Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное с амплитудноимпульсной модуляцией

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное с амплитудноимпульсной модуляцией

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Совета ими

Соцмалмстмческмк

Республмк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1,7363О6

l ф

-ф-.;

Г (6! ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 10.02.77 (21), 2450693/24 07 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень J% 19

Дата опубликования описания 28.05.80 (Ы)М. К .

Н 02 М 7/515

Гееударстееннмб кемнтет

СССР

50 делам нэобретеннй н открытий (53) УДК 621. .3 14.58 (088.8} (72) Авторы изобретения

Г. С. Мыпык и Ю. П. Иванов

Московский ордена Ленина энергетический институт (7I ) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ С АМПЛИТУДНОИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть исполь эовано для создания вторичных трехфазных источников питания электроприводов переменного тока малой мощности, работающих как на переменную, так и на пос5 тояннуто нагрузку в тех случаях, когда требуется согласование уровней напряжений питающей сети и потребителя, а также повышенное качество преобраэоIO ванной электрической энергии и приемлемые массо-габаритные показатели вторичного источника.

Вторичные трехфазные источники пи15 тадия (ВТИП) могут быть выполнены как в виде мостового трехфазного инвертора, так и в виде трех однофаэных инвертоPOBs

Известны трехфазные инверторы с широтик-импульсной модуляцией выходного напряжения ШИМ (Ц, а также инверторы с геометрическим сложением напряжений на вторичной стороне 2) Форма выходного напряжения инверторов с ШИМ отлична от синусоидальной.

Для обеспечения требуемого коэффициента гармоник необходимо на выходе инверторов устанавливать фильтры, которые значительно увеличивают установленную мощность преобразователя и снижают ет о энергетические показатели. Инверторы с геометрическим сложением напряжений сложны конструктивно и включают выходные трансформаторы, по крайней мере один из которых работает на выходной частоте, и нмеют поэтому неудовлетворительные массогабаритные показатели.

Известны схемы ВТИП, выполненные в виде нескольких однофазных инверторов, в которых повышение качества энергии реализуется амплитудно-импульсной модуляпией (АИМ) н широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Перспективным способом улучшения

ГармОническоГО cocTBBQ выхОднОГО HQIIpsжения инвергоров является AHM. АИМ для обеспечения одинакового с ШИМ качества

7 36 306

Известен преобразователь постоянно35 го напряжения в трехфазное переме1п ое с амплитудно-импульсной модуляцией вы— ходного напряжения, содержащий однофалный инвертор высокой частоты, выходом нагруженный на первичную обмотку сог40 лясуюшего высокочастотного трансформа— тора, вторичная обмотка которого выполнена с отпайками, образующими вместе с двумя концами той ОбмотEÄ .1 =6р + 1, где р -целое число, выходных

45 выводов трансформатора, распоаох:в нных симметрично относительно среднеE о вывода, коммутатор на полностью)ю управляемых ключах с двусторонней проводимостью, объединенных в группы, одни силовые концы которых соединены с выходными выводами трансформатора, а точки соединения других силовых концов этих ключей, объединенных в группы, образуют два выходных выводя преобразователя, 55 а также блок управления, включающий последовательно соединенные задвю ций генератор и мнс)гокянальный распределитель импульсов, ветх)эпь1 которых связа50 преобразованной электрической энергии реализуется с меньшими коммутационными потерями за счет меньшего числа тактовых интервалов и имеет более простую систему управления.

Из различных способов АИМ наиболее полно удовлетворяет основным требованиям способ формирования выходного напряжения с помощью преобразователей с промежуточныM звеном высокой частоты (3). 10

Силовая часть такого преобразователя содержит однофазный инвертор, согласующий трансформатор, работающий на частоте выше выходной частоты и коммутатор. формирование выходного ня- 15 пряжения преобразователя осуществляется переключением обмоток на вторичной стороне трансформатора попупроводниковыми ключами коммутатора, B таком режиме работы удается увеличить частоту 20 напряжения на первичной обмотке трансформатора и, следовательно, уменьшить его массо-габаритные показатели.

