Преобразователь постоянного напряжения в регулируемое трехфазное напряжение

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения за счет уменьшения коэффициента гармоник. Преобразователь содержит три мостовые инверторные ячейки 1,2,3. Каждая мостовая инверторная ячейка выполнена на двух полумостах на ключах 4-15 переменного тока и одном полумосте на ключах 16-21 в виде транзисторов, шунтированных возвратными диодами, к которому подключен отвод от промежуточной точки первичной обмотки выходного трансформатора 28. Вторичные обмотки 31-33 выходных трансформаторов мостовых инверторных ячеек соединены звездой. Ключи 4-21 полумостов управляются с 18-ти выходов блока управления по алгоритму, обеспечивающему формирование семиступенчатого фазного напряжения с широтно-импульсной частичной (на неполную глубину) модуляцией в процессе регулирования. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU»15417 (51)5 Н 02 М 7 5395

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬ!ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21 ) 4221 574/24-07 (22) 02.04.87 (46) 07.02.90. Бкл. №- 5 (71) Московский текстильный институт им. А.Н. Косыгина и Московский энергетический институт (72) А.В. Чесноков, Г.С.Мыцык и Д.Г. Земскова (53) 621 314 58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

y- 532162, кл. Н 02 Yi 7/505, 19?4.

Авторское свидетельство СССР №- 1471 268 по,заявке ¹ 4024729/24-07, 1986.

2 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В РЕГУЛИРУЕМОЕ ТРЕХФАЗНОЕ

НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к электро-. технике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения— повышение качества выходного напряжения за счет уменьшения коэффициента гармоник. Преобразователь содержит три мостовые инверторные ячейки 1,2,3. Каждая мостовая инверторная ячейка выполнена на двух полуг 3 !

I !

I !

° I !

Й! !

I !

I !, ! ,! !

1541739 (j+Ь 0 1 13Q 1+1.0 !+ qyi мостах на ключах 4-15 переменного

1ока и одном полумосте на ключах )621 в виде транзисторов, шунтиронанных возвратными диодами, к которому подключен отвод от промежуточной точки первичной обмотки выходного тран- сформатора 28. Вторичные обмотки 31—

33 выходных трансформаторов мостовых

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и

| электропривода.

Цель изобретения — повышение ка- .

Честна выходного напряжения за счет уменьп1ения коэффициента гармоник, На фиг. 1 представлена схема сило11ой части преобразователя, на фиг. 2— принципиальная схема блока управления; на фиг. 3 — временные диаграмммы, поясняющие принципы работы преобраЭонателя, формирования управляющих сигналов и выходного напряжения при определенном значении угла регулирования 4.; »a фиг. 4 — форма напряжения на обмотке трансформатора и форма фазного напряжения нагрузки при

0; на фиг. 5 — временные диаграм11ы возможных сигналов управления ключами второго полумоста при работе преобразователя на нагРУзкУ, имеющую угол нагрузки в диапазоне

-(7 7r/20 — A /2) (Ч, —,— а) — (7 f(/20 — Ы/2) с у с(7 Г/20 —;у ) (б), 40 на фиг. 6 — принципиальные схемы двух вариантон каналов логического узла, предназначенных для формирования сигнала управления М, при разных значениях угла 45

Преобразователь постоянного напряжения в регулируемое трехфазное напряжение (фиг.1} содержит три мостовые инверторные ячейки 1-3. Каждая ячейка содержит дна полумоста на полностью управляемых ключах 4-15 переменного тока и полумост ключей 1621 на транзисторах, шунтиронаиных возвратными диодами. Вь1ходные выводы полумостов на ключах 4-15 подкл1ачены

55 к крайним выводам первичных обмоток

22-27 трех выходных трансформаторов

28-30, а отводы от промежуточь1ых точек этих обмоток подключены к выхоинверторных ячеек соединены звездой °

Ключи 4-21 полумостон управляются с

18-ти выходов блока управления по алгоритму, обеспечивающему формирование семиступенчатого фазного напряжения с широтно-импульсной частичной (на неполную глубину) модуляцией в процессе регулирования. 6 ил. дам полумоста на ключах 16-21. Вторичные обмотки 31-33 трансформаторов

28-30 соединены в звезду, образуя свободными концами выходные выводы

А,В,С преобразователя.

