Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 1 1)5 Н 02 21 7/ ИС ОБРЕТ АВТОРС ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГННТ СССР У СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Красноярский сельскохозяйственный институт(56) Авторское свидетельство СССР У 1275717, кл. Н 02 И 7/5395, 1986,Авторское свидетельство СССР У 1432703, кл, Н 02 21 7/539, 1987. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КЗАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЙХЕНИЕ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цедь изобретения - повышение надежности путем уменьшениянапряжения на ключах переменного,801545311 2 тока и уменьшение массы и габаритов, Преобразователь содержит основной и вспомогательный однофазные инверторы, выполненные на ключах 1-4 и 5-8 соответственно и нагруженные на первич" ные обмотки основного 9 и вспомогательного 10 трансформаторов, Первая, вторая и третья вторичные обмотки 11, 12 и 13 основного трансформатора и вторичные обмотки 14, 15 вспомогательного трансформатора соединены между собой и через кпючи переменного тока 16-27 соединены с выходными выводами А, 3, С преобразователя. При определенном алгоритме коммутации ключей переменного тока 16-27 и ключей 1-8 основного и вспомогательного однофазных инверторов фазное выходное напряжение преобразователя имеет 11-ступенчатую форму, близкую к синусоидальной, 1 з.п. ф-лы, 4 ил.26зобретение относится к электроте: н 1 еке и может быть еесполъзоваво Всцстемах езторичного электропитания цэлс.:г,роцрцвода,5Цель изобретения - повышение наде.остее путем уменьшения напряженияца ,.ночах церемеешого тока и умецьшеццс массы Н Габаритов,фнг,еередставлее 1 а црцнцнпц- Озлецая схема силовой части преобразователя; иа фиг, 2 - принципиальнаяе.хиа сцстемы управления преобразователем; на фцг. 3 - диаграммы, поясняющие 1 риеециее формирования импульсов 5упр явления ключами преобразователя;на фиг, 4 - таблица истинности прог-,раммируемого постоянного запоминающего устройства,Треобразователь (фцг, 1) содержит 20ос.нонной и вспомогательный однофазные инверторы, выполненные соответственно на ключах 1-4 и 5-8, Выходыцнверторов нагружены на первичные об-мотки основного и вспомогательного 25трансформатора 9, О, Первая, втораяц третья вторичные обмотки 11-13 основного трансформатора 9 и вторичныеобмотки 14, 15 вспомогательноготрансформатора 1 О соединены между собой и через ключи 16-27 переменноготока с выходными выводами А, В, Спреобразователя,Влок управления преобразователем(фиг. 2) содерщт задающий генератор28, выход которого соединен черезтриггер 29 и блок 30 буферных усйлителей с управляющими входами ключей1-4 основного инвертора. 11 роме того,выход задающего генератора 28 подключен через делитель 31 частоты сизменяемым коэффициентом деления квходу двоичного счетчика 32, выходыкоторого соединены с адресными входами программируемого постоянного запоминающего устройства ЗЗ. Выходы 34-49последнего связаны через триггер 50,логические элементы 2-2 ИИЛИ 51-63,элементы НЕ 64-66, элементы 2 И 67и 68, блок 30 с управляющими входамисиловых ключей преобразователя, причем номера выходов блока 30 соответствуют номерам ключей, к которым ониподключены.На фиг. 3 диаграмм 69-91 представляют формы импульсов иа выходахследующих элементов; 69 - задающегогенератора 28, 70, 71 - прямого и инверсного выходов триггера 29 (импульсы управления ключами 1, 4 ц 2, 3иеевертора); 72 - делителя,частоты ЗГ;73 - 76 - элементоз 51, 64, 52, 65/9 1 - преобразователя (выходное фазноенапряжение Б).Устройство работает следующим образом,Улучшение формы кривой выходногонапряжения в преобразователе осуществляется за счет амплитудно-импульсноймодуляции, а уменьшение массы и габаритов трансформаторов - путем преобразования постоянного напряжения Впеременное на высокой промежуточнойчастоте.Задающий генератор 28 (фиг, 2)формирует последовательность импульсов 69 (фиг, 3), которая поступаетна вход триггера 29. Сигналы 70, 71еГо прямого и инверсного выходов усиливаются блоком 30 буферных усилителей и поступают на управляющие входысиловых ключей 1, 4 и 2, 3 основногоинвертора. 