Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное

СООЗ СОН ЦИА ЛИСТ СНИХ ЕСНИ СПУБЛИН(51)4 Н 02 М 5 27 . ИЗОБРЕТЕ ПИ ОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗО 6 РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ СКОМУ СОИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРУ 762109, кл. Н 02 М 5/27, 1978,Авторское свидетельство СССРУ 130104, кл, Н 02 М 5/27, 1960.Тонкаль В,Е. и др, Полупроводниковые преобразователи модуляционноготипа с промежуточным звеном повышенной частоты.,- Киев: Наукова думка,1981, с. 210, рис, 120,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может бытьислользовано при создании источниковвторИМного электропитания, предназначенных для тихоходных электроприводов переменного тока в тех случаях, когда требуется обеспечить согласование номинальных уровней напряжения питания и потребителя, Цельизобретения - улучшение качества выходного напряжения эа счет уменьшения его коэффициента гармоник. Преобразователь содержит сетевой трансформатор 1, вторичные обмотки 2 и 3которого коммутируются при помощи ключей 11-16 и 20-25 переменного тока с управляющими входами М -М .С чч Каждая обмотка имеет промежуточный1 1 отвод, делящий обмотки по числу витков в отношении 3:2 и 1:4. Блок управления преобразователем обеспечивает нарастание и создание амплитуды напряжения подключаемых частей вторичных обмоток по линейному закону на интервалах соответственно О/3 и 2 ЯЗи постоянство этих амплитуд на интервале %/3-20/3 полупериода . выходного напряжения. 5 ил.Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при.построении источников вторичного электропитания с квазисинусоидальным выходным напряжением, предназначенных для питания электроприводов переменного тока во всехслучаях, когда требуются согласование номинальных уровней напряжений 10 питания и потребителя, стабилизация 1(или регулирование в определенном диапазоне) последнего при улучшении массогабаритных показателей устройства в целом. 15Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения за счет уменьшения его коэффициента гармоник.На Фиг. 1 приведена принципиальнаясхема преобразователя однофазного на пряжения в трехфазное, обеспечивающего гальваническую развязку Фаэ нагрузки; на фиг, 2 - вариант преобразователя с общей для трех фаз парой вторичных обмоток трансформатора; на Фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип Формирования трехфазного напряжения,в нерегулируемом (а) и регулируемом различными способами (б, в) вариантах; на Фиг. 4 - прин ципиальная схема блока управления преобразователем; на Фиг. 5 - временные диаграммы поясняющие принцип1формирования сигналов управления ключами преобразователя. 35Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное (фиг. 1) содержит основной трансформатор 1, концы первичной обмотки которого связаны с силовыми выводами сети однофазного напряжения. В зависимости от назначения преобразователя число вторичных обмоток трансформатора 1 может быть различно, В том случае, когда три фазы нагрузки должны быть гальванически развязаны, трансформатор 1 должен содержать шесть равных по числу витков вторичных обмоток 2-7. При этомодни разноименные концы каждой пары обмоток 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7 соединены и образуют три нулевых выходных вывода 8-10 преобразователя. Другие разноименные концы пар упомянутых обмоток 2-7 подключены к ключам 11-16 переменного тока, которые также объединены попарно (11 и 12, 13 и 14, 15 и 16), образуя точками соединения фазные А, В, С в .оды 17-19 преобразователя. Каждая вторичная обмотка 2-7 выполнена с промежуточным отводом, который через ключи 20-25 переменноготока также подключен к соответствующему Фазному выводу 17-19. Блок управления включает в себя последовательно связанные узел 26 синхронизациис сетью (входом подключенный к силовым выводам сети) и узел распределе"ния 27 импульсов, гальванически развязанные между собой выходы которогоподключены к соответствующим управляющим входам ключей 11-16 и 2025 переменного тока. Дпя обеспечениярегулирования выходного напряженияпреобразователя при минимально возможных его искажениях он снабжен регулятором 28 переменного напряженияс трансформаторным выходом.