Блок управления преобразователем (фиг.2) содержит последовательно соединенный задатчик 34 частоты и делитель 35 частоты на два, подключенный к счетному входу пятнадцатиканального регистра 36 с парафазными выходами

Q,, 6» 0, 0, .. °, 0 13-, 01 . РегистР

36 может быть выполнен, например, на триггерах с перекрестной связью. Выход задатчика 34 частоты подключен также к входам модулятора 37 ширины импульсов. и счетными входами трех

I К-триггеров 38-40, установочные входы 1 и К которых подключены к вь1ходам регистра 36 так, что I, = 0 к „= n<, z „= q «, к, = q „„, т = n„

К 3 = 0„Выходы регистра 36, модулятора 37 ширины импульсов и трех триггеров 38-40 (D „D» D<, D, D» 03) подключены к входам трех логических узлов 41-43. Аппаратурная реализация логических узлов 41-43, обеспечивающая связи между их входами и выхода— ми 1 11 1"1 >< 4 а 1 1. 1113 y N13 (rpe

) = А, В, С), в каждом из них определяется следующими логическими выражениями: J l Q 101+ Q I+ 13Q1 Q1

1"1 = (1

М> =0;,3 Qi+»DmD +,Я + DmDm+i S + 1+ З(i+13Q i 1Q 1 + std

Й;,= Q 1„,.„,1, „., S + й„П„«Б

13 = ql.1Q1+3 + Q;.,Q1 ° Ъу

3 3 1+1 1+.3 0 1. 01+1

5 1541739 6

Ин pnsr фазь1 А равен I, дпя щим входом Р1 (1л7 ) у(ом ну ог

А2 фазы В д = 11, а для фазы С z =. 21, ча 16 (17), содержит два логических

Если определенный по данным выраже- элемента ЗИ 60 и 61. К их входам под-. ниям результирующии индекс соответ- ключены выходы S модулятора ширины

5 ствующего выхода регистра 36 окажет- импульсов и выходы I-К триггеров 38 ся больше 15 следует осуществить one- и 39 таким образом, что связи между рацию замены: 0 где 1 — ними определяются логическими выраже— i-! . Аналогично, индекс m для ниями: ЗИ 60 — Ь1В 8, а на выходе 3 И фазы А равен 1, для фазы В т = 3 д ф зь В m = 3 и 10 61 — D,D2S. Госле инвертирования лодля фазы С m = 5 à D = D п3 — 11„, если гический сигнал Рлр Я с ныл(ода логиш о З„причем и = ш-3. Эти приве- ческого элемента ИЕ 62 (ИЕ 63 — II,73 ч) денные логические выра.-(ения могут поступает на вход логического элеменбыть реализованы различным образом та 2 И 49 (2 И 53), ), другой вход котопри помощи стандартных логических 15 рого подключен к выходу логического элемента 2И 48 (2И 52), где формируодин из возможных ва иантов ется сигнал, определяемый логическим каждый логический узел 41-43 содержит выражением Q 0 (2 И 52 — Q4Q 4) .

4 14 <4"! 14

16 логических элементов 2 И, 44-59, На выходе логического элемента 2 И два логических элемента 3 И, 60 и 61, 20 49 (2 И 53), подключенном к одному два логических элемента НЕ 62 и 63, из входов логического элемента 3 ИЛИ

70 (3 ИРИ 71 нри этом,.Форинруетсн, 65, два логических эпемента 2 ИЛИ 66 сигнал 0 0, D,D Я (2 И 53 — 1".7 0 01D S) и 67 ва логиче к д с их элемента 3 ИЛИ- В состав описываемого канала логиче-14 1 2 4 14 1

НЕ 68 и 69 и ва д а логических элемен- 25 ского узла 4! входят также логические та 3 ИЛИ 70 и 71 . Выходы 1(4„„логиче- элементы 2 И 50, выход 0 0л<> (2 И 54 ского узла 1 через усилительно-раз- (,7 ф „ ) которого подключен к входу ловязывающий узел 72 связаны с.соот- гического элемента 2И 51 (2И 55), а ветствующими управляющими входамиМ . к второму его входу подключен выход K ключеи 4-7,16 и 17. 30 логического элемента 2И-НЕ 64 (2 И вЂ” НЕ

Канал логического узла 41, пред- 65). На выходе логического элемента назначенный, например, для формиро- 2И 51 формируется сигнал g Я

4 14 вания управляющего сигнала 1ч А„(М << ) (2 И 55 — 0 Q Q 0 ) и он подключ н ключом 4 или 5 со (), одержит два ло- к второму входу логического элемента гнческих элемента 2И 44 и 45 (46 и 47), 3 ИЛИ 70 (3 ИЛИ 71). На выходе логиК их входам подключены выходы регист- ческого элемента 3 ИЛИ 70 (3 ИЛИ 71), ра 36 так что связи ме з между ними оп- к оставшемуся входу которого подклюределяются логическими выражениями . на выходе логического элемента 2 И (3 И 60), формируется управляющий

44 — ((ф4 (2 И 46 — ОЗ04), а на вы- 40 сигнал М 12= 04Q14D „D2S + D.„Ь.,Б + ходе логического элемента 2И 45

Q t4Ît (2È 47 Q 14Q»). Выходы этих + 04o t4 о 0 „а(3 ИЛИ 71 - M„2- c,,Ä14DIÃ28 + элементов подключены к входам логи- +D D S + O Р бз0, .