1 роме того, частота задающего генератора 28 делится делителем31 частоты, например на два, и поступает на, вход двоичного счетчика 32 скоэффициентом пересчета, равным 21,С выходов счетчика 32 импульсы посту-пают на адресные входы программируемого запоминающего устройства 33, логические состояния выходов 34-49 которого в зависимости от кода адресапредставлены в таблице на фиг. 4. Вымодные сигналы элемента 33 разрешаютили запрещают прохождение импульсов70, 71 с прямого и инверсного выходовтриггера 29 на входы блока 30. При-чем, уровень логического нуля на входе блока 30 обеспечивает закрытоесостояние силового ключа преобразователя, а уровень логической едииицы -открытое, Триггер 50 и логические элементы 53 и 66 обеспечивают инвертирование импульсов прямого и инверсноговыходов триггера 29, поступающих навход элементов 67, 68 и 54, 63, черезполупериод выходного напряжения пре"образователя. В первый полупериодсигналом логической единицы выхода 38элемента 33 триггер 50 устанавливается в логическое состояние и и навыход элемента 53 проходит прямаяпоследовательность импульсов с выходаПс = -(Ув - Ць) 5 154531 триггера 29. Во второй полупериод триггер 50 переключается в состояние О, и на выход элемента 53 проходят инверсные сигналы с выхода триггера 29. Такая смена последовательностей5 импульсов определяется алгоритмом работы ключей 16-27 (диаграммы 79-90, фиг. 3). Полупериод выходного напряжения 91 преобразователя можно разде лить на 21 равный интервал, что соответствует 21-му состоянию элемента 33.На первом интервале, в соответствии с таблицей фиг. 4, сигналы логических единиц с выходов 34, 37, 41, 42, 44 элемента 33 обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 29 через элементы 51, 55, 56, 58 на управляющие входы ключей 5, 19, 20, 22 и ин версной последовательности импульсов через элементы 52, 54, 57, 59 и блок 30 буферных усилителей на управляющие .входы ключей 7, 48, 21, 23. Кроме того, выходные импульсы. элементов 25 51, 52 инвертируются элементами 64, 65 и через блок 30 поступают на управляющие входы ключей 6, 8 вспомогательного инвертора. Сигналы логических нулей с выходов 39, 46 в , 49 эле мента 33 запирают элементы 6, 68, 60-63, а следовательно, и силовые ключи 1 6, 17, 24-27. Формирование импульсов управления всеми силовыми ключами преобразователя на следующих интервалах происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 69-90 (фиг . 3) и таблицей истинности (фиг . 4) элемента 33, В результате работы инверторов на обмотках 40 трансформаторов 9, 10 формируются прямоугольные напряжения 77, 78, а на фазе нагрузки при соединении ее звездой - напряжение 91 близкое по, форме к синусоидальному. Амплитуды ступеней с 1 по 11 этого напряжения511 7 Ю 8 Ю 1011 1111331311 1411411 -- , где Б - амплитуда напф 33 50 ряжения на обмотках 13, 14 вспомогательного трансформатора 1 О. Для получения напряжения с указанными амплитудами ступеней напряжения на вторичных обмотках 11-13 основного транс - форматора 9 должны бйть равны 2 П, 30, 2 Ц, т.е. числа витков обмоток 11-13 основного трансформатора 9 и обмоток 14 и 15 вспомогательного трансформа 6тора 1 О должны относится как 2:3:2; :1;1 .Основной и вспомогательный инверторы и трансформаторы могут работать на любой высокой частоте, кратной выходной частоте преобразователя. При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя частоты 31 и числом ступеней в полупериоде выходного напряжения . Пусть коэффициент деления делителя 31 частоты равен, например двум. Тогла интервал каждой ступени напряжения 91 можно разделить на два подынтервала, соответствующих полупериоду работы трансформатора 9.