Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетскнн

Сощналнстнческнн

Республик (ii!7363} О (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 10.01.77 (21) 2444982/24-07 с присоединением заявки %в (23) Приоритет

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень,% 19

Дата опубликования описания 30.05.80 (5} }М. Кл, Н 02 М 7/537

Гееудерстеенный комитет но делам изобретений и етнрытий (53} УДК 621. (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. С. Мыцык и A. B. Чесноков

Московский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ТРЕХфАЗНОЕ

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть . использовано для построения централизованных источников питания для частотного запуска и управления двигателями переменного тока малой мощности (до единиц кВА), различных типов (синхронных, асинхронных и пр.), работшощих как на постоянную, так и на переменную нагрузку, во всех случаях, где требуются то уменьшенные масса и габариты и улучшенное качество выходного тока.

Известны инверторы с широтно-импульсной модуляцией (UIHM) выходного напряжения, обеспечивающие уменьшен15 ные искажения выходного тока Я,(2).

Наряду с возможностью изменения выходной частоты в этих инверторах в принципе возможно также известными способами осуществить регулирование выходного напряжения. Все указанные инверторы имеют бестрансформаторный выход.

В ряде случаев применения требуется согласование уровней напряжения нита2 ния и напряжения на нагрузке. Наиболее широко применяемым средством решения этой задачи является установкана выходе инверторов согласующего трансформатора. Однако при низких выходных частотах, а также при использовании инвертора в электроприводе частотноГо запуска и управления двигателями применение трансформатора становится невозможным или ограничено из-за резко увеличивающихся габаритов.

Известны устройства, решающие задачу согласования уровней напряжения по структуре конвертор-инвертор. При этом конвертор обеспечивает повышение напряжения питания до требуемого уровня и работает на повышенной промежуточной частоте. Но при такой структуре процессы преобразования энергии становятся необратимыми: работа преобразователя на двигатель в режиме рекуперативного торможения с возвратом энергии в сеть оказывается невозможной. Кроме того, в этих преобразователях элементы инвертора работают при повышенном напряжении, усложняется введение токовой обратной связи в транзисторы инвертора, работающего на низких и сверхнизких (допи гц) частотах, при изменяющейся нагрузке.

Увеличение питающего напряжения в транзисторном инверторе обусповпивает рОст динамических потерь, Q при умень— шении нагрузки в нем возникают сквозные токи, вызванные перенасыщением транзисторов. В инверторах, осуществпяюших ШИМ выходного напряжения эти эффекты проявляются еще сильнее из а нарастающего числе переключений транзисторов, что приводит к снижению КПД и ухудшению энергетических показатепей.

В некоторых случаях с цепью возврата активной мощности в питающую сеть (при рекуперативном торможении) преобразоватепи по структуре конвертор-инвертор снабжают дополнительным инвертором, цепью питания, подктпочаемым к выходным зажимам моста обратного тока инвертора (2), Однако такое решение достаточно сложно.

Наибопее близким по технической сущности и достигаемому: результату к изобретению является преобразователь с про межуточным звеном высокой частоты, также решающий задачу согласования уровней напряжения и обеспечивающий регупирование выходной частоты от нулевого значения до заданного 3) 55

Этот преобразователь содержит высокочастотное инвертирующее звено одной частоты, два однофазных трансформатора, первичными обмотками подключенных к выходным выводам этого высокочастотного звена, а вторичными — ко входным выводам трех диодньrx мостов, нагруженных на кпючевые элементы, упрагч=":ошие входы которых связаны с задающи, генератором другой частоты, при к:м вь,ходпые выводы преобразоват-пя образованы точKQMH СОЕДИНЕНИЯ УПОМЯКЗ ТЫХ ВТОГИЧНЫХ обмоток, принадлежащих различны м трансформаторам, и блок управления. этHì высокочастотным звеном. Преобразователь обладает упучшенным спектром выхздного тока. На его выходе имеет место напряжение с двухпопярной широтно-и мгупьсной модуляцией. Такой преобразоватепь испопьзуется в качестве блоке формирования управпяющих снгнапов трехфазного мостового инвертора. Его недостатком является Относительная слОжность

СИЛОВОЙ ЧQCTH.

