Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1721767 А 1 9))5 Н 04 М 539 ГОСУДАРСТВЕННый КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛЬ ТВУ ВТОРСКОМУ СВИ(088.8) свидет Н 02 М свидет Н 02 М льство СССР 7/539, 1988, льство СССР 7/539, 1990,(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 уменьшения коэффициента гармоник. Пре(21) 4863109/О(56) АвторскоеМ 1555789, клАвторскоеМ 1665486, кл юл. М 11кий сельскохозяйственный образователь содержит основнои однофазный инвертор на ключах 1 - 4 и два вспомогательных однофазных инвертора на ключах 5 - 12. Вторичная обмотка основного трансформатора 13 разделена промежуточными отводами на три секции 16-18, Отводы вторичной обмотки основного трансформатора 13 через последовательно соединенные вторичные обмотки 19 - 22 вспомогательных трансформаторов и ключи переменного тока 25, 26, 29, 30, 33 и 34 соединены с выходными выводами А, В, С преобразователя. Ключи переменного тока 23, 24, 27, 28, 31 и 32 соединяют крайние выводы вторичной обмотки основного трансформатора 13 с выходными выводами А, В, С, При определенном алгоритме коммутации ключей 1 - 12 и ключей переменного тока 23 - 34 на выходе преобразователя формируется 30-ступенча. тое фазное квазисин/соидальное напряжение. 3 ил., 1 табл,10 15 20 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электрапривода,Известен преобразователь постоянного напряжения в трехфэзное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной, вспомогательный и в дополнительных однофазных инверторов, нагруженных на трансформаторы. Концы вторичной обмотки основного трансформатора соединены через ключи переменного тока с выходными выводами преобразователя, Средняя точка этой обмотки также соединена с выходными выводами преобразователя через две встречно-параллельные ветви, каждая из которых содержит последовательно соединенные вторичные обмотки вспомогательного и дополнительных трансформаторов и три ключа переменного тока. Коэффициенты трансформации основноГо, вспомогательного и 1-го дополнительного трансформатора относятся между собой как (3 +1): 3 3 , Все инверторы работают на повышенн ых частотах. Н а и ряжения вторичных обмоток алгебраически суммируются и с помощью ключей переменного тока демодулируются в трехфазное ступенчатое напряжение. Например, при наличии одного вспомогательного и дополнительного трансформаторов формируется 15-ступенчатое напряжение, содержащее значительное количество высших гармоник.Однако данный преобразователь обладает недостаточно синусоидальной формой кривой выходного напряжения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной и вспомагэтельных однофазных инеерторов, нагруженных нэ трансформаторы. Концы второй обмотки основного трансформатора соединены через ключи переменного тока с каждым вы,ходным выводом преобразователя. Деа промежуточных отвода этой обмотки также соединены с выходными выводами преобразователя через две отдельные ветви, каждая из которых содержит последовательно соединенные вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов и три ключа переменного тока, Числа витков каждой крайней и средней секции вторичной обмотки основного трансформатора и числа витков вторичной обмотки 1-го вспомогательного трансформатора относятся между собой как 0,5 (3" + 1): 3": 3 Все инверторы работают на повышенных частотах. Напряжения вторичных обмоток трансформаторов алгебраически суммируются и с помощью ключей переменного тока демодулируются в трехфазное ступенчатое напряжение. Например, при наличии двух вспомогательных инверторов формируегся 29-ступенчатое напряжение,Известный преобразователь также обладает недостаточно синусоидальной формой кривой выходного напряжения. