Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение

. ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) МФ б . Р).33":,)3 И БР(:О- дЬИБЛИЭТЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ МУ С ТЕЛЬ К АВТОР фс С(71) Красноярский государственный аграрный унйверситетР 2) А.КАзаров(56) Авторское свидетельство СССР Ь 944026, кл. Н 02 М 7/48, 1980,- Авторское свидетельство СССР М 1683159, кл. Н 02 М 7/539, 1989.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИ.- СИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (57) Использование;.преобразование постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное напряжение в системах электропривода и вторичного электропитания. Сущность изобретения: основной и два Изобретение отноМтся к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода.Цель изобретенияповышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник,Заявляемый преобразователь отличается тем, что числа витков вторичных обмоток основного трансформатора одной и другой ветви каждой фазы и числа витковвторичных обмоток первого и второго вспомогательных трансформаторов относятся между собой как (5+4 К),(10+4 К):3;1, а числа витков первой секции вторичной обмотки . основного трансформатора одной ветви, соединенной одним выводом с вторичной обвспомогательных однофазных инвертора на транзисторах соответственно генерируют напряжения прямоугольной формы с нулевыми паузамй на определенных интервалах времени. Эти напряжения с помощью основного и двух вспомогательных трансформаторов изменяются до необходимого уровня, определяемого соотношением числа обмоток, как (10+4 К).(5+4 К):3:1, где К,2 Х. - любое целое число, определяющее число отводов, разделяющих секции одной из ветвей каждой фазы вторичной обмотки основного трансформатора. Соотношение числа витков секций равно 5;4, При определенном алгоритме коммутации ключей переменного тока на выходе преобразователя Формируется 19-ступенчатое Фазное напря- З жение. 4 ил. моткой пеРвого вспомогательного трансФорматора, й каждой из остальных секций этой обмогки относятся между собой как 54, Фе К" 1,2,3 - любое целое число.На Фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части преобразователя, для случая когда вторичная обмотка основного трансформатора первой ветви содержит один промежуточный отвод; на фиг. 2 - принципиальная схема блока управления преобразователем; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя; на Фиг. 4 - таблица истинности программируемого постоянного запоминающего устройстваСиловая часть преобразователя фиг,1 содержит основной и два вспомогательныходнофазных инвертора, выполненных соответственно на ключах 1-4, 5-8, 9-12. Выходы инверторов нагружены на первичныеобмотки основного 13 и вспомогательныхтрансформаторов 14, 15. Секции 16-19, вторичные обмотки 20, 21 основного трансформатора 13 и вторичные обмотки 22, 23 и 24,25 вспомогательных трансформаторов 14,15 соединены через ключи переменного тока 26-31 в две фазы по схеме открытого.треугольника, вершины которого образуютвыходные выводы А,В,С преобразователя,Блок управления преобразователемфиг.2 содержит задающий генератор 32,выход которого подключен ко входу двоичного счетчика импульсов 33 с коэффициентом пересчета равным 39, Выходысчетчике 33 нагружены на адресные входыпрограммируемого постоянного запоминающего устройства 34. Выходы 35-46 последнего соединены через триггер 47,логические. элементы НЕ 48-57 элементы2-2 ИИЛИ 58-62 и блок буферных усилителей 63 с управляющими входами силовыхключей преобразователя, причем номеравыходов блока 63 соответствуют номерамключей, к которым они подключены.На фиг. 3 диаграммы 64-84 представляют формы импульсов на выходах следующихэлементов;64 - задающего генератора 32,65-74 - на выходах элементов 58-62 и53-57 (импульсы управления ключами 1-12основного и вспомогательных инверторов),75-77 - трансформаторов 13-15,78-83 - на выходах 41-45 элемента 34(импульсы управления.ключами 26-3 1),84- преобразователя (Форма выходногофазного напряжения).Преобразователь работает следующимобразом. Задающий генератор 32 Формирует последовательность импульсов 64(фиг.3),которая поступает иа вход двоичногосчетчика 33. С выхода счетчика 33 импульсы поступают на адресные входыпрограммируемого постоянного запоминающего устройства 34, логическйв состояния выходов 35-46 которого взависимости от кода адреса представлены в таблицена фиг, 4. Выходы элемента34 нагружены на входы блока буферныхусилителей 63, причем уровень логического нуля нв вго входе обеспечивает закрытое состояние силового ключапреобразователя, а уровень логическойединицы - открытое, Полупвриод выходноо напряжения 84 преобразователяможно разделить на 39 равных интерва Мв, что соответствуе 39 логическим состояниям элемента 34,Нэ первом интервале с выхода 35 элемента 34 сигнал логической единицы табл.фиг, 4 устанавливает триггер 47 в логическов состояние "1" которое сохраняется в 5 течение первого полупериода выходногонапряжения преобразователя, Выходные сигналы триггера 47 управляют работой элементов 58-62, через которые проходят сигналы с выходов 35-40 на управляющие 10 входы ключей 1-4 и 5-12 основного и вспомогательных инверторов. С выходов 36, 37, 40 элемента 34 сигналы логических единиц проходят через открытыв сигналом триггера 47 элементы 58, 59, 62, усиливаются блоком 15 63 и отпирают ключи 1,4 и 5,11 основного ивспомогательного инвврторов, С выходов 38, 39 сигналы логических нулей запирают элементы 60, 61, а следовательно, и силовые ключи 7,9. Выходные сигналы элементов 20 58-62 инвертируются элементами 53-57 иотпирают силовые ключи 8, 10 и запирают ключи 2,3,6,12. Сигналы логических единиц с выходов 42, 46 элемента 34 отпирают ключи 27, 31, Остальные ключи переменного 25 тока 26, 28-30 заперты сигналами логических нулей с выходов 41, 43-45 элемента 34, Формирование импульсов управления силовыми ключами на следующих интервалах.