Спосіб бекірова перетворення постійної напруги у трифазну змінну напругу

Корисна модель стосується області електротехніки, зокрема пристроїв і способів перетворення параметрів електричної енергії й може бути використана при створенні джерел вторинного електроживлення, зокрема, у пристроях керування транзисторними перетворювачами й генераторами синусоїдальної напруги. Відомим є цифровий пристрій для імпульсно-фазового керування [Преобразовательная техника, збірник, 1977, № 7 (37), с. 17, мал. 2], що містить датчики початку відліку в кожній фазі, а виходи цих датчиків з'єднані із блоками фазового зрушення. Даний пристрій реалізує спосіб імпульсно-фазового керування, за яким відраховують початкові імпульси в кожній фазі й подають їх на блоки фазового зрушення. Недоліком зазначених пристрою й способу є нестабільність фази імпульсів керування й неможливість роботи даного пристрою за відомим способом із двотактним транзисторним перетворювачем або транзисторним генератором синусоїдального сигналу із двотактним вихідним каскадом. Відомим є пристрій для імпульсно-фазового керування перетворювачем [а. с. СРСР №425296, Н02Р13/16, 1974], що містить датчик початку відліку в одній фазі живлячої напруги, генератор, що задає, виходи генератора, що задає, і синхронізатора підключені до дільника частоти, вихід дільника частоти підключений до розподільника імпульсів, виходи якого призначені для підключення до блоків фазового зрушення. Даний пристрій реалізує спосіб імпульсно-фазового керування перетворювачем, що включає відлік імпульсів у кожній фазі живлячої напруги, генерування нормованих імпульсів генератором, що задає, подачу імпульсів на дільник частоти й розподільник імпульсів, а керуючі імпульси подають на блоки фазового зрушення. Недоліком зазначених пристрою й способу є недостатня точність, що проявляється при коливаннях частоти мережі й неможливість роботи даного пристрою за відомим способом із двотактним транзисторним перетворювачем або транзисторним генератором синусоїдального сигналу із двотактним вихідним каскадом. Відомим є пристрій для синхронізації з напругою мережі [а. с. СРСР №1198687, Н02М1/08, 1985], що містить діодний випрямляч, вихід якого через перший резистор приєднаний до першого входу нуль-органа, приєднаного другим входом до середнього виводу резистивного дільника напруги, крайні виводи якого з'єднані із клемами для підключення джерела живлення, а вихід нуль-органа приєднаний до другого резистора, третій резистор і конденсатор, перші виводи яких з'єднані із клемою для підключення джерела живлення, і клеми для підключення тиристора з послідовно з'єднаним навантаженням, при цьому воно постачено динистором і логічною схемою НІ, причому анод динистора з'єднаний із другими виводами другого резистора й конденсатора, катод динистора - з анодом тиристора, що управляє електрод якого з'єднаний з виходом логічної схеми НІ й третім резистором, а вхід логічної схеми НІ з'єднаний з виходом нуль-органа. Спосіб, що реалізує роботу відомого пристрою, полягає в тому, що із вхідної синусоїдальної напруги формують двонапівперіодну випрямлену напругу, що подають на перший вхід нуль-органа. Якщо ця напруга перевищує поріг спрацьовування нуль-органа, то останній спрацьовує, при цьому параметри елементів схеми вибирають таким чином, щоб виключити дію імпульсів перешкод, час появи яких не синхронізований з нулями вхідної напруги. Недоліком відомого пристрою й способу, що реалізує його роботу, є неможливість роботи даного пристрою й способу із двотактним транзисторним перетворювачем або транзисторним генератором синусоїдального сигналу із двотактним вихідним каскадом, незважаючи на явне достоїнство пристрою - його простоту. Відомим є «Цифровий пристрій для синхронізації системи керування перетворювача» [а. с. СРСР №1150707, Н02М1/08, 1985], що містить синхронізатор в одній фазі живлячої напруги, генератор, що задає, виходи синхронізатора й генератора, що задає, підключені до входів дільника частоти, вихід дільника частоти підключений до розподільника імпульсів, виходи якого призначені для підключення до блоків фазового зрушення, крім того, воно