Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение

ГОСУДАРСТВЕННЫИПО ИЗОБРОЕНИЯМГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ К АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬСТВ р миряжен пими(71) Красноярский сельскохозяйственный институт(56) Авторское свидетельство СССРВ 1275717 кл. Н 02 И 7/5395, 1985,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕНЬ ПОСТОЯНЙОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ(57) Изобретение оносится к электротехнике и может быть использованов системах вторичного электропитанияи злектропривода. Цель изобретенияповышение качества выходного нааря-.жеикя путем снижения коэффициентагармоник. Преобразователь содержитосновной инвертор на ключах 1"48014 7 Ы Д 2 вспомогательный ннвертор на ключах .5-8 и дополнительный инвертор на ключах 9-12. К выходу инверторов подключены первичные обмотки соответственно основного трансформатора 13, вспомогательного трансформатора 14 и дополнительного трансформатора 15. Две одинаковые половины вторичной обмотки 16 и 17 основного, трансформатора и вторичные обмотки 18 и 19 вспомогательного и дополнительного трансформаторов через ключи переменного тока 20-28 соединены с выходными выводами А,В,С преобразователя. Ключи инверторов 1-12 и ключи переменного тока 20-28 коммутируются по такому алгоритму, что фо у выходное линейное напр ие ступенями, апроксимнрую с ду, . и имеющее коэфФициент гар5 2 Е. 5 нл.Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах электропитания и электропривода, и является, усовершенствованием изобретения по авт.св. У 1275717.Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем снижения коэффициента гармоник.На фиг.1 показана принципиальная схема силовой части преобразователя для случая, когда он содержит основ" ной, вспомогательный и один дополнительный инверторы; на фиг.2 " принципиальная схема системы управления 15 преобразователем; на фиг,З - диаграммы, поясняющие принцип Формирования импульсов управления ключами преобразователя; на фиг,4 и 5 " таблицы истинности программируемых постоянных 20 запоминающих устройств.Преобразователь (фиг. 1) содержит основной, вспомогательный и дополнительный инверторы, выполненные соответственно на ключах 1 - 4, 5 - 8, 25 9. - 12. Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки трансформаторов 13 - 15. Секции 16 и 17 вторичной обмотки основного трансформатора 13 и вторичные обмотки 18 и 19 вспомога тельного я дополнительного трансформаторов 14 и 15 соединены между собой и через ключи 20 - 28 переменного тока - с выходными выводами А,В,Спреобразователя.1Блок управления преобразователем (фиг, 2) содержит задающий генератор 29 выход которого соединен через триггер 30 и блок 31 буферных усилителей с управляющими входами ключей 1 - 4 основного инвертора. Кроме того, выход задающего генератора 29 подключен через делитель 32 частоты с изменяемым коэффициентом деления к входам двоичных счетчиков 33 и 34. 45 Выходы счетчиков 33 и 34 нагружены соответственно на адресные входы программируемых постоянных запоминающих устройств 35 и 36, Выходы 37-40 и 41-49 последних соединены через логические элементы НЕ. 50-54 и элементы 2 И 55 и 56, триггер 57, элементы 2-2 ИИЛИ 58-62 .я блок 31 с управля-, ющими входами силовых ключей преобразователя, причем номера выходов блока 31 соответствуют номерам ключей, к которым оди подключены.На фиг.З представлены формы им", пульсов: диаграмма 63 - на входе за" дающего генератора 29; 64 и 65 - прямого и инверсного выходов триггера30 (импульсы управления ключами 1;4 и 2, 3 основного инвертора); 66 -делителя 32 частоты; 67-74 - на выходах 37-40 элемента 35 и выходах50-53 (импульсы управления ключами5-12 вспомогательного и дополнитель"ного инверторов); 75-77 - трансформаторов 13-15; 78-83 - 2 И 55, 56;2-2 ИИЛИ 58-62 (импульсы управленияключами 20-25); 84-86 - на выходах47-49 элемента 36 (импульсы управления ключами 26-28); 87 - форма выходного Фазного напряжения Ц преобразователя,Преобразователь работает следующимобразом.Улучшение формы кривой выходногонапряжения преобразователя осуществляется эа счет амплитудно-импульсноймодуляции. Задающий генератор 29(фиг.2) формирует последовательностьимпульсов 63 (фиг.