SU1707731A1 - Multiphase semiconductor dc-to-ac converter with intervening unit of higher frequency - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике . Цель изобретени  - повышение КПД и надежности и улучшение качества выходного напр жени . Устройство содержит кас- кадно соединенные высокочастотный инвертор 1 с синусоидальным выходным напр жением, трансформатор 2 с вращающимс  магнитным полем, компенйирован- ный непосредственный преобразователь частоты 4, выходной фильтр 5 и систему управлени  6. Система управлени  6 синхронизирует работу силовых ключей высокочастотного инвертора 1 с синусоидальным выходным напр жением и компенсированного непосредственного преобразовател  частоты 4. Регулирование по величине и частоте выходного напр жени  осуществл етс  таким образом, чтобы фазовый угол между напр жением и током на входе компенсированного непосредственного преобразовател  частоты 4 был равен нулю, за счет чего обеспечиваетс  компенсаци  реактивного тока нагрузки. 2 ил. ЁThe invention relates to electrical engineering. The purpose of the invention is to increase efficiency and reliability and improve the quality of the output voltage. The device contains a cascade-connected high-frequency inverter 1 with sinusoidal output voltage, a transformer 2 with a rotating magnetic field, a compensated direct frequency converter 4, an output filter 5, and a control system 6. The control system 6 synchronizes the operation of the power switches of the high-frequency inverter 1 with a sinusoidal output voltage and a compensated direct frequency converter 4. The magnitude and frequency of the output voltage is controlled in such a way azom to the phase angle between the voltage and current at the input of the compensated direct frequency converter 4 is equal to zero, thereby providing compensation reactive load current. 2 Il. Yo

Description

VIVI

ОABOUT

VIVI

VI САVI SA

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к преобразовательной технике , и предназначаетс  дл  использовани  во вторичных источниках питани  с промежуточным звеном повышенной частоты.The invention relates to electrical engineering, in particular to converter equipment, and is intended for use in secondary power sources with an intermediate link of increased frequency.

В преобразовател х данного типа используютс  схемы, состо щие из выпр мител , инверторов и демодул тора. При их работе на активно-индуктивную нагрузку возникают трудности рекуперации реактивного тока нагрузки. Задача решаетс  включением на вход выпр мител  демпфирующей емкости или включением р да дополнительных ключевых элементов В первом случае увеличиваетс  искажение формы кривой выходного напр жени  преобразовател , а во втором - схема преобразовател  усложн етс .Converters of this type use circuits consisting of rectifier, inverters, and demodulator. When they work on the active-inductive load, difficulties arise in the recovery of reactive load current. The problem is solved by including a damping capacitor into the rectifier input or by turning on a number of additional key elements. In the first case, the distortion of the shape of the output voltage curve of the converter increases, and in the second, the converter circuit becomes more complex.

Известный трехфазный преобразователь содержит четыре высокочастотных инвертора , четыре высокочастотных трансформатора, реверсивные выпр мители , коммутирующие емкости и систему управлени , обеспечивающую регулирование по величине и частоте выходного квазисинусоидального напр жени  преобразовател . Принудительна  коммутаци  тиристоров инвертора решаетс  использованием коммутирующих емкостей, что обеспечивает рекуперацию тока нзгрузкиThe well-known three-phase converter contains four high-frequency inverters, four high-frequency transformers, reversible rectifiers, switching capacitances and a control system that controls the magnitude and frequency of the output quasi-sinusoidal voltage of the converter. Forced switching of the inverter thyristors is solved by using switching capacitors, which provides recovery of the load current

Недостатком такого преобразовател   вл ютс  низкие ь ПД. надежность и качество вшходного напр жени The disadvantage of such a converter is low PD. reliability and quality of input voltage

Цель изобретени  - повышение КПД надежности и качества выходного напр жени  полупроводникового преобразовател  с промежуточным звеном повышенной частоты .The purpose of the invention is to increase the efficiency and reliability of the quality of the output voltage of a semiconductor converter with an intermediate link of increased frequency.