постачено RS-тригером, елементом І, лічильником, цифроаналоговим перетворювачем і імпульсним фільтром, а генератор, що задає, постачений керуючим входом, причому вихід цифроаналогового перетворювача через інформаційний вхід імпульсного фільтра з'єднаний з керуючим входом генератора, що задає, а вхід - з виходом лічильника, рахунковий вхід якого через елемент І з'єднаний з виходом генератора, що задає, і прямим входом RS-тригера, інверсний вихід якого з'єднаний з керуючим входом імпульсного фільтра, a Rі S-входи з'єднані відповідно з виходом синхронізатора й останнім виходом розподільника імпульсів, об'єднаних з настановним входом лічильника. Робота пристрою здійснюється за способом, що включає формування синхронізатором імпульсів із частотою один імпульс за період напруги мережі, які перетворюють у дільнику в послідовність m імпульсів за період. Ці імпульси розподіляють у розподільнику по своїх каналах і подають на вхід блоків фазового зрушення, у яких виконують затримку імпульсів на час, що задається сигналом керування, при цьому вихідні імпульси блоків фазового зрушення є керуючими імпульсами вентилів перетворювача. Погрішність виміру усувають логічною схемою, у лічильник якої записують наперед задане число, що також використовують у дільнику для формування вихідних імпульсів. Різницевий сигнал на виході лічильника в цифроаналоговому перетворювачі перетворюють в аналогову форму й подають на вхід генератора, що задає, підбудовуючи його частоту для компенсації флуктуацій частоти генератора й змін частоти мережі. Недоліком пристрою й способу, його реалізуючого, є складність пристрою й способу й неможливість роботи даного пристрою за відомим способом із двотактним транзисторним перетворювачем або транзисторним генератором синусоїдального сигналу із двотактним вихідним каскадом. Відомим є «Спосіб Бекірова синхронізації генератора з мережею по частоті» [патент України №57395 А, Н02М1/08, 2003], що включає формування імпульсів із частотою мережі, перетворення їх у послідовність імпульсів за період напруги мережі й порівняння з послідовністю імпульсів за період напруги генератора, при цьому формування керуючого сигналу на вихідний пристрій або на підстроювання частоти генератора, при цьому формують імпульси тривалості періоду сіткової напруги й імпульси тривалості періоду генератора напруги, які заповнюють каліброваними імпульсами, а потім перетворюють тривалості періоду напруги мережі й періоду генератора напруги в двійкові числа, кожне з яких записують у свою буферну пам'ять, потім порівнюють ці двійкові числа й, при їхньому збігу, дозволяють підключення генератора синусоїдального сигналу до мережі, а при розбіжності цих двійкових чисел, за допомогою безконтактного цифрового змінного резистора, керованого реверсивним лічильником, корегують частоту генератора, що задає, до збігу її із частотою мережі. Недоліком способу є складність схемотехнічної реалізації його при перетворенні енергії постійної напруги в енергію квазисинусоїдальної напруги. Найбільш близьким за технічною суттю і результатом, що досягається, є обраний найближчим аналогом «Спосіб Бекірова перетворення енергії» [патент України №63577 А, Н02М1/08, 2004], що включає формування імпульсів із частотою мережі, перетворення їх у послідовність імпульсів за період напруги мережі, формування керуючого сигналу, що надходить на вихідний пристрій, при цьому формують імпульси n-частот, що синхронізовані із напругою мережі, шляхом синхронного множення частоти мережі в к-раз, які подають на вузол квантування за часом, з виходу якого логічні сигнали, розподілені в часі, по черзі надходять на вихідний пристрій, за допомогою якого формують m-рівнів квантування квазисинусоїдального сигналу по напрузі, при цьому на вихідний пристрій подають т-рівнів постійної напруги від імпульсного стабілізатора напруги. Недоліком найближчого аналога є складність способу й пристрою для його реалізації. Технічною задачею корисної моделі є розробка нового способу перетворення енергії з досягненням технічного результату - спрощення схемотехнічної реалізації одержання синусоїдальної напруги і підвищення