З), которая поступает на вход триггера 30. Сигналы 64и 65 прямого и инверсного выходовтриггера 30 усиливаются блоком 31буферных усилителей и поступают науправляющие входы ключей 1, 4 и 2, 3основного инвертора, Кроме того, частота задающего генератора 29 делится,например на два делителем 32 частотыи поступает на вход двоичного счетчика 33 с коэффициентом пересчета 20и вход двоичного счетчика 34 с коэффициентом пересчета равным 30, С выходов, счетчиков 33 и 34 импульсы поступают на адресные входы программируемых постоянных запоминающих устройств 35 и 36 соответственно, логические состояния выходов 37-40 и41-49 которых в зависимости от кодаадреса представлены в таблицах соответственно на фиг.4 и 5. Выходныесигналы элементов разрешают или запрещают прохождение импульсов 64-65с прямого или инверсного выходовтриггера 30 на вход блока 31, т.е,на силовые ключи 1-12 и 20-28 преобразователя. Причем уровень логического нуля обеспечивает закрытое состояние силового ключа преобразователя, а уровень логической единицы -открытое, Триггер 57 и логическиеэлементы 58 и 54 обеспечивает инвертирование импульсов прямого и инверсного выходов триггера 30, поступающих на входы элементов 55,56 и 59-62, 146 7722через каждый полупериод выходного напряжения преобразователя. В первый полупериод сигналом логической "1" с выхода 41 элемента триггер 57 уста 5 навливается в логическое состояние "1" и на выход элемента 58 проходит прямая последовательность импульсов с выхода триггера 30. Во второй полу" период триггер 57 переключается в состояние "0". и на выход элемента 58 и проходят инверсные сигналы с триггера 30. Такая смена последовательность импульсов определяется алгоритмом работы ключей 20-25 (диаграммы 78-83, фиг.З) преобразователя, Полупериод выходного напряжения 87 преобразователя можно разделить на 30 равных интервалов, что соответст" вует 30-ти состояниям элемента 36,На первом интервале сигналы логических нулей с выходов 37 и 38 и логических единиц с выходов 39 и 40 элемента 35 усиливаются блоком 31, запирают ключи 5 и 7 и отпирают ключи 9 и 11. Кроме того, эти сигналы инвертируются элементами НЕ 50-53, усиливаются блоком 31, отпирают ключи 6 и 8 и запирают ключи 10, 12,С выхода 42 сигнал логического "0" ц запирает элементы 2 И 55, 56, а, следо вательно, и силовые ключи 20 и 21.С выходов 44 и 45 сигналы логических единиц обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов,через элементы 2-2 ИИЛИ 60 и 61 на управляющие входы ключей 23 и 24 и инверсной последовательности через элементы 59 и 62 на управляющие входы ключей 22 и 25. Сигнал логической 40 единицы с выхода 47 и сигналы логических нулей с выходов 48 и 49 отпирают ключ 26 и запирают ключи 27 и 28, Формирование импульсов управления всеми силовыми ключами преобразователя на следующих интервалах происходит в соответствии с диаграммами 63-86 (фиг.З) и таблицами истинности (фиг,4 и 5) элементов 35 и 36. В ре" зультате работы инверторов на обмотках трансформаторов 13-15 формируют 50 ся прямоугольные напряжения (диаграммы 75-77), а на фазе нагрузки при соединении ее звездой - 15-ступенчатое напряжение (диаграмма 87),близкое. по форме к синусоидальному Амплитуды ступеней с первой по пятнадцатую этого напряжения равны-0 -Б 20 -Б - Б У 4 У 2 4 8 10 11 13 33 3 333 14 16 17 19 20 - 0 5 Б - Б - У 60 У 33333 где У - амплитуда первой ступени выходного линейного напряжения. Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней напряжения на каждой из секций 16 и 17 основного трансформатора 13 должны быть равны 50, а на вторичных обмотках 18 и 19 вспомогательного и дополнительного трансформаторов 14 и 15 - ЗН, О, т.е, коэффициенты трансформации основного, вспомогательного и дополнительного трансформаторов должны относится между собой как 10:3:1, Для случая ш дополнительных трансформаторов коэффициенты трансформации основного, вспомогательного и -го дополнитель" ного трансформаторов должны относится между собой как (3 +1):3 :3 где =2,3"ш - порядковый номер дополнительного трансформатора, Такое соотношение коэффициентов транс" формации позволяет получить заданную форму кривой выходного напряжения при меньшем числе дополнительных инверторов и трансформаторов. Например, при ш=1 и 2 число ступеней в полупериоде выходного напряжения будет соответственно равно 30 и 84.