Преобразователь постоянного напряжения в регулируемое трехфазное напряжение

(19) (11) 1)5 Н 02 М 7 539 НИЕ ИЗОБРЕТЕН Я 5 кстильный и Московс институт ий энерГ. С.Мь СССР194.ССР29/24-07,етельств М 7/505, ельство е 1(. 4024 3 СЭ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬ(ТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свиУ 532162, кл. Н 02Авторское свидеВ 1471 268 по,заяв1986,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В РЕГУЛИРУЕМОЕ ТРЕХФАЗНОЕНАПРЯЖЕНИЕ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано всистемах вторичного электропитанияи электропривода. Цель изобретения -повышение качества выходного напряжения за счет уменьшения коэффициента гармоник. Преобразователь содержит три мостовые инверторные ячейки 1,2,3. Каждая мостовая инверторная ячейка выполнена на двух полу+ Ч;+Ь 0 Д 1,0 +мостах на ключах 4-15 переменногогока и одном полумосте на ключах 1621 в виде транзисторов, шунтированных возвратными диодами, к которомуподключен отвод от промежуточной точки первичной обмотки выходного тран-сформатора 28. Вторичные обмотки 31 -33 выходных трансформаторов мостовых Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода.Цель изобретения - повышение ка- . чества выходного напряжения за счет уменьшениякоэффициента гармоник.На Фиг, 1 представлена схема силовой части преобразователя, на Фиг. 2 - принципиальная схема блока управления; на Фиг. 3 - временные диаграмммы, поясняющие принципы работы преобра эователя, Формирования управляющих сигналов и выходного напряжения при Определенном значении угла регулирования (,; на фиг. 4 - Форма напряжения на обмотке трансформатора и форма Фазного напряжения нагрузки при0; на Фиг, 5 - временные диаграммы возможных сигналов управления ключами второго полумоста при работе преобразователя на нагрузку, имеющую угол нагрузкив диапазоне -(7 1 Г/20 Ы/2) с у с(7 Г/20 - - ) (б)40на Фиг. 6 - принципиальные схемы двух вариантов каналов логическогоузла, предназначенных для формирования сигнала управления М, при разных значениях угла 45Преобразователь постоянного напряжения в регулируемое трехфазноенапряжение (Фиг.1) содержит тримостовые инверторные ячейки 1-3. Каждая ячейка содержит два полумоста наполностью управляемых ключах 4-15 переменного тока и полумост ключей 162) на транзисторах, шунтироваиныхвозвратными диодами. Выходные выводы полумостов на ключах 4-5 подключены55к крайним выводам первичных обмоток 22-27 трех выходных трансформаторов 28-30, а отводы от промежуточных точек этих обмоток подключены к выхоинверторных ячеек соединены звездой,Ключи 4-21 полумостов управляются с18-ти выходов блока управления поалгоритму, обеспечивающему формирование семиступенчатого фазного напряжения с широтно-импульсной частичной(на неполную глубину) модуляцией впроцессе регулирования, 6 ил,дам полумоста на ключах 16-21. Вторичные обмотки 31-33 трансформаторов 28-30 соединены в звезду, образуя свободными концами выходные выводы А,В,С преобразователя,Блок управления преобразователем (Фиг.2) содержит последовательно соединенный задатчик 34 частоты и делитель 35 частоты на два, подключенный к счетному входу пятнадцатиканального регистра 36 с парафазными выходамиРь, Р,., Р, . Регистр 36 может быть выполнен, например, на триггерах с перекрестной связью. Выход задатчика 34 частоты подключен также к входам модулятора 37 ширины импульсов и счетными входами трех 1 К-триггеров 38-40, установочные входы 1 и К которых подключены к выходам регистра 36 так, что 1, = Р К= 0, Г,= Р К,= 6, т, = О К э = 0. Выходы регистра 36, модулятора 37 ширины импульсов и трех триггеров 38-40 (Р Ь Э, 0, 0 э, Рз) подключены к входам трех логических узлов 41-43. Аппаратурная реализация логических узлов 41-43, обеспечивающая связи между их входами и выхода -ми И 1 Й , 1 , 11 ть 1" э 1 з (гпе= А,В,С), в каждом из них определяется следующими логическими выражениями: М= 0;61.