Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение

(51) 5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ уменьшения коэффициента гармоник, Преобразователь содержит основной инвертор на ключах 1-4 и и вспомагательных инверторов на ключах 5-12. Вторичная обмотка 16-18 основного трансформатора 13 и вторичные обмотки 19-22 вспомогательных трансформаторов 14 и 15 через ключи переменного тока 23 - 34 соединены с выходными выводами А, В и С. При определенном алгоритме коммутации ключей 1 - 12 и ключей переменного тока 23 - 34 выходное напряжение имеет 29-ступенчатую форму, близкую к синусоиде. Соотношение числа витков каждой крайней секции 16 (18), средней секции 17 вторичной обмотки основного трансформатора 13 и вторичных обмоток 19 (20), 21 (22) 1-го вспомогательного трансформатора 14, 15 выбирается равным (3" + 1)/2: (/) :3:3 .3 ил.С: тельных инвертора, выполненных соответственно на ключах 1 - 4, 5 - 8 и 9 - 12. Выходы инверторов нагружены на первичные обмотки трансформаторов 13-15 соответственно. Секции 16 - 18 вторичной обмотки основного трансформатора 13 и вторичные обмотки 19 - 22 вспомогательных трансформаторов 14 и 15 соединены между собой и через ключи 23-34 переменного тока - с выходными выводами А, В, С преобразователя,Блок управления преобразователем (см. фиг. 2) содержит задающий генератор 35, выход которого соединен через триггер . 36 и блок буферных усилителей 37 с управляющими входами ключей 1 - 4 основного ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ, ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР(71) Красноярский сельскохозяйственный институт(56) Авторское свидетельство СССР М 1467722, кл. Н 02 М 7/539, 1987.Авторское свидетельство СССР М 1555789, кл, Н 02 М 7/539, 1988.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода, Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода.Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник.На фиг. 1 показана принципиальная схема силовой части для случая двух вспомогательных инверторов (и - 2); на фиг, 2 - принципиальная схема блока управления преобразователем; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя.Силовая часть преобразователя (см. фиг, 1) содержит основной и два вспомога, 1665486 А 1инвертора, Кроме того, выход задающего генератора 35 подключен через делитель частоты 38 с изменяемым коэффициентом деления к входу двоичного счетчика 39. Выходы счетчика 39 нагружены на адресные входы программируемого постоянного запоминаащего устройства 40, выходы 41-55 которого соединены через логические элементы Н Е 56-64, триггер 65, элементы 2-2 И 2 ИЛИ 66-78, элементы 2 И 79 - 82 и блок буферных усилителей 37 с управляющими входами силовых ключей преобразователя, причем номера выходов блока 37 соответствуют номерам ключей, к,которым они подключены.На фиг. 3 диаграммы 83 - 108 представляют формы импульсов на выходах следующих элементов:83 - задающего генератора 35,84 - делителя частоты 38,85 - 92 - элементов 66-69 и элементов 60- 63 (импульсы управления ключами 5 - 12 вспомогательных инверторов),93 - 95 - трансформаторов 13 - 15,96 - 107 - элементов 79-82 и 71-78(импульсы управления ключами.23 - 34),108 - форма выходного фазного напряжения ОА преобразователя.Устройство работает следующим образом,Задающий генератор 5 формирует последовательность импульсов 83 (см. фиг, 3), которая поступает на вход триггера 36. Сигналы прямого и инверсного выходов триггера 36 усиливаются блокам буферных усилителей 37 и поступают на управляющие входы ключей 1, 4 и 2, 3 основного инвертора, Кроме того, частота задающего генера-. тора 35 делится, например, на 2 делителем частоты 38 и поступает на вход двоичного счетчика 39 с коэффициентом пересчета, равным 57. С выходов счетчика 39 импульсы поступают на адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 40, логические состояния выходов 41-55 которого в зависимости от кода адреса представлены в табллце, Выходные