Поставленна  цель достигаетс  тем. что введены компенсированный непосредственный преобразователь частоты и выходнойфильтр . высокочастотный трансформатор выполнен с вращающимс  магнитным полем, содержащим выходные обмотки по числу фаз, конденсатор и дополнительную первичную обмотку, первый вывод которой соединен через конденсатор с первым выводом основной первичной обмотки , а вторые выводы основной и дополнительной первичных обмоток объединены, при этом основна  и дополнительна  первичные обмотки развернуты в пространстве на угол 90°. выходные обмотки высокочастотного трансформатора с вращающимс  магнитным полем включены по схеме звезда и подключены к входу компенсированного непосредственного преобразовател  частоты, выход которого через выходной фильтр соединен с выводами дл  подключени  многофазной нагрузки, высокочастотный инвертор выполнен по схеме с синусоидальным выходным напр жением, система управлени  содержит высокочастотный задающий генератор, блок управлени , обеспечивающий управление высокочастотным инвертором по методу широтно-импульс- ной модул ции, блок синхронизации и блоки формировани  управл ющих сигналовThe goal is achieved by those. that a compensated direct frequency converter and an output filter are introduced. the high-frequency transformer is made with a rotating magnetic field containing output windings according to the number of phases, a capacitor and an additional primary winding, the first terminal of which is connected via a capacitor to the first terminal of the primary primary winding, and the second terminals of the primary and secondary primary windings are combined, while the primary and secondary primary the windings are rotated in space at an angle of 90 °. the output windings of a high-frequency transformer with a rotating magnetic field are connected according to the star circuit and connected to the input of a compensated direct frequency converter, the output of which is connected to the terminals for connecting the multiphase load through the output filter, the high-frequency inverter is designed with a sinusoidal output voltage, the control system contains a high-frequency setting generator, control unit, providing control of the high-frequency inverter using the pulse-width method Odulov tion, the synchronization block and the blocks generating the control signals

компенсированного непосредственного преобразовател  частоты по числу фаз, первые входы которых соединены с выходом высокочастотного задающего генератора и входом блока управлени  высокочастотнымcompensated direct frequency converter according to the number of phases, the first inputs of which are connected to the output of the high-frequency master oscillator and the input of the control unit of the high-frequency

инвертором, а первый и второй выходы подключены к входам управлени  соответствующей фазы компенсированным непосредственным преобразователем частоты , входы блока синхронизации соединены с входом компенсированного непосредственного преобразовател  частоты , а выходы подключены к вторым входам соответствующих блоков формировани  управл ющих сигналов компенсированногоthe inverter, and the first and second outputs are connected to the control inputs of the corresponding phase by a compensated direct frequency converter, the inputs of the synchronization unit are connected to the input of a compensated direct frequency converter, and the outputs are connected to the second inputs of the corresponding control signal generating units

непосредственного преобразовател  частоты , каждый из которых содержит делитель частоты, низкочастотный фильтр, сумматор, первый и второй компараторы, первый и второй формирователи импульсов, делительdirect frequency converter, each of which contains a frequency divider, low-pass filter, adder, the first and second comparators, the first and second pulse shapers, the divider

напр жени  и первый и второй генераторы косинусоидэльных колебаний, входы которых  вл ютс  вторыми входами блоков фор- мировани  управл ющих сигналов компенсированного непосредственногоvoltages and the first and second cosine oscillation oscillators, whose inputs are the second inputs of the formation blocks of the control signals of the compensated direct

преобразовател  частоты, первый вход которых  вл етс  входом делител  частоты выход которого через низкочастотный фильтр подключен к первому входу делител  напр жени , второй вход которого соединен с соответствующими выводами дл  подключени  нагрузки, второй вход сумматора соединен с выходом делител  напр жени , выходы первого и второго генератора косинусоидальных колебанийa frequency converter whose first input is an input of a frequency divider whose output is connected via a low-pass filter to the first input of a voltage divider, the second input of which is connected to the corresponding terminals for connecting the load, the second input of the adder is connected to the output of a voltage divider, outputs of the first and second oscillator cosine oscillations

подключены к первым входам первого и второго компараторов соответственно, вторые входы которых объединены с выходом сумматора , выходы первого и второго компараторов через соответствующие первый иconnected to the first inputs of the first and second comparators, respectively, the second inputs of which are combined with the output of the adder, the outputs of the first and second comparators through the corresponding first and

второй формирователи импульсов подключены к входам управлени  компенсированного непосредственного преобразовател  частоты.The second pulse shaper is connected to the control inputs of a compensated direct frequency converter.

На фиг.1 показана структурна  схемаFigure 1 shows the structural scheme

многофазного полупроводникового преобразовател  посто нного напр жени  в переменное с промежуточным звеном повышенной частоты, на фиг.2 - эпюры напр жений .a multiphase semiconductor DC / AC converter with an intermediate link of increased frequency; in Fig. 2, voltage plots.