Возможно построение ВТИП с применением трех независимых однофазных ин- 25 верторов, а также на базе схем, в которых используют два одинаковых однофазных ипвертора, включенных, по схеме Открытого треугольника и, наконец, с помощью одного однофазного инвертора и З0 нескольких комплектов коммутаторов, чис- ло которых равно числу выходных фяз вторичного источника. ны соответственно с управляющими входами кпючей однофазного инвертора и коммутатора (4 j.

Недостатком данного преобрязоватепя является нерационально увеличенное число ключей его силовой части.

11епью изобретения является упрощение известного преобразователя.

Это достигается тем, что каждая груп— па коммутатора содержит (М -1) ключей, распределитель импульсов выполнен (2 g -2) канальным, каждый его 1 — ый канал из числа первых (Я-1) каналов совместно с (2 К вЂ” i -1) — ым каналом связаны с управа яюсцим входом соответствуюц1его ключа первой группы коммутатора через логический элемент ИЛИ.

Одновременно каждый -ый канал из йс -Е1 числа первых каналов сов2Ф -11 . местно с(= — -)>1 -ым канапом и каждый (-ый его канал из числа остальных — 1 каналов, начиная с(+ц-Ого

I 2(N-S 1 с ИН-1> канала совместно с -К+Ц -ым ка1 1 налом связаны с управляющим входом соответствующего ключа второй группы коммутатора через логический элемент ИЛИ, третий выходной вывод преобразователя образован средним выходным выводом трансформатора, а числя витков симметрично расположенных и ых выходных выводов трансформатора с числами витков его крайних И, выходных выводов связаны соотношением (2.п -И л)

Sin

1Ч 4но

® йп

OO о где ПΠ— номер крайнего выходного вывода трансформатора, численно равный

Зp) Yl = 1) 2 ... д — НОмер Вь! ходнОГО В61вода трансформатора при независимом отсчете от среднего выводя его вторичной обмотки в каждую от него сторону.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема описываемого преобразователя, на фиг. 2 — блок управления преобразователем; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие принцип получения ступенчатого напряжения на вторичной стороне трансформатора и алгоритмы переключения ключей коммутатора; на фиг. 4 временные диаграммы, поясняняцие принцип получения трехфазното напряжения с п Ом Ош ью ОДНОфаз НОГО и иве рт Ора.

Исходя из требований к качеству выходного напряжения, для иллюстрации выберем число- И, т.е. число выходных выводов трансформатора равным 7. Б этом случае число выходных выводов трансфор736 306 матора В каждую сторону от среднего выВодяеговторичнойобмоткиравно y = — -=5

N -1 о 2 число ключей в каждой группе коммутатора Й-t =6

Описываемый преобразователь (см. фиг. 1) содержит однофазный инвертор 1, выполненный в виде мостового инвертара на ключах 2-5. Однофазный инвертор

1 нагружен на первичную обмотку 6 согласующего высокочастотного трансформатора 7. Его вторичная обмотка 8 выполнена со средним выводом 9 и отпайками

10-13, образующими вместе с двумя концами 14 и 15 этой обмотки семь выходных выводов 9 — 15 трансформатора.

Выходные выводы трансформатора 7, кроме среднего 9, соединены с силовыми концами ключей 16-27 коммутатора

28, которые объединены. в две группы по шесть KITIo÷eé. ОДин из трех ВьтхОДных выводов преобразователя образован средним выводом 9 вторичной обмотки 8 трансформатора, два других — точками объединения одних силовых концов ключей 16-21 и 22-27 двух групп коммутатора, другие силовые концы этих ключей соединены с выходными выводами 10 — 15 трансформатора 7.

Блок управления 29 содержит задаю— ший генератор 30, подключенный к многоканальному распределителю импульсов

31, выполненному 12-ти канальным, каждый его 1 -ый канал из числа первых

6-ти каналов совместно с (13- i . )-ым каналом (т.е. 1-й канал совместно с

12-ым, 2 — ой совместно с 11-ым и т.д.) связаны с управляющим входом соответствующего ключа первой группы коммутатора (ключи 16-21) черезлогический 40 элемент ИЛИ (3 2-3 7) .