+ 0 Д .+ 0. М 1 Р +Д аз+ РО 04 01 фэ Р мДв 11 ю 8 + 1 щ Б +5 1541739 6Иццдекс 1 для фазы А равен 1, длящим входом МА (М,42) упомянутого клюА 2фазы В 2. = 11, а для фазы С=. 21, ча 6 (17), содержит два логическихЕсли определенный по данным выраже- элемента ЗИ 60 и 61 . К их входам под-.чниям результирук)щии индекс Соответ- ключены выходы Я модулятора ширины5ствующего выхода регистра 36 окажет- импульсов и выходы 1-К триггеров 38ся больше 15 следует осуществить опе- и 39 таким образом, что связи междурацию замены: (1 =где 1 - ними определяются логическими выраже - -5. Аналогично, индекс ш для ниями: ЗИ 60 - В,В Я, а на выходе 3 Ифазы А равен 1, для фазы В ш = 3д ф зь В ш = 3 и 10 61 - В,В 2 Я. Госле инвертирования лодля фазы С щ = 5 а В = В77) - В, если гический сигнал РР Е с выхода логиш3 причем и = ш. Эти приве- ческого элемента ЙЕ б 2 (ИЕ бЗ - Р Р Е)денные логические выра.(ения могут поступает на вход логического элеменбыть реализованы различным образом та 2 И 49 (2 И 53),), другой вход котопри помощи стандартных логических15 рого подключен к выходу логическогоэлемента 2 И 48 (2 И 52), где формируодин из возможных ва иантов ется сигнал, определяемый логическимкаждый логический узел 41-43 содержит выражением0 (2 И 52 - Я 4 Я 4),4 14 Ч 4 "(1 Ф16 логических элементов 2 И, 44-59, На выходе логического элемента 2 Идва логических элемента 3 И, 60 и 61, 20 49 (2 И 53), подключенном к одномудва логических элемента НЕ 62 и 63, из входов логического элемента 3 ИЛИ70 (3 ИДИ 71 нри этом,.боринруатсн,65, два логических эпемента 2 ИЛИ 66 сигнал 0 О, В,В Я (2 И 53 - 1",7 0 В,В Я)и 67 ва логиче кд с их элемента 3 ИЛИ- В состав описываемого какала логиче 4 42 4 14НЕ 68 и 69 и вад а логических элемен ского узла 41 входят также логическиета 3 ИЛИ 70 и 71, Выходы Млогиче- элементы 2 И 50, выход Ое 0 е(2 И 54ского узла 1 через усилительно-раз- Ц ф) которого подключен к входу ловязывающий узел 72 связаны с.соот- гического элемента 2 И 51 (2 И 55), аветствующими управляющими входамиМ . к второму его входу подключен выходлкключеи 4-7,6 и 17. 30 логического элемента 2 И-НЕ 64 (2 И - НЕКанал логического узла 41, пред). На выходе логического элементаназначенный, например, для формиро И 51 формируется сигнал О (э з 11 Р4 14вания управляющего сигнала М А (М А ) (2 И 55 - 0 0 (.) Р ) и он подключ нключом 4 или 5 со( ), одержит два ло- к вторьму входу логического элементагических элемента 2 И 44 и 45 (46 и 47), 3 ИЛИ 70 (3 ИЛИ 71). На выходе логиК их входам подключены выходы регист- ческого элемента 3 ИЛИ 70 (3 ИЛИ 71),ра 36 так что связи мез между ними оп- к оставшемуся входу которого подклюределяются логическими выражениями:на выходе логического элемента 2 И (3 И 60), формируется управляющий44 - Я ф 4 (2 И 46 - О ЗР 4), а на вы О сигнал 1 , = 0 С, В В 2 Я + В.ВЯ +ходе логического элемента 2 И 451401(2 И 47 -14,5). Выходы этих 014 Оз з(3 ИЛИ 71 - М у С Д 14 В,Г Я+элементов подключены к входам логи- +В В Я + О Р бэ 0,.1 24" 74 л 1ческого элемента 3 ИЛИ-НЕ 68 (69),к оставшемуся свободному входу по- . 