СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК H02M5/16 H02M5/40 

Изобретение относится к электротехнике, служит для преобразования формы, амплитуды и частоты переменного напряжения с промежуточным преобразованием в постоянное напряжение либо для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение произвольной формы с регулируемыми амплитудой и частотой и может быть использовано в электроприводах переменного напряжения с частотным регулированием, в частности в тех случаях, когда требуется получить переменное напряжение с амплитудой, значительно отличающейся от величины промежуточного (входного) постоянного напряжения.

Известен способ преобразования амплитуды и частоты переменного напряжения с непосредственной связью питающей сети и нагрузки (Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. -М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 227-231).

Преимуществом данного способа является простая силовая схема с малым числом элементов и, как следствие, высокая надежность.

Недостатком данного способа является то, что максимальное значение выходной регулируемой частоты не превосходит 40% частоты питающей сети.

Известен способ преобразования амплитуды и частоты переменного напряжения с промежуточным преобразованием в постоянное напряжение и последующим преобразованием в переменное напряжение при помощи управляемого инвертора (Москаленко В. В. Автоматизированный электропривод. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 231-238).

Преимуществом данного способа является возможность регулирования амплитуды и частоты переменного напряжения в широком диапазоне.

Недостатком данного способа является несинусоидальность формы выходного напряжения и невозможность получения амплитуды выходного напряжения большей, чем величина промежуточного постоянного напряжения.

Наиболее близким аналогом является способ преобразования постоянного напряжения в постоянное при помощи высокочастотного управляемого инвертора с трансформатором, выпрямителя и фильтра (Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник. Под ред. Найвельта Г.С. - М.: Радио и связь, 1986, с. 35-38). Постоянное напряжение на входе может быть получено путем выпрямления переменного напряжения (Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник. Под ред. Найвельта Г.С. - М.: Радио и связь, 1986, с. 38, 39, 401, 402).

Преимуществом данного способа является возможность регулирования величины выходного постоянного напряжения в широком диапазоне, в том числе получение величины напряжения на выходе большей, чем на входе.

Недостатком данного способа является невозможность получения знакопеременного выходного напряжения.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа преобразования постоянного напряжения в переменное (или переменного напряжения в переменное с первоначальным преобразованием его в постоянное) с возможностью регулирования формы, амплитуды и частоты в широком диапазоне, причем с возможностью регулирования амплитуды не только в сторону уменьшения по сравнению с величиной входного постоянного напряжения (амплитудой входного переменного напряжения), но и в сторону увеличения.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе преобразования напряжения, заключающемся в выпрямлении переменного напряжения низкой частоты, его фильтрации, преобразовании в переменное напряжение высокой частоты при помощи управляемого инвертора, трансформации, выпрямлении переменного напряжения высокой частоты и его фильтрации, в инверторе осуществляется модуляция переменного напряжения высокой частоты, например широтно-импульсная или амплитудная, сигналом требуемой формы, а в выпрямителе напряжения высокой частоты осуществляется управление полярностью выпрямляемого напряжения высокой частоты синхронно с управляющим сигналом. По форме управляющий сигнал должен соответствовать выпрямленному выходному переменному напряжению. Переключение полярности выпрямления переменного напряжения высокой частоты должно происходить через каждые полпериода выходного переменного напряжения.

Указанный способ позволяет получить на выходе переменное напряжение произвольной формы. Наибольший практический интерес представляет возможность получения синусоидального выходного напряжения. Одним из дополнительных преимуществ в данном случае является возможность получения спектрально чистого синусоидального выходного напряжения за счет эффективной фильтрации низкочастотного выходного напряжения от высокочастотных составляющих спектра выпрямленного напряжения инвертора.

Фиг. 1 изображает временную диаграмму сигнала, управляющего модуляцией, в том случае, когда в результате преобразования требуется получить синусоидальное напряжение;
фиг. 2 - временную диаграмму модулированного по амплитуде напряжения высокой частоты в случае применения резонансного инвертора;
фиг. 3 - временную диаграмму сигнала управления выпрямителем напряжения высокой частоты (переключательную функцию);
фиг. 4 - временную диаграмму выпрямленного напряжения высокой частоты;
фиг. 5 - временную диаграмму выходного напряжения.

Преобразование постоянного или переменного напряжения в постоянное на основе управляемых инверторов известно и широко применяется как в промышленной, так и в бытовой технике (Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник. Под ред. Найвельта Г.С. - М.: Радио и связь, 1986, с. 35-39, 401, 402). Возможность управления инвертором посредством широтно-импульсной или амплитудной модуляции используется в нем для стабилизации величины выходного постоянного напряжения при изменении величины входного напряжения и (или) тока нагрузки. В качестве опорного напряжения используется стабильное постоянное напряжение. Если использовать в качестве опорного переменное напряжение, то на выходе преобразователя получится однополярное переменное напряжение, повторяющее по форме опорное.

Управление выпрямителем с целью переключения полярности выходного напряжения также известно и широко используется, например, для реверса двигателей в приводах постоянного тока (Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. -М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 80-86).

В заявляемом способе преобразования напряжения используется синхронное управление величиной и полярностью выходного напряжения. Если в результате преобразования требуется получить синусоидальное напряжение, то сигнал, управляющий инвертором, по форме должен соответствовать выпрямленному синусоидальному выходному сигналу, а переключение полярности управляемого выпрямителя должно осуществляться через каждые полпериода выходного сигнала в моменты его перехода через "ноль".

Наилучшим применением заявляемого способа преобразования напряжения является его использование в автоматизированных приводах переменного напряжения с частотным регулированием для управления двигателями, имеющими номинальные рабочие напряжения, превышающие стандартные напряжения промышленных электрических сетей.

Изобретение относится к электротехнике и служит для преобразования формы, амплитуды и частоты переменного напряжения с промежуточным преобразованием в постоянное напряжение либо преобразования постоянного напряжения в переменное произвольной формы с регулируемыми амплитудой и частотой. От существующих способов преобразования напряжения, заключающихся в выпрямлении переменного напряжения низкой частоты, его фильтрации, преобразовании в переменное напряжение высокой частоты, трансформации, выпрямлении переменного напряжения высокой частоты и его фильтрации, отличается наличием модуляции переменного напряжения высокой частоты, например широтно-импульсной или амплитудной, в соответствии с сигналом требуемой формы, а также наличием выпрямления напряжения высокой частоты с управляемой синхронно с модулирующим сигналом полярностью выпрямленного напряжения. Изобретение может быть использовано в электроприводах переменного напряжения с частотным регулированием, в частности, совместно с электродвигателями, имеющими номинальные напряжения, отличающиеся от стандартных напряжений промышленных электрических сетей. Технический результат - возможность получения на выходе напряжения произвольной формы. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ преобразования напряжения, при котором входное постоянное напряжение преобразуют в переменное напряжение высокой частоты при помощи инвертора, трансформируют и выпрямляют, отличающийся тем, что при преобразовании постоянного напряжения в переменное напряжение высокой частоты в инверторе осуществляют модуляцию переменного напряжения высокой частоты выпрямленным синусоидальным сигналом, при этом управляют выпрямителем таким образом, что переключение его полярности осуществляется в моменты перехода синусоидального сигнала через ноль. 2. Способ преобразования напряжения по п. 1, отличающийся тем, что входное постоянное напряжение получают из переменного напряжения.