Одновре ме нно каждый Е -ы и канал распределителя импульсов из числа первых 4-х каналов совместно с (5 — j, )-ым

45 каналом (т.е. 1-й канал совместно с

4-ым и 2 — и — совместно с 3-им каналом ) и ка ждьт " К -ы и его канал из числа остальных 8 — ми каналов, начиная с

5-ro канала, совместно с (17- K)-ым

Г

50 каналом (т.е.,э-ый канал совместно с

1 2-ы м, 6 — Ой — с ов местно с 1 1-ы м каналом и т.д.) связаны с управляющим входом соответствук?щего ключа второй группы коммутатора (ключи 22-27) че55 рез логический эпемсHT ИЛИ (38-43).

Принцип формирт>вл»ия ступенчатого

ВЫХОДЕ!ОГО ll ?ПРЯЖЕ т!И Я НЯ BTOPH ЧНОЙ СТОРОне трлнсфоГ?е,тлторл Гтоясняется на фиг. 3, гдов. П вЂ” тяктОВьте кмпупея ы ил Выходе генерлтора импульсов 30;

Π—,Об — сие нлпе l управления, подавле— мые нл управляющие входы

Ил!очей 2-5 инверторл 1.

0 — форма напряжения нл первичIIo?? обмотке 6 трансформатора

7;

0, 0 формы напряжеепея нл вторич-! ной стороне трансформатора при поочередном пГ?рекетючении его обмоток соответственно ключами 16-21 и

22-27 коммутатора 28; — алгоритмы переключения

ЕЬ- ге 22+2-1

2г+ т KIIIo чей 16 « » 1 и 22 2 7 коммутатора 28.

BpeI IeIIHb1e диаграммы, поясняющие принщеп получения трехфазного напрякетнтя с помощью одиофазното инвертора

Е приведены на фиг. 4, где Ц -форма напряжеетия на первичной обмотке 6 трансфоРматоРа 7; Истое Ог,ое — фоРмы на-! пряжения а вторчнной стороне трансформатора при поочередном переключении его обмоток соответственно к!почами

16-21 и 22-27 коммутатора 28. Сдвиг фаз между "4ео и ) го о. ет т — формь! нлlт ряжения В фазах гЕог! -.2го 2 о 2 нагрузки, получечные при условии, что на этот?т!чной стороне тркнтсформлтора действует лишь напряжение

ll

Uìo .11 о форк!1- т-впряжен!!я Вф,азах нагрузки, получен»ь!е при условии, что Hp вторичной сторо»е трлнсформатора действует лишь напр.-.bKe»lle J,, ет

U . „Е т„, — фс; мы нлпряжо»ия в фазах нагрузки при Оц»овремс.ином дейстBIIII обоих напряжетеии l,)„, „и О... -,1.

П ри Гтостp oe»I«I Г?ьГходньт х на пряже етий в фазах нагрузки был применен принцип наложения.

Пе?еобразовлте!11 рл;;отает следующим образом. При подключенит! питания к блаку управления ll силовой части преобразователя замьтклт?T ктвючи 2,5 ннвертора

1. ?Гта ПЕРВИЧНОЙ ОбМОтКЕ 6 СОГЛаСуЮщего Высокочлст тного трлтесфорк!атора 7 формируют положптельнь;й иклпупьс напряжения (т < . Поляртюсть обмоток трансформатора такова, что при замыкании клк?ча 19 перво?! группы коммутатора 28 форе!Ируют первую ступент, полсжительной полувол»ы нлпряже»пя 0 то?

Одновреметпто при -?ilk !кани» ключа 23 второй группы коммуT. ?òñ рл 28 формируют Вторую cTv» ll! Отри!итал»РЙ полувол ны напряжения,т,, „„При;!лмыклтпти 736 300 ключей 3 и 4 инвертора 1 на обмотке

6 формируют отрицатепьный импульс HQпряжения 0 . Замыканием кгпочей

1 7 и 25 к ом мутат ора формируют с оо тВетстВенно ВтОрую ступень пОлОжит епь ной попувопны напряжения (),, и первую ступень отрицательной попувопны наРЯ ЕННЯ Оа„о,, Дальнейшее формирование ступеней происходит анапогй чно в соответствии с временными диаграммами, представпенными на фиг. 3.

Описываемый преобразователь может применяться во всех случаях, где требуется преобразование постоянного напряжения одного уровня в трехфазное напряжение другого уровня заданной фиксированной частоты.