45 Третий канал логического узла 41,следнего подключен соответствующий . предназначенный для формирования упвыход регистра 36. На выходе логиче- равляющего сигнала М 1,Мключом 6ского элемента 3 ИЛИ-НЕ 68 будет при (7), содержит два логических элеменэтом сформирован управляющий сигнал, та 2 И 56 и 57 (2 И 58 и 59), подклюопределяемый логическим выражением, 50 ченных выходами к входам логическогоЗ И 71 ИЕ бв - И - а,а, + а аа т элемента 2 ИЛИ 66 (2 ИЛИ 67), так,+ О (3 ИЛИ-НЕ 69 - Й е 1 ск Я )Я 4. + что на выходе последнего формируют(ат 14(ч) 15+ О 7) управляющий сигнал, определяемый лоКанал логического узла 41, пред- гическим выражением М = 0 Р ,+АЗназначенный для Формирования управ-55 2 1 ф+00 (2 ИЛИ 67 - Р ае( р +дз ляющего сигнала ключом 16 (17) вто-Я 2("; ) . Эти выходы логического узларой стойки инверторной ячейки 1 и свя связаны с управляющими выходамизанный выходом М,(М. через усили- М Аз и М з ключей 6 и 7. Два другихтельно-развязываюший узел 72 с управляю- логических узла 42 и 43 выполнены ана 1541739логично с учетом сдвига на угол 2 е/3управляющих сигналон ключами фазВ, С. Логические выражения, определяющие связи между логическими элементами в каждом канале всех трехлогических узлов 41-43, приведенывыше,Прйнцип работы преобразователя поясняется временными диаграммами, предсавленными на фиг.З. На этом чертеже представлены; 11 - сигнал С выхода задатчика. 34 частоты, синХронизирующего работу преобразователя 11 - сигнал с выхода делиЗЬТеля 35 частоты, Уэ - сигнал Я с 18 ыхода модулятора 37 ширины импульсов 37. Длительностьэтого;сигнала, пропорциональная величине определяет величину выходного на-. Нряжения преобразователя. С выхода регистра 36 получают симметричные импульсы Б прямоугольной формы, сдвинутые друг относительно друга на угол и/15, например, 00,,0,0, 0, на фиг,З. Каждый из 1-К триггеров (38-40) синхронизирован соответствующим сигналом с выхода регистра 36. При этом выходные сигналы 11 ,- 1, сиднинуты на угол 1/30 по отношению к сигналам Оь, Яи 9 соответственно. По.сле осуществления логических операций над полученными последовательностями импульсон на выходах логических элементов 66-71 логических узлов 41-43 получают новые последовательности управляющих импульсов, определяемые приведенными выражениями, Номер каждого логического элемента 44 - 71 в узле 41, соответствует индексу полученной последовательности импульсов, некоторые из которых представлены на Фиг.З; В результате ключи 4-21 преобразователя переключаются в соответствии с равработанным алгоритмом. Регулироночные паузыи дополнительные импульсы при этом вводятся не на всем интервале проводимости.0- р и я - 2 а только на определенном участке (О , 11, на Фиг.3). При симметричной нагрузке преобразователя, соединенной н звез-. ду без нулевого провода, Фазное напряжение на нагрузке (при соответствующей величине. регулировочцой ггпу зы 1)имеет вид БА (Фиг, 3). Для случая с(= 0 Форма фазноговыходного напряжения нагрузки Уприведена на фиг,4, Там же представлена кривая напряжения Г 5на трансформаторе 28.Представленная на фиг.2 схема логического узла 41 обеспечинает работу преобразователя по фиг. на нагрузку, имеющую любой, не заданныйзаранее, коэффициент мощности сон ц11(угол нагрузки -1 Г/2Ч, с Г/2),В том случае, когда величина сон Чограничена, схема управления, обеспечивающая неискажаемую форму выходного напряжения, может быть изменена,Так, при работе на нагрузку св (7 М/20 - ь/,2) ( Ц(,.