Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное

Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик ф ъ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 190280 (21) 2885181/24-07 (51) М. Кл. с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Н 02 М 7/48

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 301081. Бюллетень N9 40

Дата опубликования описания,301081 (53) УДК 621. 314.. 572 (088. 8) Красноярский политехнический институт (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ fIEPEMEHHOE

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное со ступенчатой, близкой к синусоидальной формой кривой.

Известен однофазный преобразователь с промежуточным звеном повышенной частоты и с трехступенчатой формой кривой выходного напряжения. Он содержит однофазный инвертор с выходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку с двумя промежуточными выводами. Три вывода этой обмотки соединены с одним выходным выводом преобразователя через ключи переменного тока, а четвертый вывод, являющийся промежуточным — непосредственно с другим выходным выводом преобразователя. Напряжения на секциях обмотки трансформатора относительно выходного вывода преобразователя рав ны соответственно амплитудам первОй, второй и третьей ступеней формируемого напряжения. Подключая поочередно с помощью ключей переменного тока эти секции к выходным выводам преоб- ,разователя, формируют на нагрузке трехступенчатое напряжение (1). 30

Недостатком такого преобразов. теля является неполное использование трансформатора по индукции, несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, содержащая значительный процент высших гармоник.

ИзвестЕн также однофазный инвер- . тор со ступенчатой, близкой к синусоидальной формой кривой выходного напряжения. Он содержит основной инвертирующий мост с бестрансформа= торным выходом и дополнительный мост, на выходе которого включены один или несколько вольтодобавочных трансформаторов, вторичные обмотки которых включены в выходную цепь основного моста через пары встречно-параллельно соединенных управляемых вентилей. С помощью этих вентилей напряжения вторичных обмоток трансформаторов, работающих на повышенных частотах, суммируются или, вычитаются из выходного напряжения основного моста; в результате чего формируется многоступенчатая кривая (2 ).

Недостатком данного решения является сложность схемы инвертора, обусловленная большим числом управляемых ключей.

877747

Известен также однофазный преобразователь постоянного напряжения в

Я-ступенчатое переменное с промежуточным звеном высокой частоты, содержащий инвертор с выходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку с отпайками. Выходные выводы преобразователя образованы одним из промежуточных выводов ключей переменного тока, а другие силовые концы этих ключей соединены с N выводами вторичной обмотки трансформатора, где

14-число ступеней напряжения на четверти периода выходного напряжения преобразователя. Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора относительно выходного вывода равны 15 амплитудам ступеней формируемого напряжения. Подключая поочередно с помощью ключей переменного тока эти секции к выходным выводам преобразователя, формируют на нагрузке однофазное К -ступенчатое напряжение (3).

Недостатком данного преобразователя является сложность схемы, обусловленная большим числом ключей переменного тока и отпаек вторичной обмотки трансформатора, повышенные напряжения на ключах, что приводит к увеличению их установленной мощности и снижает надежность преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь, содержащий основной инвертор, нагруженный на первйчную обмотку трансформатора, вторичная обмотка которого имеет отпайку, образующую один выходной вывод преобразователя, а концами подсоединена .к одним выводам полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, и 40 вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомогательного трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена со средней точкой, образующей второй выход- 45 ной вывод преобразователя, другие концы этой обмотки подсоединены. к другим выводам упомянутых полностью управляемых ключей, а упомянутая отпайка вторичной обмотки делит ее по числу витков на неравные части.

В результате суммирования напряжений вторичных обмоток трансформаторов, имеющих разную форму и амплитуду, на нагрузке формируется трехступенчатое напряжение $4).