Трансформатор 29 регулятора 28имеет одну первичную обмотку, связанную с силовыми выводами сети через дополнительный ключ 30 переменного тока, а ее концы закорачиваютсячерез второй дополнительный ключ 31переменного тока, Вторичная обмоткатрансформатора 29 регулятора 28 включена последовательно с первичной обмоткой основного трансформатора 1 повольтодобавочной схеме. Управляющиевходы ключей 30 и 31 связаны с выходами модулятора 32 ширины импульсов,который связан (синхронизирован) сузлом 26 синхронизации с сетью,Если фазы нагрузки гальваническисвязаны между собой (трехпроводнаянагрузка), точки 8-10 соединения паробмоток 2-7 объединяют в общую точку - общий нулевой вывод преобразователя (пунктирная связь, фиг, 1). Вэтом случае трансформатор 1 целесообразно выполнять имеющим только двевторичные обмотки (например, 2 и 3),как показано на фиг. 2, К среднейточке обмотки 2 подключены ключи 20,22 и 24 переменного тока, образуяпервую группу ключей с управляющими входами МК средней точке обмотки 3, кроме ключа 21, подключеныключи 23 и 25, образуя группу ключейс управляющими входами М,Аналогично к началу обмотки 2 подключены ключи 11, 13 и 15 с управляющими входаЙми М -, а к концу обмотки 3 - ключи12, 14 и 6, с управляющими входамиМ,На Фиг. 4 представлен вариант узла распределения импульсов, входяще3 141189 го в состав блока управления преобразователем. Он содержит последовательно соединенные пятнадцатиканальный регистр 33 с перекрестной свя 5 зью с парафаэными выходами Ц 1, Я.е 1 Р 1 Р уууЙ;Ц урй 1 Я, выполненный, например, на 1-К-.триггерах 34- 38, и логический узел, выходы трех каналов 49-51 которого связаны с управляющими входами М -Мключейт 1 У3 111-16 и 20-25 переменного тока.К входу регистра 33 (общему счет- ному входу триггеров 34-48) подключен также счетный вход дополнителького 1-К-триггера 52. Для обеспечения необходимой синхронизации его работы с сетью установочный вход 1 триггера 52 через логический элемент 2 И-НЕ 53 связан с выходами Я и ц, триггеров 34 и 35, Выходы Р, Р триггера 52 также, как и выходы регистра 33, подключены к входам трех каналов 49-51 логического узла. Аппаратурная реализация каналов 49-51 обеспечива ет связи между их входами, определяемые следующими логическими выраже- ниями ММ" =М =М- -3 е С).зультирующий индексати (число разрядовпроизводится замен бо гистше пят ра 33) д т+ м=. Приведенные логические выражения могут быть реализованы различным образом. На фиг. 4 представлен один из возможных вариантов. Например, канал 49 содержит три логических элемента 2 ИИЛИ 54-56, два логических элемента 2 И 57 и 58, логические элементы 2 ИЛИ-НЕ 59 и 2 ИЛИ 60. Для формирования управляющего сигнала МключомТ50 20 преобразователя канал 49 логического узла содержит логический элемент 2 ИИЛИ 54, Его входы подключены к соответствуюпры выходам регистра 33 так, что на выходе логического элемента 2 ИИЛИ 54 Формируют управля 55Еющий сигнал М =Ц, Я+И Р,р,Для формирования управляющего сигнала Ми ключом 21 в составе логи 1 Й 11 Ю 111 е е р11+11 Ц 1+111+Й 1+14 1114143 у1 ц, 1+14 Р+Ц, 14 1414 Р;-1 (11,21) соответственно для 84 ческого узла имеется два логических элемента 2 И 57 и 58, сигналы 4 Ц й иР 4 1.р Я Я 1 р с выхоДов котоРых постУпают на входы логического элемента 2 ИЛИ 60, а выходпоследнего подключен к входу логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 59, второй вход которого соединен с выходом логического элемента 3 ИИЛИ 54, Ре эулвтирумщий сигиал Иа в этом случаещ а. е еи " " це а, + АЗ+4 В+49,14Для Формирования сигналов управлея ключами 11 и 12 использованы логические элементы 2 ИИЛИ 55 и 56, входы которых объединены попарно и подключены к выходам Р, Р триггера 52, а также к выходам логических элементов 2 И 57 и 58 так, что на их выходах Формируются соответственно следующие логические сигналы: М д =т 48,1 Р Ц 4 Ц 15 Р И М 4 - эт 4 тс 1 Р+Я,4 Я 1 Ре Два других канала 50 и 51 логического узла выполнены аналогично с учетом Фазового сдвига на угол 2 Ц 3 управляющих сигналов, В логических выражениях, описывающих связи в узле, это задается изменением значения индекса . Результирующие сигналы с выходом каналов 50 и 51 логическогоГ Ю. узла соответствуют выражениям М -М приведенным выше,Принцип работы преобразователяпоясняется временными диаграммами, 35 представленными на фиг. 3 и 5. Рассмотрим, как формируют последовательности управляющих сигналов М. -М". ключами 11-16 и 20-25 переме 11 ного тока (Фиг. 5). Здесь представлены: 40 11 у - напряжение питанияр Ц- сигнал с выхода синхронизатора 26 с сетью, импульсы которого совпадают с момен- том изменения полярности напряжения питания Б. Работая в счетном режиме, 1-К-триггер 52 изменяет свое состояние с приходом каждого очередного импульса (Б ) последовательностиНа выходах Ц,1 Ц,. регистра 33 формируют сигналы прямоугольной Формы вида У -Б (некоторые представлены на Фиг, 5), сдвинутые по фазе на угол Т/15 относительно друг друга. После осуществления. логических операций над исходными последовательностями импульсов на выходах каналов 49-51 логического узла будут сформированы новые последовательности управляющих сигналов (импульсов) М-М; . Эти, а также некоторые промежу 5 14118точные сигналы представлены на фиг.5,Номер каждого логического элементана