1 2 .4Q14 ческого элемента 3 ИЛИ-НЕ 68 (69), к оставшемуся свободному входу по-, 45 Третий канал логического узла 41, следнего подключен соответствующий . предназначенный для формирования упвыход регистра 36. На выходе логиче- равляющего сигнала N 1,Я ключом 6

» 734 ского элемента 3 ИЛИ-НЕ 68 будет при (7), содержит два логических элеменэтом сформирован управляющий сигнал, та 2 И 56 и 57 (2 И 58 и 59), подклюопределяемый логическим выражением, 50 ченных выходами к входам логического

3 IGIII-IIH 66 — II 6 GqGq л G G элемента 2 ИЛИ 66 (2 ИЛИ 67), так, + Q „(3 ИЛИ-НЕ 69 — Й А1= q.)Я + что на выходе последнего формируют (ат 14Q 75+ Q 3) управляющий сигнал, определяемый лоКанал логического узла 41, пред- гическим выражением М = 0 0 .+ гэ 3 ° 2 .P назначенный для формирования управ-

+QQ (2ИЛИ67 — Ре -Q 0 +

А3 2 4 ляющего сигнала ключом 16 (17) вто- 1 Q2Q „4) . Эти выходы логического узла рой стойки инверторной ячейки 1 и свя- 41 связаны с управляющими выходами занный выходом М, „ (.1., через усили- М и M „з ключей 6 и 7. Два других тельно-развязываюший узел 72 с управляю- логических узла 42 и 43 выполнены ана1541739 логично с учетом сдвига на ух Ол 2((/3 управляющих сигналон ключами фаз

В, С. Логические выражения, определяющие связи между логическими элементами в каждом канале всех трех логических узлов 41-43, приведены выше.

Прйнцип работы преобразователя поясняется временными диаграммами, предс апленными на фиг.3. На этом чертеже представлены: U — сигнал выхода эадатчика 34 частоты, синхронизирующего работу преобразователя U — сигнал с выхода дели35 теля 35 частоты, U э„- сигнал S c

)выхода модулятора 37 ширины импульсов 37. Длительность J. этого; cèríàx(а, пропорциональная величине U

Определяет величину выходного на-. х(ряжения преобразователя. С выхода регистра 36 получают симметричные импульсы U прямоугольной формы, Ъ6 сдвинутые друг относительно друга на угол ((/15, нлпример, 0,,(1 ...,0(,,0„, Р, на фиг,3. Каждый из

1-K триггеров (38-40) синхронизирован соответствующим сигналом с выхода регистра 36. При этом выходные сигналы П,- 11д, сиднинуты на угол ((/30 по отношения к сигналлм

Q Q „и Q „соответственно. ПО.сле осуществления логических Операций над полученными последонлтельностями импульсон на выходах логических элементов 66-71 логических узлов 41-43 получают. новые последовательности управляющих импульсов, определяемые приведенными выражениями. Номер каждого логического элемента 44 — 71 в узле 41, соответствует индексу полученной последовательности импульсон, некоторые из которых представлены на фиг.3; В результате ключи 4-21 ггреобразователя перекхппчаются в соответствии с рлвработанным алгоритмом. Регулироночные паузы и дополнительные импульсы при этом вводятся не на всем интервале проводимости.0- ((и Т(— 2(1 а только нл Определенном участке (U П, на фиг. 3) . При симметричной нагрузке преобразователя, соединенной н звез-. ду без нулевого провода, флзное лпряжение на нагрузке (при соответствующей величине. регулировочной пс зы:а()имеет вид U (фиг. 3).

Для случая с = О форма фазного выходного напряжения нагрузки I!< приведена на фиг.4. Там же представлена кривая напряжения П

5 на трансформаторе 28.

Представленная на фиг.2 схема логического узла 41 обеспечинает работу преобразователя по фиг.1 на нагрузку, имеющую любой, не заданный

- заранее, коэффициент мощности cos q г1 (угол нагрузки -1(/2 -<. V, z ((/2) .

В том случае, когда величина cos tp ограничена, схема управления, обеспечивающая неискажаемую форму выходного напряжения, может быть изменена.