Преобрэзпвз ель содержит высокоча- сто ный инвертор 1 синусоидального напр жени ,высокочастотный трансформатор 2 с вращающимс  магнитным полем, конденсатор 3. компенсированный непосредственный преобразователь 4 частоты (НП - К), выходной фильтр 5, систему 6 управлени , нагрузку 7.The inverter contains a high-frequency inverter 1 sinusoidal voltage, a high-frequency transformer 2 with a rotating magnetic field, a capacitor 3. a compensated direct frequency converter 4 (LF-K), an output filter 5, a control system 6, a load 7.

В состав системы у г ..делени  входит высокочастотный задающий генератор 8, блок 9 управлени  высокочастотным инвертором по методу ширстно-импульсной модул ции , блок 10 синхронизации, блоки 11-13 формировани  управл ющих сигналов дн  фа А, В и С соответственно делитель 14 .. :тоты. генераторы 17 и 15 косинусоидальных кривых дл  формировани  напр жений положительного и отрицательного типов соответственно, низкочастотный фильтр 15. сумматор 16. компараторы 19 и 21. формирователи 20 и 22 импульсов и делитель 23 напр жени .The system of the division includes a high-frequency master oscillator 8, a block 9 of controlling a high-frequency inverter using the pulse-width modulation method, a block 10 of synchronization, blocks 11-13 of generating control signals of the day fa A, B and C, respectively, a divider 14. . :then you. generators 17 and 15 of cosine curves for forming voltages of positive and negative types, respectively; low-pass filter 15. accumulator 16. comparators 19 and 21. pulsers 20 and 22 pulses and voltage divider 23.

На фиг 2 показаны эпюры напр жений по сн ющие работу системы управлени  по формированию выходного напр жени  фазы А преобразовател , где обозначено: а - импульсы задающего высокочастотного ге- ерзторз1 - импульсы д ,тел  частоты: вFig. 2 shows voltage plots showing the operation of the control system for the formation of the output voltage of the A phase of the converter, where it is marked: a - impulses of the driving high frequency hertzors 1 - impulses d, frequency bodies:

- напр жение иг аыходе низкочастотного фильтра; г -- напс хение на выходе делител  напр жений, д - ког..-.оидзльные кривые положительного типа и синусоидальный ci- чзл выхода сумматора; е - угсэёл юшн - имг, 7льсы дл  форми- i ге а н и  к г i п о и напр жени  ч о. к.осинусоидгль- нь-е к-риг-.ые OTpk-адт .-с-о типа и синусоидальный сигнйп с йь - -д-э сумматора: з - yr-разл Ю-.и и .-., V с г. д--ч формировани  кривой Hanpsx-;jH,i отрицательного типа: и- voltage on the output of the low-pass filter; d is the spacing at the output of the voltage divider, g is the cog ..-. ozdzlie curves of the positive type and the sinusoidal cylinder of the output of the adder; e - ukseel yushn - img, 7lsy for the formation of - i he and n and to g i p about and tension of the about. C.sinusoidal-to-rig-.e OTpk-adt. -c-type and sinusoidal signal with d - e adder: s - yr-decl. Yu-.i and .-., V with g d - h forming the Hanpsx-; jH, i curve of the negative type: and

- кри-зэ  нчпррж- и  псюжительного типа; к - крива  ,г-1и  стрицзтепьного типа; л - крива  напг. на выходе ком- пенс ированн го непосредственного преобразовател  частоты м - напр жение на выходе фильтра.- Kri-ze nchprzh-and psyuzhitelnogo type; k - curve, r-1i and stritztepnogo type; l - curve napg. at the output of the compensated direct frequency converter m is the voltage at the output of the filter.

Система управлени  многофазного полупроводникового преобразовател  работает следующим образом.The control system of a multi-phase semiconductor converter operates as follows.

Импульсы от высокочастотного задающего генератора 8 (фиг.2а) через блок 9 управлени  формируют управл ющие сигналы дл  высокочастотного инвертора 1 синусоидального напр жени  и поступают на вход делител  14 частоты блоков 11-13 формировани  управл ющих сигналов фаз НПЧК соответственно.The pulses from the high-frequency master oscillator 8 (Fig. 2a), through the control unit 9, generate control signals for the high-frequency inverter 1 sinusoidal voltage and enter the input of the frequency divider 14 of the NFFC phases control signals, respectively.