Недостатком такого преобразователя является несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, содержащая значительный процент высших гармоник. В напряжении содержатся гар-ц» моники с порядковыми номерами n=11, 13,23,25... с амплитудами А,= Д„ и, где A4 — амплитуда первой гармоники а коэффициент гармоник этого напряжения равен К„=15,2%. 65

Цель изобретения — улучшение фор. мы кривой выходного напряжения преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном преобраэователЕ постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное, содержащем основной инвертор, нагруженный на первичную обмотку основного -.рансформатора, вторичная обмотка которого имеет отпайку, делящую зту обмотку по числу витков на неравные части и образующую один выходной вывод преобразователя, а концами подсоединена к одним выводам полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, и вспомогательный инвертор, нагружен.ный на первичную обмотку вспомога- . тельного трансформатора, концы вторичной обмотки которого соединены с другими выводами упомянутых полностью управляемых ключей, а промежуточная отпайка этой обмотки образует второй выходной вывод преобразователя, числа витков частей вторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов, разделенных отпайками, выбирают из соотношений 1:2 и (2 3-3:

2-.-ГЗ) соответственно.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого преобразователя, на фиг.2 диаграммы импульсов управления ключами, Формы напряжений на обмотках основного и вспомогательного трансФорматоров и на нагрузке, на фиг.3 диаграммы напряжений, поясняющие формирование выхопного напряжения.

Преобразователь содержит основной инвертор 1, выход которого соединен с трансформатором 2. Части (или секции) 3 и 4 вторичной обмотки этого трансформатора через ключи 5 и б переменного тока соединены соответственно с секциями 7 и 8 вторичной обмотки трансформатора 9, первичная обмотка которого соединена с вспомогательным инвестором 10. К промежуточным отпайкам вторичных обмоток.основного и вспомогательного трансформаторов, образуюших выходные выводы преобразователя, подключена нагрузка

11. В качестве ключей переменного тока могут использоваться также встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с диодами.

Устройство работает следующим образом.

Управление ключами 5 и б преобразователя осуществляется импульсами тока (i ) (фиг.2а), причем импульсы, соответствующие графику 5, подаются на ключ 5, графику б — на ключ б.

Для получения выходного напряжения преобразователя, близкого к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбирают так, чтобы напряжение на нагрузке (фиг.2Д, можно было представить как сумму двух трехступен1 чатых напряжений 0„,, U, сдвинутых

877747

3pyr относительно друга на 15 эл.град (фиг.3) амплитуды ступеней 0<,. U, U5 из которых найдены из условия исключения гармоник, близких к основной и с ветственно равны 0, 02=

=0y(1++3), 03=04 (2+ (3) . В каждом из таких напряженйй присутствуют высшие гармоники с порядковыми номерами )4=

=11, 13, 23, 25 35,37... и амплитудами A = A<(q где A — амплитуда 1 первой гармоники напряжений U< и

U . Поскольку напряжение на нагрузке является суммой этих напряжений, то в нем содержатся гармоники с теми же порядковыми номерами, но со значительно меньшими амплитудами (из-за

t сдвига между напряжениями U и 15

0 ); Из фиг.22 и фиг.3 следует, что амплитуды ступеней выходного напряжения, найденные через амплитуды сту(1 пеней напряжений Uq и U, равны U = 01 02Н ="4+ ОЙ=0 (2+ 3), Uyg=202,=2 Щ() (1+ 3), 04 =0 + 0э=0 (3+2 Г3), 0 н

=.2U>=20 (2++3), где 0„„, 0 и

04И 0 Н амплитУДы стУпеней ВыхоД ного напряжения преобразователя с первой по пятую соответственно. 25

Для получения напряжения на нагрузке с указанными амплитудами ступеней напряжения на секциях 3, 4, 7, 8 вторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов должны быть соответственно равны U =О.((2+ /3),.

04 =0 =204 (2+K3), О. =0 - 0 „= 30, .В аН 4

Рассмотрим работу схемы на активно-индуктивную нагрузку. Полупериод выходного напряжения можно разбить на дценадцать равных интервалов.

На первом интервале замыкается ключ 5, а напряжение на первичных обмотках обоих трансформаторов (О

+>) равны нулю (фиг.2Д,@ .Еслй пре- 40 небречь активными сопротивлениями вторичных обмоток трансформаторов. и ключа 5, то можно считать, что нагрузка замкнута накоротко и ток в ней поддерживается за счет реактивной мощности, запасенной в предыдущий полупериод. В результате формируется нулевая ступень выходного напряжения.

