Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистические

Республик п> 917283 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) Заявлено 03. 06. 80 (21) 2932848/24-07 с присоединением заявки Ла (23) Приоритет (51)М, Кл.

Н 02 М 7/48

9вударстееккыИ комитет

СССР ио делам кэебретеннй и етерытий

ОпУбликовано 30.03.82 Бюллетень Щ 12

Дата опубликования описания 30.03.82 (53) УДК 621..314.572 (088.8) (72) Автор изобретения .

А.И. Азаров

« ,. >

У t

t

\. °

Красноярский политехнический институт —— (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ТРЕХфАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное квазисинусоидальное многоступенчатой формы.

Известен статический преобразователь постоянного напряжения в однофазное трехступенчатой формы с.промежуточным звеном повышенной частоты, . который содержит однофаэный инверТор с выходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку с двумя промежуточ. ными 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 пре; обраэователя. Напряжения на секциях. . вторичной обмотки трансформатора относительно выходного вывода преобразователя равны соответственно амплитудам первой, второй и третьей ступеней формируемого напряжения. Под, ключая поочередно эти секции к выходным вь|водам преобразователя формируют на нагрузке трехступенчатое напряжение. Закон управления ключами инвертора таков, что не позволяет использовать один трансформатор для формирования трехфазного напряжето. ния j1 2.

Недостатками данного преобразователя в случае формирования трехфазного напряжения являются большая масса и габариты, обусловленные ис IS пользованием трех однофазных инверто" ров и трансформаторов, а также несинусоидальная форма выходного напряжения, содержащего значительный процент высших гармоник.

Известен однофазный преобразо ватель постоянного напряжения в

N-ступенчатое переменное с.промежуточным звеном высокой частоты, содержащий однофазный инвертоЬ с выВ выходном напряжении преобразователя содержится значительный процент высших гармоник с порядковыми номерами и = I1, 13, 23, 25,..., а коэффициент гармоник напряжения равен

K< = 15,2i, Это приводит к увеличению потерь мощности в потребителе и к необходимости установки выходных фильтров. Последние увеличивают массу и габариты преобразователя, ухудшают его динамические показатели, симметрию фазных напряжений и могут привести к нежелательным автоколебаниям в системе преобразователь-нагрузка. Кроме того, повышенные величины напряжений (до 2 Ug) где 0з амплитуда третьей ступени линейного напряжения, прикладываемых к ключам, увеличивают их установленную мощность и снижают надежность преобразователя.

Несимметричное построение по.фазам схемы преобразователя неблагоприятно складывается на токовую загрузку ключей переменного тока.

Недостатки такого устройства — несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, сложность схемы преобразователя.

Известен также преобразователь, содержащий однофазный инвертор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, концы трех последовательно соединенных вторичных обмоток которого подключены к каждому из трех выходных выводов преобразователя через управляемые ключи переменного тока.

Напряжения на крайних обмотках равны амплитуде первой, а на средней обмотке-амплитуде второй ступени выходного линейного напряжения преобразователя. В зависимости от полярности напряжений на обмотках выходные выводы преобразователя подключаются к средней и одной из крайних обмоток. 8 результате на выходе формируется трехфазное трехступенчатое напряжение 34) .

Недостатками этого устройства являются несинусоидальная форма кривой выходного напряжения и относительно большое число ключей переменного тока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь,.содержащий однофазный инвертор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, концы вторичной обмотки и, по крайней мере, 3 917283 ходным трансформатором, имеющим вторичную обмотку с отпайками. Выходные выводы преобразователя образо1 ваны одним из промежуточных выводов вторичной обмотки трансформатора и точкой объединения одних силовых концов ключей переменного тока, Другие силовые концы этих ключей соединены с N выводами вторичной обмотки трансформатора, где и - число сту- о пеней напряжения на четверти периода выходного напряжения преобразователя. Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора относительно выходного вывода равны ампли- tS тудам ступеней формируемого напряжения. Подключая поочередно с помощью ключей переменного тока эти секции к выходным выводам преобразователя, формируют на нагрузке од-нофазное М-ступенчатое напряжение(21.

Недостатки такого устройства в случае формирования трехфазного напряжения — сложность схемы, громоздкость, обусловленные большим числом ключей переменного тока и о паек вторичной обмотки трансформатора, повышенные напряжения на ключах, что приводит к увеличению их установленной мощности и снижает надежность преобразователя.