Рассмотрим работу одного блока 11 формировани  управл ющих сигналов, формирующего выходное напр жение фазыConsider the operation of one block 11 of the formation of control signals, forming the output voltage of the phase

А. С выхода делител  14 частоты (фиг 26) импульсы поступают на вход низкочастотного фильтра 15. выдел ющего основную гармонику выходного напр жени , с выхода 5 которого синусоидальный сигнал (фиг.2в) поступает на один из входов сумматора 16 и делител  23 напр жени . Делитель напр жени  сравнивает выходное напр жение преобразовател  с эталонным и на второйA. From the output of the frequency divider 14 (Fig. 26), the pulses are fed to the input of the low-pass filter 15. The output voltage separating the main harmonic, from the output 5 of which a sinusoidal signal (Fig. 2b) goes to one of the inputs of the adder 16 and the voltage divider 23 . The voltage divider compares the output voltage of the converter with the reference and the second

0 вход сумматора подает разность этих напр жений (фиг.2г).0 the adder input supplies the difference of these voltages (FIG. 2d).

Результирующий сигнал с выхода поступает на один из входов компараторов 19 и 21, на второй вход которых поступает сиг5 нал от генераторов 17 и 18 косинусоидальных кривых (фиг 2д, ж), работающих от блока 10 синхронизации. С выхода компараторов управл ющие импульсы (фиг 2е, з) через формирователь20 импульсов поступаютThe resulting signal from the output goes to one of the inputs of comparators 19 and 21, to the second input of which a signal comes from generators 17 and 18 of cosine curves (Fig. 2e, g), operating from synchronization unit 10. From the output of the comparators, the control pulses (Fig. 2e, 3) are supplied through the driver 20;

0 в одну из секций НПЧК, в которой непрерывно образуетс  крива  выходного напр жени  положительного типа (фиг.2и), а через формирователь 22 импульсов поступают в другую секцию НПЧК, где образуетс  кри5 ва  выходного напр жени  отрицательного типа (фиг.2к). Выходное напр жение НПЧК (фиг.2л)  вл етс  средним арифметическим выходных напр жений этих двух секций. На фиг.2м показано напр жение на выходе0 into one of the NFSC sections, in which the positive type output voltage curve (Fig.2i) is continuously formed, and through the shaper 22 pulses flow into another NFSC section, where a negative type output voltage curve is formed (Fig.2k). The output voltage of the PFCF (Fig. 2L) is the arithmetic average of the output voltages of these two sections. 2m shows the output voltage

С фильтра 5.With filter 5.

Использование высокочастотного инвертора синусоидального напр жени , высокочастотного трансформатора с вращающимс  магнитным полем и компен5 сированного непосредственного преобразовател  частоты - выгсдно отличает предлагаемый мнсгофазный полупроводниковый преобразователь с промежуточным звеном повышенной частоты от известныхThe use of a high-frequency sinusoidal voltage inverter, a high-frequency transformer with a rotating magnetic field, and a compensated direct frequency converter - distinguishes the proposed multiphase semiconductor converter with a high-frequency intermediate link from the known

С преобразователей, основанных на принципе выделени  разностной частоты, так как повышаетс  надежность КПД преобразовател  и улучшаетс  качество выходного напр жение .From converters based on the principle of separating the difference frequency, since the reliability of the efficiency of the converter is increased and the quality of the output voltage is improved.

Claims (1)