Г(/2 управляющие ,сигналы Ми Й могут"иметь форму,приведенную на фиг.5 а;. ДополнитеЛьные переключения на интервале я "2 цдля сигнала М (О- я для сигнала И)могут быть ограничены только зоной1 -Зя/2 (О- и/2) (фиг,5 а). При ра боте на нагрузку, имеющую . - (7 К/20-1/2) 4Ч,4(7 1,20 - с(/2) дополнительныхвключений в указанных зонах можно вообще не производить (Фиг.5 б). В этихслучаях схема каналов логического 30 узла (например, узла 41) имеет вид,представленный на фиг. 6, В первом иэрассмотренных случаев .один иэ входонлогического элемента 3 И 61 подключен к выходу 0регистра 46 (фиг.ба),35 3 сигнал и еет вид Г"Ж = 04 С .р 10 8++Э 0 ч + 00 0 0Во втором случае вместо логического элемента 3 ИЛИ 70 (71) включают логический элемент 2 ИЛИ 73, Сигнал имейет нид Г 47 = (4(10 01 П 28 0401311% Предлагаемый преобразователь обеспечивает формирование квазисинусоидальпого трехфазного напряжения суменьшенной по сравнению с известнымпреобразователем величиной коэффициента гармоник К (11) . В диапазоне иэмене. гния соотношения чисел витков секций первичных обмоток 22 и 23 1:К, где 1;3 4К1,5 К (11) (при о( = 0 изменяется в пределах 0,068К( Ю:.-0,071, Для сравнения н известномпреобразователе Кг(11) = 0,094, Такимобразом обеспечено улучшение качествавыходного напряжения.55Формула изобре тенияПреобразователь постоянного напряжения в регулируемое трехфазное натак, что М, 01,0 ,з+Р 1 +М;,=Ц з ;,0. 1,И + 11 Ь+ + 0;0;.з 0;+ 0;+иМ;=0;006 .,З+ЬВ З+ + Р з мз РтО;+иФ1Мз =0+ + 0+о м,= р., ,+ о;., о,где 1 = 1, 11, 21 и ш = 1,3,5, соответственно для 1 = А, В, С, при этом, если индекс при Я превьппает 15, а индекс, при ш превьппает 3, то полученное значение уменьшают соответственно на 15 или на 3 с одновременной инверсией данного выхода, причем при необходимости эту операцию повторяют неоднократно. 9 154173 пряжениесодержащий три .мостовые инверторные ячейки, каждая из которых выполнена в виде трех подключенных параллельно к входным выводам преобразователя полумостов ключей и выход 5 ного трансформатора, первичная обмотка которого первым крайним выводом соединена с выходом первого полумоста ключей с управляющими входами 1 ф , и И , , отводом от промежуточной точки - с выходом второго полумоста ключей, выполненных в виде транзисторов, шунтированных возвратными диодами и имеющих управляющие входы Г 1 и Й1 а вторым крайним выводом - с выходом третьего полумоста ключей переменного тока с управляющими входами Мз и М, причем вторичные обмотки выходных трансформаторов трех мосто вых инвертарных ячеек соединены в звезду и подключены к вьжодным выводам преобразователя, и блок управления, содержащий последовательно соединенные задатчик частоты.,25 делитель частоты на два, Ж-каналь- ный регистр с парафазными выходами 000, 0 и три одинаково выполненных логических узла, выход И ъ 931,Гззм 33 которьж соедиВиены с одноименйымй управляющими входами ключей полумостов, к выходу задатчика частоты подключены также/Модулятор ширины импульсов, выходом 8 подключенный к одним иэ входов ло 35 гических узлов, и счетные входы трех 1-К-триггеров, установочные входы которых подключены к соответствующим выходам И-канального регистра, а их парафазные выходы Э Р,0 0 з 40 910подключены к.другим входам логических узлов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения качества выходного напряжения за счет уменьшения коэффициента гармоник, ключи первого полумоста выполнены н виде ключей переменного тока, К-каналь" ный регистр выполнен пятнадцатиканальным (И = 15), упомянутые установочные входы Т-К-триггеров подключены О,Ф К 1 - 06 7 - С 19 К- 11%з = О Кз = Оа связи между входами и выходами логических узлов определяются следующими логическими выражениями РЯз+ й 1+з + 01+и + 0; 11541739 г ц(ф иКо Фиг.5 Фиг.б Заказ 28 Ти Подпи НИИПИ Государственно 11303