сигналы элемента 40 разрешают или запрещают прохождение импульсов с прямого или инверсного выходов триггера 36 на вход блока 37, т,е. на силовые ключи 5 - 12 и 23 - 34 преобразователя. Причем уровень логического нуля на входе блока 37 обеспечивает закрытое состояние силового ключа преобразователя,ауровеньлагическойединицы - открытое. Триггер 65 и логические элементы 70 и 64 обеспечивают инвертирование импульсов прямого и инверсного выходов триггера 36, поступающих на входы элементов 71 - 78 и 79-82, через каждый полупериод выходного напряжения преобразователя, В первый палупериод сигналом логической единицы с выхода 45 элемента 40 триггер 65 устанавливается в логическое 5 состояние "1" и на выход элемента 70 про- .ходит прямая последовательность импульсов с выхода триггера 36,. Во второй полупериод триггер 65 переключается в состояние "0" и на выход элемента 70.прохо дят инверсные сигналы с триггера 36, Такаясмена последовательности импульсов определяется алгоритмом работы ключей 23 - 34 (см. фиг. 3, диаграммы 96-107) преобразователя. Полупериод выходного напряжения 15 (см. фиг. 3, диаграмма 108) преобразователяможно разделить на 57 равных интервалов, что соответствует 57-ми состояниям элемента 40.На первом интервале работы элемента 20 40 в соответствии с таблицей, сигналы логических единиц с его выходов 41, 43, 48, 49 и 51 обеспечивают прохождение прямой последовательности импульсов с выхода триггера 36 через элементы 66, 68, 72, 73 и 82 и 25 инверсной последовательности импульсовчерез элементы 60, 62, 71, 74 и 81 и блок буферных усилителей 37 на управляющие входы клочей 5, 9, 26, 27, 30 и 6, 10, 25, 28, 29 соответственно. Остальные силовые клю чи преобразователя заперты сигналами логических нулей с соответствующего выхода элемента 40. Формирование импульсов упрввления всеми силовыми ключами преобразователя на следующих интервалах 35 происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 83-108 (см. фиг. 3) и таблицей истинности элемента 40. В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 13 - 15 формируются пря моугальные напряжения (см. фиг, 3, диагааммы 93 - 95), э на фазе нагрузки при соединении ее звездой - 29-ступенчатое фазное напряжение (см, фиг. 3, диаграмма 108), близкое по форме к синусоидэльному.45 Для получения напряжения представленной формы напряжения на каждой из секций 16, 17 и 18 основного трансформатора 13 должны быть равны 50, 9 О, 50, э на втОричных обмотках 19, 20 и 21, 22 вспомо гательных трансформаторов 14 и 15 соответственно ЗО, О, т.е. числа витков секций 16-18 вторичной обмотки трансформатора 13, а также числа витков вторичных обмоток трансформаторов 14 и 15 должны относить ся между собой кэк 5: 9: 5; 3: 1. Для случаяи вспомогательных трансформаторов числа витков каждой крайней и средней секций вторичной обмотки основного трансформатора,. а также числа витков вторичной обмотки -го вспомогательного трансформаторовдолжны относиться между собой как 3 +1 и, и -и: 3: 3, где= 1, 2, 3, , и - порядковый номер вспомогательного трансформатора. Такое соотношение чисел витков секций и обмоток позволяет получить заданную форму кривой выходного напряжения при меньшем числе вспомогательных инверторов и трансформаторов, Например, при и = 2, 3 число ступеней в полупериоде выходного напряжения будет соответственно равно 57 и 165.Инверторы и трансформаторы могут работать на любой высокой частоте, кратной выходной, При этом кратность частот определяется коэффициентом деления делителя частоты 38 и числом ступеней в полупериоде выходного напряжения. Пусть коэффициент деления делителя частоты 38 равен, например, двум (см, фиг. 3, диаграмма 83). Тогда интервал каждой ступени напряжения (см, фиг. 3, диаграмма 108) можно разделить на два поди нтервала, соответствующих полупериоду работы трансформаторов 13-15.