SU993411A1 - Преобразователь посто нного напр жени в трехфазное квазисинусоидальное - Google Patents

Description

(5) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитани  и электропривода дл  преобразовани  посто нного напр жени  в трехфазное квазисинусоидальное. Известен трехфаз ный инвертор, содержащий трехфазный мост управл емых ключей, подключенный к входным выводам , дополнительную двухтактную  чейку, выход которой подключен между выводом дл  подключени  средней точки источника питани  и выводом дл  подключени  нулевой точки трехфазной нагрузки, причем двухтактна   чейка имеет дополнительный выход, который подключен через.дополнительные управл емые ключи переменного то ка к выходу трехфазного моста и к вы воду дл  подключени  нулевой точки трехфазной нагрузки. На выходе-трехфазного моста формируетс  двухступен чатое напр жение, коэффициент гармоник которого равен К 31,08%. Это напр жение суммируетс  с напр х(ением двухтактной  чейки, работающей на частоте , превышающей выходную в три раза и на нагрузке формируетс  трехфазное трехступенчатое напр жение с К 15,2%. Дл  согласовани  уровней посто нного входного и переменного выходного напр жений требуетс  включение выходного трансформатора, работающего на выходной частоте инвертора . Это увеличивает массу и габариты , ухудшает энергетические и динамические показатели инвертора. Кроме того, инвертор имеет ограниченные функциональные возможности, так как требуютс  выводы от средней точки источника питани  и нулевой точки трехфазной нагрузки, что не всегда возможно выполнить Cl 3. Недостатком данного инвертора  вл етс  несинусоидальна  форма кривой выходного напр жени , больиа  масса и габариты, ограниченные функциональные возможности. Известен также преобразователь по сто нного напр жени  в трехфазное пе ременное, содержащий основной однофа ный генератор с основным выходным трансформатором, три вторичные обмотки которого содержат отводы от средних точек и соединены через три первых ключа переменного тока в замк нутый треугольник, вершины которого соединены непосредственно с выходными выводами преобразовател , и вспомогательный , инвертор с вспомогательным выходным трансформатором, содержащим три вторичные обмотки, кажда  из которых включена через второй ключ переменного тока между указанны отводом и противоположной вершиной треугольника. Основной и вспомогательный инверторы работают на частотах , превышающих выходную частоту преобразовател  в три и шесть раз соответственно. При этом фаза выходного напр жени  вспомогательного инвертора мен етс  на 180 эл.град. через каждый полупериод выходного напр жени  преобразовател . Суммиру  выходные напр жени  основного и вспо могательного инверторов на отдельных интервалах, формируют трехфазное тре ступенчатое напр жение, коэффициент гармоник которого равен 2. Недостатком указанного преобразов тел   вл ютс  несинусоидальна  форма кривой выходного напр жени , относи™ тельно большое число ключей переменного тока, включенных на вторичной стороне трансформатора. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  преобразователь посто нного напр жени  в трехфазное квазисинусЬидальное содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, нагруженные , соответственно, на первичные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены в две фазы и включены по схеме открытого треугольника , вершины которого непосредствен но св заны с выходными выводами преобразовател , а кажда  из указанных фаз содержит две параллельные ветви, в одну из которых включены последова тельно обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, а в другую обмотка основного трансформатора, причем одни концы ветвей соединены между собой непосредственно, а другие - через ключи переменного тока. 14 Выходное трехфазное напр жение преобразовател  имеет трехступенчатую форму и создаетс  путем суммировани  или вычитани  напр жений вторичных обмоток основного и вспомогательного трансформаторов СЗ Недостатком известного преобразовател   вл етс  несинусоидальна  форма кривой выходного напр жени , в которой содержатс  высшие гармоники с пор дковыми номерами rt 11,13,23, 25 ...., а коэффициент гармоник этого напр жени  равен 15,2. Это приводит к увеличению потерь в потребителе или