Известен трехфазный преобразователь с промежуточным звеном повышенной частоты и со ступенчатой формой кривой выходного напряжения, кото- 35 рый содержит однофазный инвертор с выходным трансформатором, вторичная обмотка которого имеет вывод от средней точки, а также по два промежуточных вывода в каждой полуобмотке, сим- 4О метричные относительно среднего. К среднему выводу этой обмотки подключена одна клемма трехфазной нагрузки, а две другие ее клеммы через ключи переменного тока соединены со 45 всеми другими выводами вторичной обмотки. Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора относительно среднего вывода равны соответственно амплитудам первой, второй so и третьей ступеней линейного напря- . жения. Подключая в определенной последовательности промежуточные выво. ды трансформатора к выходным выводам преобразователя, формируют два ли- ss нейных напряжения, что достаточно для получения трехфазной системы напряжений (31. напряжений на обмотках трансформатора и на нагрузке.

Преобразователь (фиг. 1) содержит однофазный инвертор l, выход ко торого соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, секции 3-6 обмоток которого через ключи 7-19 переменного тока соединены с выходными выводами А, В, С преобразователя.

10 В качестве ключей переменного тока могут быть использованы симисторы, встречно-параллельно включенные тиристоры или транзисторы с диодами,. транзисторы, включенные в диагонали

15 постоянного тока диодных мостов и т.д.

Устройство работает следующим образом.

Управление ключами осуществляется

20 импульсами напряжения U, диаграмма которых представлена на фиг. 2а

Причем импульсы, соответствующие графику 7, подаются на ключ 7, графику 8 - на ключ 8 и т.д. Для получе25 ния выходного напряжения преобразователя, близкого по форме к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбираются из условия исключения гармоник, близких к основной. При 30 этом величинЫ напряжений на секциях

3-6, равные амплитудам первой О», второй U, третьей Ug и четвертой 0ь ступеней выходных линейных напряже" ний, соответственно равны О»

35 = U sin 7,5 ; U = 0щ sin 22 5

0ь = U sin 37,5 и Uq = U sin

52,5, где 0щ — амплитуда аппроксимирующей синусоиды, проходящей через середины горизонтальных участков

40 ступеней (фиг. 2 Ь ). Пятые и шестые ступени линейных напряжений формируются путем суммирования напряжений секций 3-6, т.е. Uq = U» U ; Us

= Uz+ 0з.

Рассмотрим работу преобразователя (фиг. 1) на активно-индуктивную нагрузку. В результате работы однофазного инвертора 1 на обмотках трансформатора создается переменное напряжение, форма которого представлена на фиг. 2 б. Полупериод выходного напряжения можно разбить на 12 равных интервалов.

На первом интервале замыкаются ключи 7, 10, 12, 14 и 19 (фиг. 2 ).

При этом с помощью ключей 7 и 10 секция 3 с напряжением U» и секция 6 с напряжением О», соединяются согласно5 9 один из отводов через ключи переменного тока подключены к каждому из

° трех выходных выводов преобразователя, причем указанный отвод выполнен от средины витков вторичной обмотки. трансформатора. В зависимости от по лярности напряжений на секциях вторичной обмотки меняется очередность их подключения к выходным выводам. преобразователя. При этом на нагрузке формируется трехфазное трехступенчатое напряжение, существенно отличающееся от гинусоидального, коэффициент гармоник которого кр 164,.

Трансформатор работает на частоте, в три раза превышающей выходную, поэтому имеет значительную массу и габариты, особенно при низкой выходной частоте преобразователя f5) .

Недостатками такого устройства являются несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, значительная масса и габариты преобразователя.

Цель изобретения - улучшение фор.мы кривой выходного напряжения, уменьшение массы и габаритов преобразователя.

Поставленная цель достигается тем что преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, со держащий однофазный инвертор, выходо подключенный к первичной обмотке трансформатора с одной вторичной обмоткой с промежуточным отводом и три группы ключей, которые одними своими концами подключены к каждому из выходных выводов преобразователя, а другими по три в группе объединены в три общие точки, причем общая точка ключей первой группы подсоединена к упомянутому промежуточному отводу, а общие точки двух других групп ключей связаны с концами вторичной обмотки, трансформатор снабжен другой вторичной обмоткой с промежуточным отводом, который подключен к общей точке соединения ключей второй группы, а концы обеих вто- ричных обмоток через введенные допол нительные ключи соединены с общей точкой соединения ключей третьей группы.