происходит аналогично описанному в соот ветствии с диаграммами 64-83, фиг. 3 и таблицей истинности элемента 34, Фиг, 4, В результате работы инверторов на обмотках трансформаторов 13 - 15 формируются напряжения 75-77 фиг. 3, а на фазе нагрузки.35 соединенной звездой 19-ти ступенчатое напряжение 84, Для получения Формы выходного напряжения, представленной на диаграмме 84 напряжения на каждой из секций 16, 18 и 17, 19 обмоток 20, 21 основного 40 трансрматора 13 должны быть соответственно равны 9 А 4 О, 14 О, а напряжения на каждой из вторичных обмоток 22, 23 и 24,: 25 вспомогательных трансформаторов 14, 15 соответственно по 30 и Ю45 При другом пройзаольном числа "К" отпаек вторичной обмотки первой ветви основного трансформатора 13 числа витков вторичных обмоток вспомогательных трансформаторов относятся между собой ак 50 (5+4 К):(10+4 К):3 1, а числа витков первой икаждой последующей секции вторичной обмотки основного трансформатора первой ветви относятся между собой как 5.4,Силовая часть преобразователя работа-55 вт следующим образом.На первом интервале .замыкаютключи 1,4,5,8,10,11,27,31 (диаграммы65,67,70,72,73,79,83) фиг, 3). Через замкнутый ключ 27 к выхьдным выводам А,В преобразователя прикладывается алгебраическая сумма напряжений секций 16, 17 основного трансформатора 13 и обмоток 22, 24 вспомогательных трансформаторов 14. 15, равная 7 О. К выводам В,С через ключ 31 - напряжение обмотки 21, равное (-14 О), а к выводам С,А через ключи 31, 27 алгебраическая сумма напряжений обмоток 21, 22, 24 и секций 16, 17 равная 70. При этом фазные напряжения нагрузки, соединенной звездой соответственно равны:Од Одв - Осд 7 О - 7 О 33- 0 Овс - Одв - 14 О - 7 ООв3 370Ос = - (Од+ Ов) =7 От,е. формируются нулевая, 13-я отрицательная и 13-я положительные ступени фазных напряжений Од, Ов, Ос.На втором интервале вместо ключей 5, 10, 11 замыкают ключи 6,9,12 исчезает напряжение на обмотках 22, 23 вспомогательного трансформатора 14, Через ключ 27 к выводам А,В преобразователя прикладывается сумма напряжений секций 16, 17 и обмотки 24, равная 8 О, к выводам В,С через ключ 31 вновь прикладывается напряжение обмотки 21 равное (-14 О), к выводам С,А, через ключи 31, 27 алгебраическая сумма напряжений обмоток 21, 24 и секций 16, 17 равная 60. Фазные напряжения становятся2 22 20равными - О, -- О, О, т,е. формиру 333ются первая положительная, 14-я отрицательная и 12-я положительная ступени фазных напряжений Од, Ов, Ос.На следующих интервалах работа преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммами 64-84, фиг. 3 и таблицей истинности элемента 34, фиг. 4,Подключение любой ветви схемь 1 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.Предложенный преобразователь обеспечивает следующие преимущества перед прототипом беэ усложнения схемы: 1, Лучшую форму кривой выходного напряжения 19-ти ступенчатую вместо 18-ти ступенчатой.2. Увеличение КПД, надежности, срока 5 службы потребителей за счет уменьшенияпотерь от высших гармоник.3. Повышение быстродействия, исключение автоколебаний в системе преобразователь частоты - асинхронный двигатель эа 10 счет уменьшения или исключения выходныхфильтров.4, Повышение точности равномерностивращения асинхронных двигателей, питаемых от преобразователя, уменьшение влия ния на питающую сеть за счет уменьшенияамплитуд высших гармоник.5, Уменьшение входных и выходныхфильтров, т.е. уменьшение массы и габаритов преобразователя за счет лучшей ком пенсации реактивной мощности нагрузки илучшей формы выходного напряжения соответственно,Формула изобретения 25 Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное квазисинусаидальное напряжение, содержащий основной, первый вспомогательный и второй вспомогательный однофазные инверторы, нагруженные на пер вичную обмотку соответственно основного,первого вспомогательного и второго вспомогательного трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены в две фазы по схеме открытого треугольника, вершинами 35 подключенного к выходным выводам преоб-.разователя, каждая из указанных фаз содержит две параллельные ветви, в первую из которых включены последовательна вто-.ричные обмотки основного, первого и вто рого вспомогательных трансформаторов, аво вторую ветвь вторичная обмотка основного трансформатора, при этом вторичная обмотка основного трансформатора первой ветви каждой из двух фаз разделена на сек ции посредством К промежуточных отводов,одни концы ветвей соединены между собой непосредственно, а другие концы ветвей и все промежуточные отводы соединены с выходным выводом преобразователя через 50 ключи переменного тока, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник, числа витков вторичных обмоток основного трансформатора 55 одной и другой ветви каждой фазы и числавитков вторичных обмоток первого и второго вспомогательных трансформаторов отно-.сятся между собой как 5+4 К):(10+4 К):3:1, а числа витков первой секции вторичной обмотки основного трансформатора однойветви, соединенной одним выводом с вторичной обмоткой первого вспомогательного трансформатора, и каждой из остальных секций этой обмотки относятся между собойкак 5,4, где К - 1,2,3, - любое целоечисло.О Составитель А. АзаровРедактор А. Егорова Техред М. Моргентал Корректор М. Ку ри ГКНТ СССР роцзводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 аказ 1579 Тираж. ВНИИПИ Государственного комитета по изо 113035,Москва, Ж, Ра