необходимости установки выходных фильтров. Цель изобретени  - улучшение качества выходного напр жени  путем формировани  N ступенчатой, близкой к синусоидальной, формы кривой выходного напр жени . Указанна  цель достигаетс  тем, что в преобразователе посто нного напр жени  в трехфазное квазисинусоидальное , содержащем основной и вспомогательный однофазные инверторы, нагруженные , соответственно, на первичные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены в две фазы, включенные по схеме открытого треугольника , вершины которого непосредственно св заны с выходными выводами преобразовател , причем кажда  из указанных фаз содержит две параллельные ветви, в первую из которых включена вторична  обмотка основного трансформатора , а во вторую - последовательно включены вторичные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, причем одни концы этих ветвей соединены между собой непосредственно, а другие - через ключи переменного тока, он снабжен т-1 вспомогательными однофазными инверторами, выходы которых соединены с первичными обмотками т-1 вспомогательных трансформаторов , содержащих по две вторичных обмотки, кажда  из которых включена последовательно в упом нутую вторую ветвь каждой из двух фаз, причем коэффициенты трансформации основного трансформатора по вторичным обмоткам HQ., KQ включенным в первую и вторую ветви каждой фазы, а также коэффициент трансформации i-ro вспоК выбимогательного трансформатора реют из соотношени  .(N+1). где N 3 число ступеней на шестой части периода выходного напр жени ; m - общее число вспомогательных транс форматоров; i 1,2,3,..., rn - nopmковый номер вспомогательного трансфер матора. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразовглел ; на фиг. 2 формы напр жений на рбмотках трансфор матора, временна  диаграмма импульсов управлени  ключами и форма выходного линейного напр жени  дл  случа  m 2, N 9. Преобразователь содержит основной и вспомогательный инверторы 1 и 2, выходы которых соединены соответственно с первичными обмотками трансфор маторов 3 и 4, вторичные обмотки которых соединены через ключи перемен ного тока 11-14 с выходными выводами преобразовател . Кроме того, преобразователь содержит однофазный вспомога тельный инвертор 15 и трансформатор 16, подключенный к его выходу, вторичные обмотки 17 и 18 которого включены последовательно с вторичными обмотками основного и вспомогательного трансформаторов. Устройство работает следующим образом . Однофазные инверторы 1, 2 и 15 синхронизированы и управл ютс  таким образом, что на их выходах создаютс  переменные напр жени  , 11р4 fyfy формы которых представлены на йиг.2а, Управление ключами осуществл етс  импульсами напр жени , диаграмма кото рых представлена на фиг. 26. Причем импульсы, соответствующие графику Ц, подаютс  на ключ 11, графику на ключ 12 и т.д. Дл  получени  выходного напр жени , близкого по форме к синусоидальноку, амплитуды его ступеней выбирают из услови  посто нства разности амплитуд двух любых смежных ступеней, При этом амплитуды ступеней отсчитываютс  от оси абсцисс (фиг. 2в). Длительность каадой ступени с первой по дев тую включительно равна Л/27, а длительность дес той ступени равна J/3 эл.град. Крива  с такими параметрами ступеней имеет коэффициент гармоник 5,2. Дл  9 116 получени  напр жени  с указанными амплитудами ступеней величины напр жений на вторичных обмотках 5-10 ( %-4)-(о) и 7,18 (Ц„-т-Ц,|в) трансформаторов 3, J и 16 должны быть св заны с амплитудами первой U,j, третьей Uj, п той Uj и дес той ступеней выходного линейного напр жени  следующим образом: ОП . Un/r и„-, и, 05- 08 10 т„е. отношение коэффициентов трансформации основного трансформатора по обмоткам 6 и В, включенным в первые ветви, и по обмоткам 5 и 7, включенным во вторые ветви фаз, а таюхе вспомогательных трансформаторов k и 16 следует выбирать из. соотношени : К02 4- 10:5:3:1. случа  m вспомогательных трансформаторов коэффициенты трансформации основного трансформатора по вторичным обмоткам, включенным в первую и вторую ветви фаз преобразовател , а также Коэффициент трансформации 1-го вспомогательного трансформатора выбирают из соотношени : % вГ- - Т где N 3 - число ступеней на шестой части периода выходного напр жени ; т- общее число вспомогательных