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник,Поставленная цель достигается тем, что преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение содержит основной и два вспомогательных однофазных инвертора, выходы которых подключены к первичным обмоткам соответственно основного и двух вспомогательных трансформаторов, концы вторичной обмотки первого из которых подключены через ключи переменного тока к каждому из выходных выводов преобразователя, а каждый из двух ее промежуточных отводов соединен с выходными выводами преобразователя через отдельную ветвь, содержащую последовательно соединенные вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов и ключи переменного тока, причем числа витков секций вторичной обмотки основного трансформатора ичисла вторичных обмоток вспомогательных трансформаторов каждой ветви относятся между собой как 14:2:5:3:1.На фиг,1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя;на фиг.2 - принципиальная схема блока управления преобразователем; нэ фиг,3 - диаграммы, поясняющие принцип работыпреобразователяСиловая часть преобразователя (фиг,1)содержит основной и два вспомогательныходнофазных инвертора, выполненных соответственно на ключах 1-4 и 5 - 8, 9 - 12, Выходы инверторов соединены с первичнымиобмотками основного 13 и вспомогательных 14 и 15 трансформаторов. Секции 1618 основного трансформатора 13 ивторичные обмотки 19-22 вспомогательныхтрансформаторов 14 и 15 соединены междусобой и подключены через ключи 23-34 переменного тока к выходным выводам А, В, Спреобразователя,Блок управления преобразователем(фиг.2) содержит задающий генератор 35,выход которого подключен к входу двоичного счетчика 36 импульсов с коэффициентомпересчета, равным 60. Выходы счетчика 36нагружены на адресные входы программи510 15 20 25 30 35 40 50 руемого постоянного запоминающего устройства 37. Выходы 38-55 последнего соединены через триггер 56, логическиеэлементы НЕ 57-66 элементы 2-2 ИИЛИ67-71 и блок 72 буферных усилителей с управляющими входами силовых ключей преобразователя, причем номера выходовблока 72 соответствуют номерам ключей, ккоторым они подключены.На фиг.З диаграммы 73-99 представляют формы импульсов на выходах следующих элементов: 73 - задающего генератора35; 74-83на выходах элементов 67-71,62-66 (импульсы управления ключами 1-12основного и вспомогательных инверторов);84-86 - трансформаторов 13-15; 87-98 - навыходах 47-55 элемента 37 (импульсы управления ключами 23-34); 99 - преобразователя .(форма выходного фазногонапряжения),Преобразователь работает .следующимобразом.Задающий генератор 35 формирует последовательность импульсов 73 (фиг.З), которая поступает на вход двоичного счетчика36 с коэффициентом пересчета, равным 60.С выхода счетчика 36 импульсы поступаютна адресные входы программируемого постоянного запоминающего устройства 37,логические состояния выходов 38-55 которого в зависимости от кода адреса представлены а таблице. Выходы элемента 37нагружены на входы блока 72 буферныхусилителей, причем уровень логическогонуля на его входе обеспечивает закрытоесостояние силового ключа преобразователя, а уровень логической единицы - открытое. Полупериод выходного напряжения 99преобразователя можно разделить.на 60равных интервалов, что соответствует 60 логическим состояниям элемента 37.На первом интервале с выхода 38 элемента 37 сигнал логической единицы (см,таблицу) устанавливает триггер 56 в логическое состояние "1", которое сохраняется в 4течение первого полупериода выходногонапряжения преобразователя. Выходныесигналы триггера 57 управляют работойэлементов 67-71, через которые проходятсигналы с выходов 39-43 на управляющиевходы ключей 1-12 инаертаров. С выходов39 и 40 элемента 37 сигналы логическихединиц проходят через открытые сигналомтриггера 56 элементы 67.и 68, усиливаютсяблоком 72 и отпирают ключи 1, 4 и 5 основного и вспомогательного инвертороа, Свыходов 41-43 сигналы логических нулейзапирают элементы 69 - 71, а следовательно, и силовые ключи 7, 9 и 11. Выходныесигналы элементов 67-71 инеертируются элементами 62-66 и отпирают силовые ключи 8, 10 и 12 и запирают ключи 2, 3 и 6, Сигналы логических единиц с выходов 47, 48 и 53 элемента 37 отпирают ключи 26, 27 и 32. Остальные ключи 23 - 25, 28 - 31, 33 и 34 переменного тока Заперты сигналами логических нулей с выходов 44-46, 49-52, 54 и 55 элемента 37, Формирование импульсов управления силовыми ключами на следующих интервалах происходит аналогичноописанному в соответствии с диаграммами 73 - 98 на фиг,З и таблицей истинности элемента 37.