами и = 23, 25, 47, 49 а коэффициент гармоник этого напряжения равен К 1 = 7,57. Это позволяет исключить выходные фильтры, т.е, уменьшить массу и габариты, повысить его КПД и быстродействие. В напряжении известного устройства содержится большее число высших гармоник, а Кж 16, а также меньшую массу и габариты, так как частота работы трансформатора в два раза выше, чем в известном устройстве. формула изобретенияПреобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий однофазный инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора с одной вторичной обмоткой с промежуточным отводом и три группы ключей, которые одними своими концами подключены к каждому из выходных выводов преобразователя, а другими по три в группе объединены в три общие точки, причем общая точка ключей первой группы подсоединена к упомянутому промежуточному отводу, а общие точки двух других групп ключей связаны с концами вторичной обмотки, отличающийся тем, что, с целью улучшения формы выходного напряжения, 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 общей точкой соединения ключей третьей группы. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Лекоргийе- "Управляемые электрические вентили и их применение".М., "Энергия", 1977, с. 399;2. Авторское свидетельство СССРйф 688970, кл. Н 02 М 7/48, 19763. Труды МЭИ, М., МЭИ, 1978,вып. 367, с. 58-659917283 1 О4. Авторское свидетельство СССР 5 Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2720705, кл.Н 02 И 7/48; по заявке И 2815957, кл.Н 02 И 7/481979. 1979.917283 Корректор М, Варош ыль Т еда ктор Тираж 719, П ИИПИ Государственного коми по делам изобретений и отк 35, Москва, Ж, Раушская Заказ 1900/71 Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,ал 6 б авитель Г, Мыцыкед 3. Фанта дписноеета СССРытийнаб., д, /5