Так, при работе на нагрузку с — (71(/20 — 4,((2) i q „,Г(/2 управляющие -., гигналы М и Й могут" иметь форму, приведенную на фиг.5 а;- ДополнитеЛьные переключения на интервале (("2(( для сигнала Y (О- ((для сигнала Рг) могут быть orðàíè÷åíû только зоной

I< -3 ((/2 (О- f((/2) (фиг,5а) . При ра25 боте нл нагрузку, имеющую .— (7 ((/20-(/2)

Ч г1 4(7 ((,(20 — d/2) дополнительных включений в указанных зонах можно вообще не производить (фиг.5б) В этих случаях схема каналов логического

30 узла (например, узла 41) имеет вид, представленный на фиг. 6, В первом иэ рассмотренных случаев .один иэ входон логического элемента 3 И 61 подкхпочен к выходу 0 > регистра 46 (фиг.ба), л сигнал имеет вид Г1 (11 = Я Я.1 610 +

+I),0 8 + 0„0 0,0

Во втором случае вместо логического элемента 3 ИЛИ 70 (71) включают логический элемент 2 ИЛИ 73, Сигнал имеI(4р ет нид Г ..х = 9 (нП1Пг.- + 040111 Д

Предлагаемый преобразователь обеспечивает формирование квазисинусоидальпого трехфазного напряжения с

45 уменьшенной по сравненик с известным преобразователем величиной коэффициента гармоник К (U) . В диапазоне иэмене. г ния соотношения чисел витков секций первичных обмоток 22 и 23 1:К, где I 3 4 К 4 1,5 К (U) (при о(= Ох изме няется в пределах 0,068 < К (Ю4 0,071 . Для сравнения н известном преобразователе Кг(U) = 0,094. Таким образом обеспечено улучшение качества выходного напряжения.

55 !

Формула изобре тения

Преобразователь постоянного напряжения в регулируемое трехфазное натак, что

1- t+ О ) i3 + 9 I i!> C 1 И +

) Q i+9 Qii13 1) 1!1и 1 + D D„S +

Q 3Q1+13 01+ 0 +1ф

М) = Q;+36., О1) .,Я + ЬВ „ +

i+3 9 1+13 Q i И 01+14

)3 Q1 1 Qi g Q!+1 13

)3 1+1 Q 1+3 + . -1 Р 1(.13

I где i = l, ll, 21 и m = 1,3,5, соответственно для j = А, В, С, при этом, если индекс при Q превьппает

15, а индекс. при m превьппает 3, то полученное значение уменьшают соответственно на 15 или на 3 с одновременной инверсией данного выхода, причем при необходимости эту операцию повторяют неоднократно.

9 154173 пряжение содержащий три .мостовые инверторные ячейки, каждая из которых выполнена н виде трех подключенных параллельно к входным выводам преобразователя полумостов ключей и выход5 ного трансформатора, первичная обмотка которого первым крайним выводом соединена с выходом первого полумоста ключей с управляющими входами Р -, и

М)1, отводом от промежуточной точки— с выходом второго полумоста ключей, выполненных н виде транзисторон, шунтиронанных возвратными диодами и имеющих управляющие входы <> и Й

) а вторым крайним выводом — с выходом третьего полумоста ключей переменного тока с управляющими входами И 1 и М, причем вторичные обмотки выходных трансформаторон трех мосто- 20 вых инвертарных ячеек соединены в звезду и подклкчены к выходным выводам преобразователя, и блок управления, содержащий последовательно соединенные задатчик частоты., делитель частоты на дна, N-каналь ный регистр с парафазными выходами

0,,0,...,n 0 и три одинаково выполненных логических узла, вьжоды

М 111,,..., Г М которых соеди- 30

) ! ° ° иены с одноименйымй управляющими входами ключей полумостов, к выходу задатчика частоты подключены также

Модулятор ширины импульсов, выходом

S подключенный к одним иэ входов ло35 гических узлов, и счетные входы трех

I-К-триггеров, установочные входы которых подключ ены к соответствующим выходам N-канального регистра, а их парафазные выходь! D 1, Р,...,0 D3 40

1О подключены к.другим входам логических узлов, отличающийся тем, что, с целью повьппения качества выходного напряжения за счет уменьшения коэффициента гармоник, ключи первого полумоста выполнены н виде ключей переменного тока, N-канальный регистр выполнен пятнадцатиканальным (N = 15), упомянутые устаноночные входы I-К-триггеров подключены — К = О!„

13- q Кз = О„а сняэи между входами и выходами логических узлов определяются следующими логическими выражениями

)! Q1

1 541739

39 35

Мдг м„

Mar

7cr

1 541739

1541739

Фиг. 4

G)

Фиг.5

Tg

/ а

Фиг.6

Составитель В. Моки

РедактоР Н. Яцола ТехРед П.Сердюкова КоРРектоР В.Кабаций

Заказ 288 Тираж 498 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "1!атент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101