5Формула изобретени 5 Formula of Invention Многофазный полупроводниковый преобразователь посто нного напр жени  в переменное с промежуточным звеном повышенной частоты содержащее высокоча0 стотный трансформатор, высокочастотный инвертор, вход которого соединен с выводами дл  подключени  источника питани , а к выходу подключена основна  первична  обмотка высокочастотного трансформатора,A multiphase semiconductor DC / AC converter with a high-frequency intermediate circuit containing a high-frequency transformer, a high-frequency inverter, the input of which is connected to the terminals for connecting the power source, and the main primary winding of the high-frequency transformer connected to the output, 5 систему управлени , выводы дл  подключени  многофазной нагрузки, отличающий- с   тем, что. с целью повышени  КПД надежности и улучшени  качества выходного напр жени , введены компенсированный непосредственный преобразователь частоты и выходной фильтр, высокочастотный трансформатор выполнен с вращающимс  магнитным полем, содержащим выходные обмотки по числу фаз. конденсатор и дополнительную первичную обмотку, первый вы- вод которой соединен через конденсатор с первым выводом основной первичной обмотки , а вторые выводы основной и дополнительной первичных обмоток объединены, при этом основна  и дополнительна  пер- вичные обмотки развернуты в пространстве на угол 90°. выходные обмотки высокочастотного трансформатора с вращающимс  магнитным полем включены по схеме звезда и подключены к входу компенсирован- ного непосредственного преобразовател  частоты, выход которого через выходной фильтр соединен с выводами дл  подключени  многофазной нагрузки, высокочастотный инвертор выполнен по схеме с синусоидальным выходным напр жением, система управлени  содержит высокочастотный задающий генератор, блок управлени , обеспечивающий управление высокочастотным инвертором по методу широтно-импульсной модул ции, блок синхронизации и блоки формировани  управл ющих сигналов компенсированного непосредственного преобразовател  частоты по числу фаз, первые входы которых сое- динены с выходом высокочастотного задающего генератора и входом блока управлени  высокочастотным инвертором, первый и второй выходы подключены к входам управлени  соответствующей фазы компенсированным непосредственным5 control system, outputs for connecting a multi-phase load, characterized in that. In order to increase the reliability efficiency and improve the quality of the output voltage, a compensated direct frequency converter and an output filter are introduced, the high-frequency transformer is made with a rotating magnetic field containing output windings according to the number of phases. the capacitor and the additional primary winding, the first output of which is connected via a capacitor to the first output of the primary primary, and the second outputs of the primary and secondary primary windings are combined, with the primary and secondary primary windings being rotated through 90 ° in space. the output windings of a high-frequency transformer with a rotating magnetic field are connected according to the star circuit and connected to the input of a compensated direct frequency converter, the output of which is connected to the outputs for connecting a multiphase load through an output filter, the high-frequency inverter is designed according to a sinusoidal output voltage, the control system contains high-frequency master oscillator, a control unit that provides control of a high-frequency inverter using the pulse-width mod The clock unit, the synchronization unit, and the control signal shaping units of the compensated direct frequency converter according to the number of phases, the first inputs of which are connected to the output of the high-frequency master oscillator and the input of the control unit of the high-frequency inverter, the first and second outputs are connected to the control inputs of the corresponding phase compensated direct преобразователем частоты, входы блока синхронизации соединены с входом компенсированного непосредственного преоб разовател  частоты, а выходы подключены к вторым входам соответствующим блоков формировани  управл ющих сигналов компенсированного непосредственного преобразовател  частоты, каждый из которых содержит делитель частоты, низкочастотный фильтр, сумматор, первый и второй компараторы , первый и второй формирователи импульсов, делитель напр жени  и первый и второй генераторы косинусоидальных колебаний , входы которых  вл ютс  вторыми входами блоков формировани  управл ющих сигналов компенсированного непосредственного преобразовател  частоты, первые входы которых  вл ютс  входом делител  частоты, выход которого через низкочастотный фильтр подключен к первым входам сумматора и делител  напр жени , второй вход которого соединен с соответствующими выводами дл  подключени  нагрузки, второй вход сумматора соединен с выходом делител  напр жени , выходы первого и второго генераторов косинусоидальных колебаний подключены к первым входам первого и второго компараторов соответственно, вторые входы которых объединены с выходом сумматора, выходы первого и второго компараторов через соответствующие первый и второй формирователи импульсов подключены к входам управлени  компенсированного непосредственного преобразовател  частоты.the frequency converter, the inputs of the synchronization unit are connected to the input of the compensated direct frequency converter, and the outputs are connected to the second inputs of the corresponding control signal generating units of the compensated direct frequency converter, each of which contains a frequency divider, a low-pass filter, an adder, the first and second comparators, the first and the second pulse shaper, the voltage divider and the first and second cosine oscillator, whose inputs are The second inputs of the control signal generation units of the compensated direct frequency converter, the first inputs of which are the input of a frequency divider, the output of which through a low-pass filter is connected to the first inputs of the adder and voltage divider, the second input of which is connected to the corresponding terminals for connecting the load the adder is connected to the output of the voltage divider, the outputs of the first and second generators of cosine oscillations are connected to the first inputs of the first and second th comparators, respectively, second inputs of which are combined with the output of the adder, the outputs of the first and second comparators via respective first and second pulse shapers are connected to the control inputs of the frequency converter directly compensated. а лшнишшшншмшшшишand shshnishshshnshmshshshish а i вa i in шшшшш shhhh р 111 i i i i i i i i i i и i 111 м i i i i i I i ip 111 i i i i i i i i i i i and i 111 m i i i i i I i i чтшштт thu 3 i i i i i i i i i и i i i i I м t i 11 м i м I i3 i i i i i i i i i i and i i i i I m t i 11 m i m I i фиг. 2FIG. 2