схеме,(фиг. 4) соответствует индексу приведенной последовательнос 5ти. Число витков вторичных обмоток2-7 трансформатора 1 выбрано одинаковым: 11 =Мэ==ЫПромежуточные отводы целят обмотки 2, 4 и 6 по числу витков в отно О шенин 1:4, а обмотки 3, 5 и 7 - в отношении 3:2 при отсчете от точек 9 и 10 соединения. Таким образом, в 1соответствии с управляющими последо твательностями импульсов М -М клю1 чи 11-16 и 20-25 переменного тока преобразователя осуществляют подключение к выходным зажимам 17-19 частей вторичных обмоток. При этом на интер" вале О-Т//3 осуществляется увеличение 20 амплитуды линейного выходного напря: жения по линейному закону (фиг. За)за счет последовательно подключаемых частей вторичных обмоток 2-7 с увели, чивающимся числом витков. На интервале 1/3-21/3 за счет синхронного пе-реключения пар ключей 11 и 12, 13 и14, 15 и 16 амплитуда напряжения навыходе преобразователя не изменяется, а на интервале 2 И/3- осуществляет" 30 ся линейное уменьшение его величины, Средняя линия выходного линейного напряжения представляет собой равнобо, кую трапецию с углом наклона боковых.сторон 71/3.35Для обеспечения регулирования величины выходного напряжения при минимально возможных искажениях преобразователь снабжен регулятором 28, В соответствии с сигналом П (фиг.Зб) 4 О с выхода модулятора 32 ширийы импульсов последовательно с первичной обмоткой трансформатора 1 включается вторичная обмотка дополнительного транс 4 юрматора 29 регулятора 28, Она, 45 может быть включена как встречно в этом случае выходное напряжение преобразователя регулируется от Бмокс до П Д, так и согласно с первичной обмоткой трансформатора 1. Напряжение на первичной обмотке трансформатора 1 имеет вид Б (фиг.Зб), а выходное напряжение (например, линейное напряжение А-В) - У . В зависимости17-1 В дот алгоритма работы ключей 30 и 31 регулятора 28 это напряжение может иметь различный вид (фиг. Зб, в), В первом случае модулятор 32 ширины импульсов может быть выполнен, например; на основе одного генератора пилообразного напряжения и при этом регулятор обеспечивает несимметричное фазовое регулирование, а во втором - симметричное фазовое регулирование.Таким образом, преобразователь позволяет получить трехфаэное напряжение с хорошим качеством, характеризуемым малой величиной коэффициента гармонии, из однофазного, При частоте питающей сети ГтГ (Г - частотаа выходного напряжения) коэффициент гармоник напряжения улучшается более чем в 6 раз (при углах регулирования Ы=О) от величины 0,31 до 0,046,Формула. изобретенияПр ео бр аз о ватель однофаз ного напряжения в трехфаэное, содержащийосновной трансформатор, концы первичной обмотки которого соединены с выводами для подключения источника однофазного напряжения, а вторичнаяобмотка выполнена с равными по числувитков полуобмотками, одни разноименные концы которых объединены и образуют нулевой вывод, а их другие разноименные концы и промежуточные отводы через ключи переменного тока. с управляющими входами М , М , М ., М , где ) - А,В,С-индекс выходной фазы,соединены с выходными выводами, и блок управления, включающий в себя . последовательно связанные узел синх" ронизации с источником однофазногонапряжения и узел распределения ципульсов, выходами связанный с управляющими входами ключей переменноготока, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью улучшения качества выходного напряжения, отвод первой полу- обмотки делит ее по числу витков в отношении 1:4, отвод второй попуобмотки - в отношении 3:2, узел распределения импульсов выполнен в виде последовательно соединенных пятнадцатиканального регистра с перекрестной связью, с парафазными выходами Я 1 ЙЙ, ЙД 1, 0, и трехканального логического узла, к остальным входам которого подключен парафазный выход Г, Р введенного 1 фК- триггера, счетный вход которого подключен к выходу узла синхронизации, установочный - к выходу введенного логического элемента 2 И-НЕ, подключенного к соответствующим выходам уз 7 1411898 8 ла распределения импульсов, а аппа- где =1 (11,21) соответственно для ратурная реализация логического уз- =А(В,С), ла и связи между входами и выходами причем если =16, 30, то связь между в каждом его канале определяется сле- Я -выходом вьппеупомянутого пятнадца 5 1дующими выражениямиМ =тиканального регистра и соответству 1 1+2 ВАР ющим входом логического узла определяется в соответствии с выражениемгде Х=-15, если х=31, 35 - то М Ц Я Р+Р1+1 1+ ф+ ЬЗ 1 нФ 10 Й 1=Й 1 где 1=з. 30ЪФЪ + 4 1+3 1+3 Ф э11411898ЗЧ Ы фставитель И.Жерхред М.Дидык еш едактор аэ 36 Подписо комитета СССРи открытийшская наб., д, 4 ое Прои венно-полиграфическое предприят 2 Тираж 665 ВНИИПИ Государственнопо делам изобретени 3035, Москва, Ж, Ра а Корректор О,Кравцо г