На первом подынтервале первого интервала замыкают ключи 1, 4, 5,8, 19, 20, 22 (диаграммы 70, 73, 76, 82, 83, 85 фиг, 3) . При этом напряжения на вторичных обмотках 11:-13 основного трансформатора 9 равно соответственно 2 П, ЗП, 2 У, а на вторичных обмотках 14-15 вспомогательного трансформатора 1 О равны Ю. К выходным выводам А, В преобразователя через замкнутые ключи 22 и 19 прикладывается ал 1 ебраическая сумма напряжений обмоток 12-14, равная 4 Б, к выводам В, С через ключи 19, 20 сумма напря- жений обмоток 11, 12, 13, равная (-711), к выводам С, А - через ключи 20, 22 - сумма напряжений обмоток 11 и 14, равная 311. В этом случае при соединении нагрузки звездой фязные напряжения равны Пяв - Нсй 4 У - ЗБ ЮОд = ----- -= --- 3 3 31 На втором подынтервале первого интервала замыкают ключи 2, 3, 6, 7, 18, 21, 23 меняется полярность напряжений на,обмотках трансформаторов 9 и 1 Ю. К выходным выводам А, В прикладывается алгебраическая сумма напря - жений обмоток 11, 12, 15 равная 411, к выводам В, С - сумма напряжений обмоток 11 - 13, равная (-7 Б), к выводам С, А - сумма напряжений обмоток 13 и 1 5, равная 30, поэтому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале при любом коэффициенте деления делителя 31 частоты работа ключей.переменного тока повторяется для не"четных и четных подынтервалов соответственно и формируются первая положи 5тельная, восьмая отрицательная, седьмая положительная ступени фазных напряжений Уь, Уь, Ос соответственно.На первом подынтервале второго ин"тервала замыкают ключи 1, 4, 5, 7, 1019, 20,.22 меняется полярность напряжений на обмотках 11-13 основноготрансформатора 9, а напряжение на обмотках 14, 15 вспомогательного транс-форматора 1 0 становится равным нулю 15К выводам А, В, прикладывается сумманапряжений обмоток 12, 13, равная 511,к выводам В, С - сумма напряжений обмоток 11, 12, 13, равная (-77), к выводам С, А напряжение обмоток 11, рав "20ное 211. При этом фазные напряженияобмоток становятся равными 11 д = 11,Ув = -4 Ю, У ЗЮ, т.е. формируетсявторая положительная, девятая отрицательная и шестая положительная ступени фаэных напряжений.В дальнейшем работа преобразователяпроисходит аналогично описанному в соответствии с диаграммамн 69-91 (фиг,Э)импульсов управления ключами преобразователя.Подключение любой ветки схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность проХождения токав двух направлениях и постоянстворазности потенциалов фаз в течение.каждого интервала. Это обуславдивФетработоспособность преобразователя прилюбом коэффициенте мощности нагрузкис неизменной формой кривой выходного 40напряжения,В предлагаемом преобразователеуменьшено приложенное к ключам переменного тока напряжение и снижена масса основного и вспомогательноготрансформаторов. Формула изобретенияПреобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, выходами соединенные с первичными обмотками основного и вспомогательного трансформаторов, первый из которых содержит три вторичные обмотки, а второй - две вторичные обмотки, а также четыре группы ключей переменного тока, по три ключа в каждой группе, одни силовые выводы которых подключены к соответствующим выходным выводам преобразователя, а другие силовые выводы ключей каждой группы объединены и образуют четыре общие точки, из которых первая и четвертая соединины с началом первой и концом третьей вторичных обмоток основного трансформатора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения напряжения на ключах переменного тока и уменьшения массы и габаритов, объединенные начало второй и конец первой, а также начало третьей и конец второй Ъторичных обмоток основного трансформатора соединены порознь через вторичную обмотку вспомогательного трансформатора с общими точками второй и третьей групп ключей переменного тока соответственно.2Преобразователь по.п, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что числа витков первой, второй и третьей вторичных обмоток основного трансформатора и вторичных обмоток вспомогательного трансформатора относятся между собой как 2:3:2:1:1."Патент",Гагарина,101 ул. ВНИИПИ Государственного 113035, Составитель В.Моин Техред А.Кравчук комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5