На втором интервале ключ 5 остается замкнут, а на секциях 3 и 7 обмо- -5О ток трансформаторов появляются напряжения, величины которых соответствен03 =0.((2+ ) и 0 С ф

В результате вычитания этих напряжений на нагрузке формируется первая ступень напряжения, амлитуда которой равна

01н 0Эс 07c=01 (2+ ГЗ) - Ц РГ3=20

Третий ийтервал отличается от вто рого тем, что исчезает напряжение на секции 7 (фиг.24 ) и на выходе форми-.Щ руется вторая ступень напряжения, амплитуда которой равна величине напряжения на секции 3 U H =0Эс=0 (2+./3).

Четвертый интвервал отличается от третьего тем, что меняется полярность б5 напряжений на обмотках трансформатора

9 и вновь появляется напряжение на секции 7. В результате суммирования напряжений секций 3 и 7,на нагрузке формируется третья ступень напряжения: 0ЗН=U с+ 0чс =0„(2+13)+ 0)+3=20 (1+

На пятом интервале замыкается ключ б, меняется полярность напряжений на обмотках трансформатора 2, а полярность напряжения на секции 8 остается прежней. В результате вычитания напряжений секций 4 и 8 на нагрузке формируется четвертая ступень напряжеамплитудой Ug„=04C -UBC =204" с(2+ КЗ) -U = U (3+2M) .

Интервалы б-й, 7-й, 8-й отличаются от пятого тем,.что исчезает напряжение на секции 8 и на нагрузке формируется пятая ступень напряжения, равная величине напряжения на секции 4: 0 И =04с=20„(2+ 3) .

Интервалы с 9-ro по 12-й аналогичны интервалам с 5-ro по 2-й соот- ветственно. Второй полупериод выход-. ного напряжения формируют подобно описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами и формами напряжений на обмотках трансформаторов 2 и 9. В результате работы преобразователя на его выходе формируется пятиступенчатое напряжение, форма которого представлена на фиг. 2,Z.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство разности потенциалов на нагрузке в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразователя при любом коэффициенте . мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения.

Предлагаемый преобразователь имеет значительно лучшую форму выходного напряжения, чем напряжение известного преобразователя.

Расчеты показывают, что коэффициент гармоник выходного напряжения предлагаемого преобразователя равен К ---7,8%, против 15,2Ъ в известном преобразователе. Это обуславливает лучшие массогабаритные показатели выходных фильтров и лучшие динамические показатели предлагаемого преобразователя.

Если принять число витков секции

3 за единицу, то из вышеизложенного следует, что пятиступенчатую форму напряжения на нагрузке (фиг.2фможно .получить, если отношение чйсел витков секций 3, 4, 7, 8, будет рав-3 :(2--(3), формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное пере877747 менное, содержащий основной инвертор, нагруженный на первичную обмотку основного трансформатора, вторичная обмотка которого имеет отпайку, делящую эту обмотку по числу витков на неравные части и образующую один выходной вывод преобразователя, а концами подсоединена к одним выводам полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью, и вспомогательный инвертор, нагруженный на первичную обмотку вспомогательного трансформатора, концы вторичной обмотки которого соединены с другими выводами упомянутых полностью управляемых ключей, а промежуточная отпайка этой обмотки образует второй выходной вывод преобразователя, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения, числа витков частей вторичных обмоток основного и вспомога-. тельного трансформаторов, разделенных отпайками, выбирают из соотношений 1: 2 и (2 3-3):(2- 7) соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1О l.ËåêoðãèÉå (. управляемые электрические вентили и их применение.

М., "Энергия", 1977, с.399.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 449425, кл. H 02 М 5/42, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР

15 9 688970, кл. Н 02 М 7/48, 1976.

4. Авторское свидетельство СССР

9 680124, кл. H 02 M 7/48, 1977.

877747

Составитель Г.Мыцык

Техред A.A÷ Корректор М.Демчик

Редактор С.Тараненко

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Ю

Заказ 9637/83 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5