На. фиг. 1 дана rrpHHrikrrIHQnbHQkr схема преобразоватепя с промежуточным высокочастотным инвептируюшим звеном, выполненным в виде трехфазного мостового инветора, на фиг. 2 — один из вариантов выпопнения такого звеня в виде двух однофазных инверторов с фязовым сдвигом

i0

A

4 цепь изобретения — упрощени преоб р"-,çoâàòårrrr.

Это достигается тем, что в известном нреобразоватепе ПОСТОЯинОгО напрЯжениЯ в трехфазное, содержащем промежуточное высокочастот Ioe инвертирунзщее звено одной частоты, двя однофязных трансформатора, первIHIIbrMH обмотками подключенных к abrxogkrr„rM выводам этого высоко— частотного звена, я вторичными — ко входным выводам трех диодных мостов, нагруженных ня ключевые эпементы, управпяюшие входы которых связаны, с задающим генератором другой частоты, причем выходные выводы преобразователя образованы точками соединения упомянутых вторичных обмоток, принадпежяших различным трансформаторам, и бпок управления этим высокочастотным звеном, вторичные обмотки трансформаторов подкпючены к двум входным выводам диодиых мостов рязпоименпы vlH концами, а третий вывод каждого из диодных мостов соединен с выходным выводом преобразователя, пе связанным со вторичными обмотками трансформаторов, подкпюченными к данному диодиому мосту.

Инвертирующее высокочастотное звено может быть выпопнено в виде двух однофазных инверторов со сдвигом выходных напряжений на 120 эл.град и в виде трех— фазногo мостового инвертора. К недостаткам выполнения вь;соко IQCTOTrroi o звена в виде двух однофа rrrbrx инверторов, oTkIccvтсЯ неравенство потребляемой каждым инвертором активной мицности ири работе HQ активно — индуктивную нагру;зку, а также разпичные формы кривых выходного напряжения, для устранения котс

pbrx требуется устранение из спектрапь» ного состава высших гармонических, кратных трем, путем введения, например, паузы, равной 60 эл.град, в выходных напряжениях икверторов. Исходя из вышеизложенного, рассмотрим в качестве высокочастотного инвертируюшет.о звена трехфазный мостовой инвертор, к выходным выводам которого подкпючены первичные обмотки трансформаторов, хотя в общем случае возможен и упомянутый выше вариант решения.

5 7363 выходных напряжений не 120 эл. град., IIQ фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя; на фиг. 4 — временные диеграммы, поясняющие принцип работы регулируемого

5 по напряжению преобразователя.

Преобразователь содержит промежуточное высокочастотное звено 1, выполненное в виде трехфазного мостового инвертора на управляемых кл очевых эле10 ментах 2-7 и диодах обратного тока

8-13. Между выводами инвертора 14-16 включены перви п ые обмотки 17 и 18 однофезных трансформаторов 19 и 20. Управляющие входь1 ключей 2-7 связаны

15 с. системой управления инвертором (СУИ)

21. Вторичные обмотки 22-24 трансформатора 19 и обмотки 25 — 27 трансформатора 20 подключены к входам диодных мостов 28-30 разноименными концами.

Обмотки трансформатора 18, например, подключены к входным вшводам диодных мостов своими началами, а обмотки трансформатopQ 20 — своими концами. На выходах этих диодных мостов по постоянному току включены ключевые элементы, выполненные, например, на транзисторах

31-33, управляющие входы 34-36, которых подключены к системе управления ключевыми элементами (СУК) 37. Точки

30 соединения обмоток 22 и 25, 23 и 26, 24 и 27 образуют трехфазный выход

38-40 преобразователя. Входной вывод

41 диодного моста 28 подключен к выходному выводу 40 преобразователя, входной вывод 42 диодного моста 29 под,35 ключен к выходному выводу 39 преобразователя, а входной вывод 43 диодного мосте 30 — к выводу 38.

Принцип формирования выходного на40 пряжения нерегулируемого по напряжению варианта преобразователя поясняется временными диаграммами на фиг. З,где приняты следующие обозначения:1.),0, форма напряжения на обмотках 17, 18

45 трансформаторов 19, 20 с частотой 1 фазовый сдвиг между напряжениями составляет 120 эл.град (период Тl=l/$

0 4 1-1ьь — сигналы управления, подаваемые на входы ключевых элементов 3150

33 соответственно, с частотой следования,„(период Тм = 1 /1,„;

U в- 04 — форма выХОдНОГО фазНОГО напряжения преобразователя.