Основной инвертор и трансформатор могут работать на любой высокой час" тоте кратной выходной. При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя 32 частоты и числом ступеней в полуперноде выходного напряжения, Пусть . коэффициент деления делителя 32 частоты равен, например, двум .(фиг.З, диаграмма 66). Тогда интервал каждой ступени напряжения 87 можно разделить на два подынтервала, соответствующих полупериоду работы основного трансформатора 13.На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи 1,4,6,8,9,11, 23,24,26 (диаграммы 64,68,70, 71,73, 81,82,84, фиг,3). При этом напряжение на каждой из секций 16 и 17 вторичной обмотки основного трансформатора 13 равно 5 У, а на вторичных обмотках 18 и 19 вспомогательного и дополнительного трансформаторов 14 и 15 - нулю. К выходным выводам А, В преобразователя через замкнутые ключи 26 и 23 прикладывается напряжение секции 17, равное 5 У, к выводамВ, С через ключи 23 и 24 сумма напря" жений секций 16 и 17, равная -100, к выводам С,А через ключи 24 и 26 напряжение секции 16, равное 50, В случае соединения нагрузки звездой5 фазные напряжения равны0 вь-Оса 50-50 Овс 0 дь"503 1 10 с = (0 д+0 ь) =- (0-50) 50,На втором подынтервале первогоинтервала замыкают ключи 2, 3, 6,8, 911, 22, 25, 26, меняется поляр-.ность напряжений на обмотках трансформатора 13, а напряжение на обмотках 18 и 19 трансформаторов 14 и 15остается равным нулю. К выходнымвыводам А, В прикладывается напряжение секции 1 бравное 50, к выводамВ, С - сумма напряжений секций 16и 17, равная - 100, к выводам С,А -напряжение секции 1, равное 50, 25поэтому величины линейных и фазныхнапряжений остаются прежними, В дальнейшем на первом интервале при любомкоэффициенте деления делителя 32частоты работа ключей переменноготока повторяется для нечетных и четных подынтервалов соответственно иформируются нулевая, десятая отрицательная и десятая положительная ступени фазных напряжений 04 р 01 0 с,соответственно.35На первом подынтервале второгоинтервала .замыкают ключи 1,4,6,8,1011,23,24,2 б, вновь меняется полярность напряжений на секциях 16 и 17основного трансформатора 13, появля-40ется напряжение на обмотке .19 дополнительного трансформатора 15, равноеО, а напряжение на обмотке 18 вспомогательного трансформатора 14 остаетсяравным нулю, К выводам А, В приклады" 45вается сумма напряжений секции 17и обмотки 19, равное 60,к выводамВ, С - сумма напряжений секций 16и 17, равная - 100, к выводам С,А"разность напряжений секции 16. и об-; 50 мотки 19, равная 40.При этом фазныенапряжения становятся равными2 . 16 14ЗОВ - 3 0, -3 О, т.е. формируются первая положительная, одиннадцатая отрицательная и девятая положительнаяступени фазных напряжений 0, 0,0 соответственно. В дальнейшем работа преобразователя происходит в соот"ветствии с диаграммами 63-87 (диг,З)импульсов управления ключами преобразователя,Подключение любой ветви схемыс помощью ключей переменного токаобеспечивает возможность прохождениятока в двух направлениях и постоянство разности потенциалов фаз в течениекаждого интервала, Это обуславливаетработоспособность преобразователяпри любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.Предлагаемый преобразователь обеспечивает по сравнению с известным лучшую форму кривой выходного напряжения (пятнадцатиступенчатую коэффициент гармоник которой равен К =5,2 Х вместо шестиступенчатой с К =9,4 фФормула изобретенияПреобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение по авт. св, У 1275717, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем снижения коэффициента гармоник, введено ш дополнительных однофазных инверторов, нагруженных на ш дополнительных трансформаторов, вторичные обмотки которых включены последовательно в цепь вторичной обмотки вспомогательного трансформатора, а коэффициенты трансформации основного, вспомогательного и -го дополнительного трансформаторов относятся между собой как (3" +1):З: :З , где =1,2,3ш - порядковый номер дополнительного трансформатора.Закаэ 1209/53 Тираж б 45 ВНИИПИ Государственного комитета по иэо 113035, Москва, Ж, Р