ОДНОФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ ТРЕХСТУПЕНЧАТОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ

ОДНОФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО
НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ ТРЕХСТУПЕНЧАТОЕ
КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ
Полезная модель относится к области преобразовательной техники и может применяться в системах электроснабжения, к которым предъявляются повышенные требования относительно коэффициента нелинейных искажений выходного напряжения.
Известна силовая схема преобразователя постоянного напряжения в переменное трехступенчатое 1, где аппроксимация синусоидального выходного напряжения происходит посредством переключения отпаек в выходном трансформаторе. Недостатком данного устройства является наличие выходного трансформаторного блока, а также невозможность работы схемы на активно-индуктивную нагрузку.
Известен также однофазный преобразователь 2 , на выходе которого формируется переменное трехступенчатое напряжение, однако данное устройство имеет следующие недостатки:
-большое число источников питания (три источника);
-наличие трансформаторного блока на выходе;
-отсутствие каналов для возврата реактивной мощности нагрузки в цепь источника питания, что негативно отразится на работе элементов схемы.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является однофазный инвертор с переключением секций источника питания 3, содержащий инверторный мост, к входу которого подключены два последовательно соединенных источника питания, каждый из которых шунтирован конденсатором, причем общая нулевая точка источников питания соединяется с обоими плечами инверторного моста с помощью двух ветвей, каждая из которых содержит ключ с двусторонней проводимостью. Коэффициент нелинейных искажений выходного напряжения данного устройства равен 15%.
Недостатком данного преобразователя является то, что при физической реализации вышез азанных ключей с двусторонней проводимостью потребуется четыре транзистора. Таким образом, преобразователь в общей сложности будет содержать восемь транзисторов. Кроме того, потребуется два шунтируюших конденсатора на входе.
Задачей заявляемой полезной модели является упрошение схемы преобразователя - сокращение количества элементов при его реализации при сохранении качества выходного напряжения.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в схему однофазного преобразователя постоянного напряжения в переменное трехступенчатое квазисинусоидальное, содержащего мостовой инвертор напряжения с подключенными к его входу двумя последовательно
МПК Н 02 М 7/48
соединенными источниками питания, введены транзисторы и диоды, причем транзистор включен в цепь каждого из источников питания и соединен с ним последовательно, а диод подключен параллельно в непроводящем направлении к цепи, состоящей из источника питания и транзистора, при этом ветвь из последовательно соединенных диодов шунтирована конденсатором.
Техническое решение поясняется чертежами - на фиг. 1 представлена силовая схема преобразователя, а на фиг.2 - кривая выходного напряжения и алгоритм управления вентилями схемы.
Предлагаемое устройство содержит основной источник питания 1, последовательно с ним соединенный транзистор 2 и диод 3, подключенный параллельно в непроводящем направлении к цепи, которую составляют источник питания 1 и транзистор 2. Кроме этого преобразователь содержит дополнительный источник питания 4, последовательно соединенный с источником питания 1. Источник питания 4 с последовательно соединенным с ним транзистором 5 образуют цепь, параллельно которой в непроводящем направлении подключен диод 6. В схему преобразователя входит мостовой инвертор напряжения, содержащий четьфе транзистора 7-10, четыре обратных диода 11-14 и активно-индуктивную нагрузку 15, подключенную к диагонали инверторного моста. К входу инверторного моста подключены источники питания 1 и 4 и конденсатор 16, шунтирующий ветвь из последовательно соединенных диодов 3 и 6.
Функционирование предлагаемого устройства происходит следующим образом (фиг.2):
1)на интервале О  wt  тт/б на нагрузку работает только дополнительный источник питания 4 (транзистор 5 открыт), основной источник питания 1 отключен (транзистор 2 заперт). Выходное напряжение имеет положительную полярность (открыты транзисторы 7 и 10 инверторного моста);
2)на интервале  на нагрузку 15 работает только основной источник питания 1 (транзистор 2 открыт). Дополнительный источник питания 4 отключен (транзистор 5 заперт). Проводят транзисторы 7 и 10 инверторного моста - выходное напряжение имеет положительную полярность;
3)на интервале 7t/3 wt 27i/3 на нагрузку 15 работает как основной источник питания 1, так и дополнительный источник питания 4 (транзисторы 2 и 5 открыты). Проводят транзисторы 7 и 10 инверторного моста;
4)на интервале 271/3 wt 57c/6 алгоритм работы транзисторов тот же, что и в пункте 2);
5)на интервале 57i/6 wt транзисторы схемы функционируют также, как и в п.1).