В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 13 - 15 формируются напряжения 83-86 (фиг,З), а йа фазе нагрузки, соединенной звездой, 30-ступенчатое напряжение 99. Для получения формы выходного напряжения, представленной на диаграмме 99, напряжения на каждой изсекций 16-18 основного трансформатора 13 должны быть равны 140, 20, 50, а напряжения на каждой из вторичных обмоток 9, 20 и 21, 22 вспомогательных трансформаторов 14 и 15 соответственно 30 и О.Силовая схема преобразователя работает следующим образом,На первом интервале замыкают ключи 1, 4, 5, 8, 10, 12, 26, 27 и 32 (диаграммы 74, 76, 79,.81, 83, 90, 91 и 96), При этом напряжение на обмотках 21 и 22 вспомогательного трансформатора 15 равно нулю, Через замкнутые ключи 26 и 27 к выходным выводам А, В преобразователя прикладывается алгебраическая сумма напряжений секции 1 б основного трансформатора 13 и обмотки 19 вспомогательного трансформатора 14, равная 110. К выводам В, С через ключи 27 и 32 - сумма напряжений секции 16-18, равная (-210), а к выводам С, А через ключи 32 и 26 сумма напряжений секции 17 и 18 иобмотки 19, равная 100. При этом фазные напряжения нагрузки, соединенной звездой, равныОдв - Осд 11 0 - 10 0 ООд -3 3 3Овс - Одв 210 - 110 3203 3 3Ос = - (Од+ Ов) = - 0;313т,е, .формируются первая положительная.21-я отрицательная и 20-я положительная ступени фазных напряжений Од, Ов, Ос.На втором интервале вместо ключа 12 замыкают ключ 11, появляется напряжение на обмотках 21 и 22 вспомогательноготрансформатора 15, Через ключи 26 и 27 квыводам А, В прикладывается алгебраическая сумма напряжений секции 16 и обмоток 19 и 21, равная 12 О, к выводам В, С через ключи 26 и 32 вновь прикладывается сумма напряжений секций 16 - 18, равная (-21 О), к выводам С, А через ключи 32 и 26 алгебраическая сумма напряжений секций 17 и 18 и обмоток 19 и 21, равная 90. Фазные напряжения становятся равными О, -11 О, 100, т.е. формируются вторая положительная 22-я отрицательная, 19-я положительная ступени фазных напряжений Од, Ов, Ос.На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 73 - 99 (фиг.3) и таблицей истинности эле-, мента 37.Подключение любой ветви схемы с помощью управляемых ключей, с двухсторонней проводимостью обеспечивает возможность прохождения тока,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 имеет лучшую форму, кривой выходного напряжения; 60 ступеней в полупериоде вместо 57 ступеней в известном преобразователе безусложнения схемы. Формула изобретения 5 Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение, содержащий основной и дв вспомогательных однофазных инвертора выходы которых подключены.к первичныь 10 обмоткам соответственно основного и двухвспомогательных трансформаторов, концы вторичной обмотки первого из которых подключены через ключи переменного тока к каждому из выходных выводов преобразо вателя, а каждый из двух промежуточныхотводов вторичной обмотки основного трансформатора, разделяющих ее на секции, соединен с выходными выводами преобразователя через отдельную ветвь, 20 содержащую последовательно соединенные вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов и три ключа переменного тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества выходного напряже ния путем уменьшения коэффициента гармоник, числа витков секций вторичной обмотки основного трансформатора и числа витков вторичных обмоток вспомогательных трансформаторов каждой ветви отно сятся между собой как 14:2:5;3:1,Заказ 962 ВНИИПИ Г при ГКНТ СССР 10 34 0 И И Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гага