трансформаторов; i 1,2,...,m - пор дковвый номер вспомогательного трансформатора . При m 1,2,3,,..., соответствуюее число ступеней на шестой части периода выходного напр жени  будет 3,9i17,8l,... Задава  неравно N бходимое число ступеней из этого  да, можно определить необходимое исло вспомогательных трансформатоов (П . Формирование п той дес той ступеней выходного напр ени  осуществл ют путем подключени  бмоток 5, 7 или 6, 8 к соответствуюим выходным выводам преобразовате . Остальные ступениформируют пуем суммировани  или вычитани  нар жений обмоток 5,9, 17 или 7, 10, 18. Например, ампгмтуды ступеей с первой по дев тую определ ют  следующим образом: Полупериод выходного напр жени  можно разбить на 27 равных интервалов (элементарных ступеней). На первом интервале замыкают клю чи 11 и 1. При этом к выводам А и В прикладываетс  алгебраическа  сум ма напр жений обмоток 5, 9-и 17, равна  Uc- Ua- U-, UABI 05 Uo9 u К выводам В и С - напр жение обИотки 8 iO к выводам С и А -(UftBl Ueci) -Ui + Uio э В результате формируютс  перва  положительна , дес та  отрицательна и дев та  положительна  ступени линейных напр жений идц, Ugj., . На втором интервале исчезает напр жение на обмотках трансформатора 16 (фиг. 2а), а замкнутыми остаю с  те же ключи, поэтому линейные на пр жени  станов тс  равными: Uo5- Uo9 из UQ,, ZCl -Uo8 Цо. UCA2 -(UAB2 %2 Т.е. формируютс  втора  положительна , дес та  отрицательна  и восьма положительна  ступени линейных наНр жений вс сАНа третьем интервале мен етс  по л рность напр жений на обмотках тра форматора 1б, а к выходным выводам преобразовател  остаютс  подключенн те- же обмотки, поэтому 05- Ug - , tf об- 1о -() -из и о-и-Г При этом формируютс  треть  положительна , дес та  отрицательна  и се ма  положительна  ступени линейных напр жений. На следующих интервалах работа преобразовател  происходит аналогич но описанному в соответствии с форм ми напр жений на обмотках трансформаторов и диаграммой импульсов управлени  ключами. В результате рабо ты преобразовател  на .его выходе со здаетс  дес тиступенчатое напр жени форма которого представлена на фиг. Подключение любой ветви схемы с помощью ключей переменного тока обе печивает возможность прохождени  то в двух направлени х и посто нство р 1t ности потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность преобразовател  при любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напр жени . Предлагаемый преобразователь обладает теми преимуществами по сравнению с известным, что имеет лучшую форму кривой выходного напр жени  (дес тиступенчатую вместо трехступенчатой , коэффициент гармоник которой равен Кр 5,2% вместо Кр 15,2% в прототипе; обладает более высоким КПД и быстродействием, жесткой внешней характеристикой, лучшей симметрией выходных напр жений, независимостью их от величины и характера нагрузки, отсутствием возможных автоколебаний в системе преобразователь-нагрузка за счет исключени  выходных фильтров. Кроме того, позвол ет более полно компенсировать реактивную мощность нагрузки, передава  ее из фазы в фазу, а следовательно, уменьшить емкость конденсаторов, устанавливаемых на входе преобразовател . Важным достоинством предлагаемой схемы преобразовател   вл етс  также то обсто тельство, что с увеличением количества ступеней выходного напр жени  число ключей переменного тока в выходных цеп х преобразовател  остаетс  равным k. Это благопри тно сказываетс  на надежность работы преобразовател , так как увеличение числа спючей на вторичных сторонах трансформаторов более нежелательно, чем на первичных из-за большей сложности Ю1ючей, меньшей надежности их коммутации , обусловленной большими величинами напр жений, прикладываемых к ключам и более сложными устройствами коммутации. При этом, использование указанных выше соотношений между коэффициентами трансформации основного и вспомогательного трансформаторов позвол ет значительно улучшить форму кривой выходного напр жени  без существенного усложнени  схемы. При добавлении одного вспомогательного инвертора и трансформатора число ступеней на шестой части периода выходного напр жени  увеличиваетс  и три раза. Например, использование трех вспомогательных трансформаторов позвол ет сформировать кривую с 27-ю ступен ми на шестой части периода, т,е.