надійності роботи. Поставлена технічна задача досягається тим, що в способі Бекірова перетворення постійної напруги в трифазну змінну напругу, що включає формування прямокутних імпульсів із частотою мережі й перетворення їх, формування керуючого сигналу, який надходить на вихідний пристрій, згідно корисній моделі, формують прямокутні імпульси із частотою 300Гц, синхронізовані з напругою мережі, шляхом множення частоти мережі в 6 разів, які подають на розподільник по трьох фазах і формують керуючі сигнали, а з виходу розподільника по трьох фазах логічні сигнали, розподілені в часі, по черзі подають на три вихідних пристрої, за допомогою яких перетворюють напруги прямокутної форми в напруги синусоїдальної форми, далі ці три синусоїдальні напруги подають на три підсилювачі потужності, з виходів яких напруги синусоїдальної форми подають у трифазну мережу. Сутність способу Бекірова перетворення постійної напруги в трифазну змінну напругу полягає в стабілізації постійної напруги фотоелектричних перетворювачів, потім у перетворенні цієї напруги в прямокутні імпульси й множенні по частоті, а далі в подачі через розподільник фаз отриманих прямокутних імпульсів на три інвертори, виходи яких підключені до трьох підсилювачів потужності й підключенні цих підсилювачів потужності до трьох фаз живильної системи. Новим у способі є нова послідовність операцій по перетворенню постійної напруги в змінну трифазну синусоїдальну напругу, що дозволяє значно спростити схемотехніку побудови трифазного перетворювача синусоїдальної напруги й істотно підвищити надійність його роботи. Суттєвими ознаками способу, співпадаючими із найближчим аналогом, є наступні ознаки: - формування прямокутних імпульсів із частотою мережі й перетворення їх; - формування керуючого сигналу, що надходить на вихідний пристрій. Відмітними від найближчого аналога суттєвими ознаками способу є наступні ознаки: - формують прямокутні імпульси із частотою 300Гц шляхом множення частоти мережі в 6 разів; - прямокутні імпульси із частотою 300Гц синхронізують із сітковою напругою; - прямокутні імпульси із частотою 300Гц подають на розподільник по трьох фазах; - за допомогою розподільника по трьох фазах формують керуючі сигнали; - з виходу розподільника по трьох фазах логічні сигнали, розподілені в часі, по черзі подають на три вихідних пристрої; - за допомогою трьох вихідних пристроїв перетворюють напруги прямокутної форми в напруги синусоїдальної форми; - три синусоїдальні напруги подають на три підсилювачі потужності; - з виходів трьох підсилювачів потужності напруги синусоїдальної форми подають у трифазну мережу. Між суттєвими ознаками корисної моделі і технічним результатом, що досягається, існує наступний причиннонаслідковий зв'язок. Спосіб реалізується за допомогою пристрою, що відрізняється простотою й надійністю, що дозволяє підвищити якість синусоїдальної напруги, одержуваної на виході пристрою, зменшити масо-габаритні показники пристрою й підвищити надійність роботи. Корисна модель проілюстрована графічним матеріалом. На Фіг.1 зображена структурна блок-схема пристрою, що реалізує спосіб; на Фіг.2 показані принципові електричні схеми блоків 2-5; на Фіг.3 показані принципові електричні схеми блоків 6-8 і 9-11; на Фіг.4 і Фіг.5 показані діаграми імпульсів у різних точках електричних схем, зображених на Фіг.2 і Фіг.3. Суть способу Бекірова перетворення постійної напруги в трифазну змінну напругу полягає в наступному. Стабілізують постійну напругу фотоелектричних перетворювачів, потім перетворюють цю напругу в прямокутні імпульси із частотою 300Гц, синхронізовані із напругою мережі. Прямокутні імпульси із частотою 300Гц одержують шляхом множення частоти мережі в 6 разів. Далі подають прямокутні імпульси із частотою 300Гц через розподільник по трьох фазах і формують керуючі сигнали, розподілені в часі. Сформовані керуючі сигнали по черзі подають на три інвертори, які перетворять напругу прямокутної форми в напругу синусоїдальної форми, тобто за допомогою трьох інверторів одержують синхронізовані по частоті й фазі напруги трьох фаз - фази А, фази В и фази С. Далі ці три синусоїдальні