выходного напряжения ( вместо транзисторов 7 и 10 проводят транзисторы 8 и 9 инверторного моста).
Оптимальная форма кривой выходного напряжения преобразователя в смысле минимума коэффициента нелинейных искажений представлена на фиг.2, там же указан алгоритм управления транзисторами, которые обозначены цифрами 2, 5, 7-10. Для подавления высших гармоник необходимо выполнение следующего условия:
(l + V3)
при заданных углах зшравления - О, л/б и л/3, где Е - напряжение основного источника питания 1, а dU - напряжение дополнительного источника питания 4.
Для схемы однофазного мостового инвертора напряжения 4 коэффициент нелинейных искажений равен 30%. При этом выходное напряжение содержит высшие гармоники с номерами:
± 1, meN, ,7,...
Гармонический состав ( содержание высших гармоник в % от основной ) выходного напряжения однофазного мостового инвертора представлен в таблице 1:
(1)
(2)
Таблица 1
Для заявляемой схемы преобразователя с помощью оптимального выбора соотношений между dU и Е (выражение (1)) коэффициент нелинейных искажений выходного напряжения снижен до 15 %, при этом ивых содержит высшие гармоники с номерами:
l,meN,,13,...
Следовательно , предлагаемое устройство обеспечивает подавление высших гармоник с номерами:
(2-m- 1)± l,meN
Гармонический состав выходного напряжения заявляемого преобразователя представлен в таблице2(для углов управления 0,л/6,7с/3):
(3)
(4)
Таблица 2
предлагаемое устройство позволяет уменьшить коэффициент нелинейных искажений выходного напряжения до 11,3% если углы управления принять равными 71/18, Зл/18, 5:1/18, а напряжения источников питания положить равными:
., .
- где Umax - амплитуда напряжения на нагрузке. В этом случае кривая выходного напряжения содержит гармоники с номерами, удовлетворяющими уравнению (2) и имеет нулевую ступеньку от О до л/18. Алгоритм работы транзисторов схемы будет отличаться от алгоритма, показанного на фиг.2 тем, что транзисторы 7 и 10 открыты от 7Т/18 до 1771/18, транзисторы 8 и 9 открыты от 1971/18 до 357С/18, транзистор 2 проводит на интервалах п/6 - 5я/6 и 7к/б - к/6, транзистор 5 проводит на интервалах 7г/18 - п/6, 5л/18 - 13л/18, 5л/6 17Л/18, 19Л/18 - 7л/6, 23Л/18 - 31л/18, 11л/6 - 35л/18.
Гармонический состав выходного напряжения для данного случая представлен в таблице 3:
Таким образом, технический эффект от использования предлагаемого устройства заключается в том, что заявляемый преобразователь не требует наличия выходного трансформатора и обеспечивает возможность функционирования в широком регулируемом диапазоне частот на активно-индуктивную нагрузку с квазисинусоидальным трехступенчатым выходным напряжением. Кроме того, в отличие от прототипа предлагаемое устройство содержит меньшее число управляемых вентилей - не восемь транзисторов, а шесть, а также меньшее число шунтирующих конденсаторов на входе - не два конденсатора, а один.
(5)
Таблица 3
Список используемых источников:
1.Розанов Ю. К. Основы силовой преобразовательной техники. М: Энергия, 1979, с. 241-242.
2.Липковский К.А. и др. Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное.// АС СССР № 944 025 кл. Н 02 М 7/48.
3.Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М: Энергоатомиздат, 1986.С.311-312.
4.Чиженко И. М. и др. Справочник по преобразовательной технике. Киев: Техника, 1978, с. 128-131.
rtv
/ Wv Первый проректор СГТ профессор: Авторы:
,v,-.i- -(/0  I Атоян В.Р. Голембиовский Ю.М. Кодцаев Р. В.