На фиг. 1 представлена схема пред лагаемого преобразователя постоянного напряжения в трехфазное перемен-. ное ; на фиг. 2 - временные диаграммы импульсов управления ключами, формы

17283 6

7 91 728 последовательно и к их общей точке через замкнутый ключ 14 подключается зажим Фазы А. Замкнутые ключи 12 и 1I9 соединяют выводы (-0 ) и (+0 ) этих секций с зажимами фаэ В и С соответ5 ственно. В результате формируются пер" вая положительная, пятая отрицательная и четвертая положительйая ступени линейных напряжений ив, 0 с, 0ОА 1О

На втором интервале изменяется полярность напряжений на обмотках трансформатора, а вместо ключей 7 и 10 замыкаются ключи 8 .и 9, которые соединяют согласно-последовательно секцию 4 с напряжением 0 с секцией

5 с напряжением 0, и к их общей точке через замкнутый ключ 14 подключается зажим фазы. Ключи 12 и !9 соединяют выводы (-u ). и (+02) с зажимами фаз В и С соответственно.

При этом формируются вторая положительная, шестая отрицательная и третья положительная ступени линейных напряжений Оь, Ug, 0 A . 25

: На третьем интервале вновь изменяется полярность на обмотке трансФорматора и замыкаются ключи 8, 9, 13, 14 и,15. С помощью .ключей 8 и 9 секции 4 и 5 остаются соединенными согласно-последовательно и к их общей точке через ключ l4 также под-. ключен зажим фазы А. Замкнутые ключи 15 и 13 соединяют выводы (-0з) и (+U ) этих секций с зажимами фаз В и С соответственно. На выходе преобразователя формируются третья положительная, шестая отрицательная .и вторая положительная ступени линейных напряжений Од, Ue, U A. о

На следующих интервалах работа

-преобразователя происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления ключами и формой напряжения на обмотках транс-45 форматора, В результате работы преобразователя на его выходе формируется трехфазное шестиступенчатое напряжение, форма которого представлена на фиг. 26 . Такую же форму имеют 5р фазные напряжения.

Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обеспечивает возможность прохождения то- ка 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.

Предлагаемый преобразователь обеспечивает лучшую форму кривой выходного напряжения, в которой содержатся высшие гармоники с порядковыми номерами и = 23, 25, 47, 49,..., а коэффициент гармоник этого напряже-ния равен К1 = 7 574. Это позволяет исключить выходные фильтры, т.е. уменьшить массу и габариты, повысить

его КПД и быстродействие. В напряжении известного устройства содержится большее число высших гармоник, а

Kzw 16, а также меньшую массу и габариты, так как частота работы трансформатора е два раза выше, чем в известном устройстве.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное, содержащий однофазный инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора с одной вторичной обмоткой с промежуточным отводом и три группы ключей, которые одними своими концами подключены к каждому из выходных выводов преобразователя, а другими по три в группе объединены в три общие точки, причем общая точка ключей первой группы подсоединена к упомянутому промежуточному отводу, а общие точки двух других групп ключей связаны с концами вторичной обмотки, отличающийся тем, что, с целью улучшения формы выходного напряжения, трансформатор снабжен другой вторичной обмоткой с промежуточным отводом, который подключен к общей точке соединения ключей второй группы, а концы обеих вторичных обмоток через введенные дополнительные ключи соединены с общей точкой соединения ключей третьей группы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лекоргийе. - "Управляемые электрические вентили и их применение".

М., "Энергия", 1977, с. 399

2. Авторское свидетельство СССР

N 688970, кл. Н 02 M 7/48, 1976.

3. Труды МЭИ, М., МЗИ, 1978, вып. 367, с. 58-65.

9 917283 10

4. Авторское свидетельство СССР 5. Авторское свидетельство СССР. По заявке У 2720705, кл.Н 02 M 7/48; по заявке И 2825957, кл.Н 02 И 7/48

1979 1979. юг. l

917283

Заказ 1900/74

У

f1

Q i2

4 б

/б

fr

1У

Уу

Составитель Г, Мыцык, Редактор К. Мотыль Техред 3, Фанта КорректоР М. Шароши

Тираж 719, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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