Выходную частоту можно регулировать за счет изменения частоты задающего генератора. Диапазон регулирования при этом ограничен нижней рабочей частотой согпасуюшего трансформатора.

Цепесообразное чиспо ступеней выходного напряжения преобразователя выбирать в каждом конкретном спучае применения в зависимости от требования к искажению выходного напряжения. В предпагаемом преобразоватепе увеличить чиспо ступеней, а следовательно упучшить качество преобразованной энергии, можно за счет увспичения числа Г(выходных выводов трансформатора. При этом число кпючей в каждой груп»е комму35 татораравно (М вЂ” 1)=бр,где p — любое цепое число, Таким образом, в сравнении с известным преобразоватепем,<-.одержашем коммутатор на кпючах, объединенных в три группы, а также блок кпючевых эпементов, образующих выходной инвертор, предлагаемый преобразователь имеет лишь коммутатор на кпюч,".х, nj»I.динен45 ных В дВе Гру ппы i поочере ц1(О и - : кпю» чающий обм Отки на ВТОричнОй стороне трансформатора. Это упрощает устройство, а дпя обеспечения одинакового с известным решением качества преобразован50 ной энергии преобразователь реапизуется с меньшим числом силовых ключей,.

Формупа изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное с амппитудно-импупьсной модуляцией выходного напряжения, содержащий однофазный инвертор высокой частоты, ВьгходОМ наГруженный на первичную обмотку согпасуюшего высокочастотного трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена с отпайками, образующими вместе с двумя концами этой обмотки М р 1, где р — цепое число выходных выводов трансформатора, расположенных симметрично относитепьно среднего вывода, коммутатор на полностью управ— пяемых ключах с двусторонней проводимостью, объединенных в группы, одни сиповые концы которых соединены с выходными выводами трансформатора, а точки соединения других силовых концов этих ключей, объединенных в группы, образуют два выходных вывода преобразоватепя, а также блок управления, вкпючаю— ший IIocëåäoBBòåëüío соединенные задаю— щий генератор и многоканапьный IcIIpeделитель импульсов, выходы которых связаны соответственно с управпяюшими ВХОдами ключей однофазного инвертора и коммутатора,отпичающийся тем, что, с цепью упрощения, каждая группа коммутатора содержит (N -1) ключей, распредепитепь импульсов выполнен (2N—

2)-канальным, каждый его \ -ый канал из числа первых (N -1) каналов совместно с (2 М вЂ” 1 -1 ) -ым каналом связаны с управпяюшим входом соответствующего кпюча первой группы коммутатора через погический эпемент 14ЛИ, одновременно каждый -ый канал из числя

2(Ч-б первых — — канапов совместно с (— — --

2.(N-й ° 1 — з — -01Ц вЂ”,ым каналом и каждыи К -ый его канап из числа остапьньIx 4@2 г 2(н-lу каналов, начиная с — з=-+ f) -ого канада совместно с (, -ым каналом

ajar- ! 1 связаны с управпяк»дим входом соответствующего кпюча второй группы коммутатора, через логический элемент ИЛИ, третий выходной вывод преобразоватепя образован средним выходным выводом трансформатора, а чиспа витков симметрично расположенных И -ых Выходных выводов трансформатора с чиспами витков его крайних и выходных выводов связаны о с оотношение м: (2Л-Ц Л

4и 4 "о о где — номер крайнего выходного вывода трансформатора чиспенно равны Й Зр fI =1,2...II — номер ВыходпОГО ВыВОда

TpQHcIIIopMGTop9 при незаВисимом Отсчете o T среднего вывода его вторичной обмотки в к а ждучо От нРГО с тО рону.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ClllA ¹ 3573601, кл. 321-9, 1971.

2. Патент Англии Л 1414580, кл. Н 2 F, 1974.

736 306

3. Повышение эффективности устройств преобразовательной техники. Киев "Наукова думка, ч. 4. 1973, с. 127-136.

4, Мастяев Н. 3. Отчет НИР Разработка и исследование преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток ч. 1, шифр 366! 74, ¹ Ã 2679 1, МЭИ.

3С3Ое

uu2tO2

I 22О л

VZto2

VZ302

Н

220

Vgz

1ЯНИИПИ Заказ 2443/45

Тираж 783 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4