Частота основной гармоники выходного

55 напряжения (показаHQ пунктиром)

1 =/Е1-%1,,/ /период Т2=1/ fz

Частота основной гармоники выходного напряжения равна разности частот

10 6 =/, - /. При регулировании выходной частоты Ф cooTHollIOIIIIQ частот

1 /1,„целесообразно изменя ь, в диапазоне 0,8-1.2 (нри этом частоту 1 выбирают фиксированной), е регулирование осуществлять за счет изменения по задельному закону (хотя в общем случае это не принципиально). С целью улучшенчого качества выходного тока преобразователя частоту промежуточного инвертируюшего звена 1 целесообразно выбирать в 5-10 раз выше максималного требуемого значения выходной частоты.

В случае нерегулируемого по напряжению BQpIIQHTQ преОбрезОветеля HQ vllравляющие входы ключевых элементов 27 ипвертора 1 подают трехфазную систему управляющих сигналов от СУИ 21, обеспечивающей простейший 180 гра-. дусный закон у гравления. Напряжение преобразователя может регулироваться любыми известными способемп в высокочастотном инвертируюшем звене.

На фиг. 4 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип формирования регулируемого напряжения преобразователя, где приняты следующие обозначения: О,> и О,q — форма напряжения на обмотках 17 и 18 трансформаторов

19, 20 (область регулирования заштрихована); ) — U форма выходного фазного напряжения преобразователя;

U>< - U>I, — сигналы управления, подаваемые HQ входы ключевых элементов

3 1-33 соответственно.

Для формирования регулируемого выходного напряженич инвертора используется так называемый несимметричный алгоритм управления ключевыми элементами на фиг. 3. Суть его состоит в том, что в интервале угла проводимости каждого ключе 2-7 инвертора 1 от У /3 до

2 У /3 осуществляют широтно-и м пул ьсную модуляцию сигнале управления путем введения регулируемой паузы несимметрично в направлении от 2 Л /3 к 9./3.

К недостаткам такого способе регулирования относится фазовый уход напряжения, однако с энергетической точки зрения он является наиболее целесообразным, По сравнению с известным устройством, промежуточное высокочастотное инвертируюшее звено которого выполнено

B виде трех однофазных инверторов и трех трансформаторов, предлагаемый преобразо7М31О ватель имеет на одну инверторную ячейку и на ogHH однофазный трансформатор меньше. Это упрощает устройство. При выполнении промежуточного высокочастотного инвертирующего звена в виде трехфазного мостового инвертора вместо трехфазного трансформатора (или трех однофазных) включают два однофазных трансформатора.

Описываемый преобразователь может применяться во всех случаях, где тре- О буется преобразование постоянного напряжения одного уровня в трехфазное напряжение другого уровня, заданной фиксированной или регулируемой от долей

Гц до единиц кГц частотой с одновремен- 15 ным регулированиеМ напряжения.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напря- 2О жения в трехфазное, содержашийпромежуточное высокочастотное инвертируюшее звено опной частоты, паа однофазных трансформатора, .первичными обмотками подключенных к вы ходным выводам этого высокочастотного зве- на, а вторичными — ко входным выводам трех диодных мостов, нагруженных на ключевые элементы, управляющие входы которых связаны с задающим генератором другой частоты, причем выходные выводы преобразователя образованы точками соединения упомянутых вторичных обмоток, принадлежащих различным трансформаторам, и блок управления этим высокочастотным звеном, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью упрощения, вторичные обмотки трансформаторов подключены к двум входным выводам диодных мостов разноименными концами, а третий вывод каждого из диодных мостов соединен с выходным выводом преобразователя, не связанным со вторичными обмотками трансформаторов, подключенными к данному диодному мосту.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США % 3573601, кл. 321-9, 1971.

2. Заявка Японии No 49-15289, кл. 56134, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2352859/07, 1972.

К ц:

С октавие -.; . 1 )- Jtÿ "< и: ии

Редактор В, Фельдма1. Текре Ъ,. ".àñ.òåëевг Корректор Т. Скворцова

Заказ 2443/45 Тираж 783 Подписное

ЦНИИПЕ. Гоо-;-1а;.:зтве;=:.:. о ..о ..:о, Аы . =".à СССР до деда14 нзОбре".:евин H О Гкрв1ти ::, 1 Х 30,"-5 N CKP3 )" -.3;3 - а LU(K - --ао од

Ф иад ГЛП "Патент", г, У> -вод,, уп., Лроектиаи, 4