На первом подинтервале первого интервала замыкают ключи 1, 4, 5, 8, 9, 12, 26, 27 и 29. К выходным выводам А и В, преобразователя через замкнутые ключи 29 и 26 прикладывается алгебраическая сумма напряжений секций 17 и 18 и обмоток 19 и 21, равная 100, к выводам В и С через ключи 26 и 27 - сумма напряжений секций 16-18, равная (-19 О), к выводам С и А через ключи 27 и 29 - сумма напряжений секций 16 и обмоток 19 и 21, равная 9 О. В случае соединения нагрузки звездой фазные напряжения равны:Од -Одв - Осд 10 О - 9 О О,3 3 3Ов -Овс - Осд 19 О - 10 О 2903 3 3 Ос = - (Од + Ов) = - (- -- 3=) = --О 29 О 280На втором подинтервале первого интервала замыкают ключи 2, 3, 6, 7, 10,11, 25, 28 и 30, меняется полярность напряжений на обмоткаМ трансформаторов 13 - 15. К выходным выводам А и В прикладывается алгебраическая сумма напряжений секций 16 и 17 и обмоток 20 и 22, равная 10 О, к выводам В и С - сумма напряжений секций 16 - 18, равная (-19 О), к выводам С и А - сумма напряжений секции 18 и обмоток 20 и 22, равная 9 О, поэтому величины линейных и фазных напряжений остаются прежними. В дальнейшем на первом интервале при любом коэффициенте деления делителя 38 частоты работа ключей переменного тока повторяется для нечетных и четных подинтервалов соответственно и формируются первая положительная, двадцатая отрицательная и девятнадцатая положительная ступени фэзных напряжений Од, Ор, Ос соответственно. На первом интервале втооого интервала замыкают ключи 1, 4, 5, 8, 9, 11, 26, 27 и 10 29, вновь меняется полярность напряженийна обмотках трансформаторов 13 и 14 и исчезает напряжение на обмотках 21 и 22 вспомогательного трансформатора 15, К выводам А и В прикладывается алгебрэиче ская сумма напряжений секций 17 и 18 иобмотки 19, равная 110, к выводам В и С - сумма напряжений секций 16 - 18, равная (-190), к выводам С и А - сумма напряжений секции 16 и обмотки 19, равная 8 О. При этом 20 фазные напряжения становятся равными О,10 О, 9 О, т.е. формируется вторая положительная, двадцать первая отрицательная и восемнадцатая положительная ступени фазных напряжений Од, Ов, Ос соответст венно, На следующих интервалах работапреобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммаМи 83 - 108 (см, фиг. 3) импульсов управления ключами преобразователя и таблицей ис тинности элемента 40.Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разности по тенциэлов фэз в течение каждого интервала, Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.40 Формула изобретенияПреобразователь постоянного напряжения в трехфазное квэзисинусоидальное напряжение, содержащий основной и и вспомогательных однофазных инверторов, 45 нагруженных на трансформаторы, четырегруппы ключей переменного тока, по три ключа в каждой, одни силовые выводы которых подключены к выходным выводам преобразователя, а другие их силовые выводы 50 объединены в четыре общие точки, две изкоторых соединены с концами вторичной обмотки основного трансформатора, а две другие точки подключены соответственно к первым концам первой и второй ветвей, 55 каждая из которых содержит последовательно соединенные вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов, причем второй конец первой ветви подключен к первому промежуточному отводу вторичной обмотки основного трансформатора, о т 1665486и и ч а ю гц и й с я тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник, вторичная обмотка основного трансформатора содержит второй промежуточный отвод, 5 расположенный симметрично с первым промежуточным отводом относительно середины этой обмотки и соединенный с вторым концом второй ветви, а числа витков каждой крайней секции вторичной обмотки основного трансформатора, средней секции и вторичной обмотки -го вспомогательного трансформатора относятся между собой как 3" +1: 3: 3, где 1 =1,2,3и - порядковый номер вспомогательного трансформатора..Моин ентал СоставительТехред М.Мо орректор В.Ги едакт узнецов каз 2398 ВНИИПИ Госуда Ю 87 У 89 700 й 7 Ю 70 705 70 б Тираж 387 Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гаг