напруги подають на три підсилювачі потужності, з виходів яких напругу синусоїдальної форми подають у трифазну мережу. Спосіб виконують таким чином. Напруга постійного струму від нетрадиційного джерела енергії (далі по тексту - НДЕ) надходить на імпульсний стабілізатор напруги (далі по тексту - ІСН) - блок 1. ІСН перетворює нестабільну напругу нетрадиційного джерела енергії в стабільну напругу постійного струму. Потужність джерела залежить від застосовуваних силових ключів і потужності нетрадиційного джерела енергії. З виходу ІСН стабілізована напруга надходить на схему керування й інші блоки пристрою. Напруга однієї з фаз, наприклад фази А, надходить на формувач мережних імпульсів напруги (далі по тексту - ФМІН) - блок 2, що формує напругу прямокутної форми. Ця напруга надходить на оптоелектронний перетворювач (далі по тексту - ОЕП), що виконаний у вигляді оптоелектронної пари світлодіод - фотодіод і служить гальванічною розв'язкою між напругою мережі й джерелом живлення схеми перетворювача. Фотодіод ОЕП підключений до помножувача частоти (далі по тексту - ПЧ) - блок 3, що служить для множення в шість разів частоти напруги мережі. Блок 3 через перемикач підключається до розподільника по фазах - блоку 5, що перетворить із помноженої частоти зрушення по фазах А, В і С, тобто трифазну напругу. При наявності фазового зрушення за методом перетворення фазового зрушення в часовий інтервал між імпульсами, сутність якого полягає в перетворенні напруг, що відповідають моментам переходів цих напруг через нуль від негативних до позитивних значень і наступному вимірі відносної тривалості стосовно періоду тимчасових інтервалів між передніми фронтами цих імпульсів, які пропорційні фазовому зрушенню j = wDt = (2 p / T ) * Dt, j = 360 * Dt / T, що не перевищує 1 * Схемотехніка пристрою містить генератор частоти - блок 4, що являє собою внутрішній генератор частотою 300Гц для роботи в режимі відсутності напруги мережі. Виходи розподільника по фазах підключені до блоків - 6, 7 і 8 - до перетворювачів напруги прямокутної форми в напругу синусоїдальної форми фази А, фази В, фази С відповідно. Виходи блоків 6, 7 і 8 підключені до блоків 9, 10 і 11 - до підсилювачів потужності кожної фази відповідно. Пристрій формування прямокутних імпульсів (блок 1) виконано по безтрансформаторній схемі з оптоелектронною розв'язкою. Помножувач частоти (блок 3) множить частоту мережі в 6 разів для нормальної роботи розподільника фаз (блок 6), що зібраний за схемою регістра зрушення - на елементах DD5-1, DD5-2, DD61. Помножувач частоти зібраний на елементах DD2-1, DD2, DD3, DD4-1, DD1-2. На елементах DD2-1, DD2-2, DD2-3, DD2-4 зібраний загальмований мультивібратор, тобто кількість періодів укладається ціле число раз у негативній напівхвилі прямокутної напруги виходу DD1-1, і відповідно кількість періодів укладається ціле число раз у позитивній напівхвилі прямокутної напруги, що забезпечується загальмованим мультивібратором на елементах DD3-1, DD3-2, DD3-3, DD3-4. Через те, що у даного мультивібратора шпаруватість не дорівнює 2, виходи першого й другого мультивібраторів складаються на DD4-1 ("АБО"), потім ділиться на 2, щоб шпаруватість дорівнювала 2, і надходить на розподільник фаз, що зібраний за схемою регістра зрушення без початкового запису - DD5-1 DD5-2, DD6-1. Ланцюг початкової установки розподільника фаз зібрана на R15, 37. Генератор (блок 4) призначений для повної автономної роботи із джерелом НДЕ, генерує імпульси для роботи розподільника фаз при відсутності живильної мережі й вся система синхронізації працює від однієї фази. Робота перетворювача пояснюється епюрами напруг, наведеними на Фіг.4 і Фіг.5. Спосіб, реалізований пристроєм призначений для перетворення постійної напруги нетрадиційних поновлюваних джерел енергії в трифазні синусоїдальні напруги й підключення цих напруг у живильну мережу із синхронізацією по частоті й фазі з напругами мережі. При цьому реалізується алгоритм рішення задачі наближення функції, заданої на рівномірній сітці, гармонійним рядом Фур'є, що вирішує задачу точно, коли число шуканих параметрів збігається із числом точок розбивки.