.получить практически синусоидальную форму. При этом амплитуды пр моугольных напр жений втор1«ных обмоток основного трансформатора, включенных в первую и вторую ветви фаз, а также трех вспомогательных трансформаторов должны относитьс  между собой как 28:1иЭ:3:1 и св заны с ампштудами ступеней формируемого напр жени  следующим образом:

JrpOf 2б Цро2 J-M Р8-Г 9

Urpecf из игрез и. а ступени линейных напр жений формируют путем суммировани  или ш читани  этих напр жений:

и-,А- UQ - ич - и. и,

U14

1

и,4- U9 - из, из и .,4-и 9 Ui, U4 Ui4- Us - Ui, Us- U9, Ue Ui4-U9-+ Ur, UT Ug U3-U, Uft U-J4.- ид+из, Ug Ui4-U9+ , Uio Ui4- из- U-f, U-,., ( Uj, Ui2 Ui4- из 4 U-t, Ui3 U, Vo2 75 Ui , Ul6 Ui4+ Ui - U, Un U-,44U3, Ui8 -Ui4-«-U3 - Ui,-Ut9 Ui4 Ug-U3 - U, U2o U-,44U9 - Uj, (i Ui4-f-U9-U3 + Щ, U22 Ui4 Ug Ui, U23- , U24 Ui4-f U9 - U, U25 U-f44 Ug + Uj-Ui , U2b Ui4+U9- U3, . + U9 4 из 4 U.

Дальнейшее увеличение числа вспомогательных трансформаторов приводит к резкому возрастанию количества ступеней . Так, использование j-x вспомогательных трансформаторов позвол ет сфоркмррвать кривую с 81-ой ступенью на шестой части периода выходного напр жени .

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   Преобразователь посто нного напр жени  в трехфазное квазисинусоидаль--. мое, содержащий основной и вспомогательный однофазные инверторы, нагруженные , соответственно, на первичные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, вторичное обмотки которых соединены -в две фазы , включенные по схеме открытого

   треугольника, вершины которого св заны с выходными выводами преобразовател , причем кажда  из указанных фаз содержит две параллельные ветви, в первую из которых включена вторична  обмотка основного трансформатора, а во вторую - последовательно включены вторичные обмотки основного и вспомогательного трансформаторов, одни концы этих ветвей соединены между собой непосредственно, а другие - через ключи переменного тока, отличающий с  тем, что, с целью улучшени  качества выходного напр жени  путем формировани  N-ступенчатой, близкой к синусоидальной, формы кривой выходного напр жени , он снабжен m-1-вспомогательными однофазными инверторами, выхо/ котсч)ых соеда нены с первичными обмотка rtt-l-вспомогательных трансформаторов, содержащих по две вторичных обмотки, ка)Цда  из которых включена последовательно в пом нутую вторую аетвь канщой из двух фаз, причем коэффициенты трансформации ОСНОЮ10ГО трансформатора по вторичным обмоткам Кд, к о ченным в первую и вторую ветви фаз, а также коэф4 циент трансформации i-ro вспомогательного трансформатора выбирают ve соотношени 

   где ь 3 число ступеней на шестой части периода, выходного напр жени ; т- общее число вспомогательных трансформаторов; 1 1,2,...,т - пор дковый номер вспомогательного трансформатора .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1 , Авторское свидетельство СССР № 652670, кл. И 02 М 7/515, 1978.
2. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 299 255/07,

   кл. Н 02 М 7/55, 1986.
3. 3.Авторское свидетельство СССР по за вке tf 3000673.

   кл. Н 02 М , 1980.

   Л

   Sir ir

   jl IV

   li

   D

   15

   3 I. J

   7 Y8

   fO

   J6

   Й

   /

   в

   A фиг. /

   (JTp}6