Способ преобразования постоянного напряжения в многоступенчатое переменное Советский патент 1983 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к преобра зовательной технике и может быть и пользовано для построения вторичны источников питания устройств элект автоматики и электроприводов перем ного тока малой мощности (до единиц КВА) в тех случаях, когда треб ется согласование уровней напряжений питающей сети и потребителя п вышенное качество преобразовательной энергии и приемлекые массогаба ритные .показатели вторичного источ ника. Известен способ преобразования постоянного напряжения в многоступенчатое переменное при помощи инверторо с уменьшением количества гаомоник напряжения в самом инверторе, т.е. до фильтрации IT С2 и СЗЗ. Однако применение выходных филь ров приводит к увеличению массы, габаритов устройства и снижению его КПД, особенно на низких частот Кроме того, применение фильтров ограничено из-за возможности возни нрвения резонансных явлений при пи та1Гии от преобразователей электродвигателей и нестабильности формы кривой напряжения в некоторых режимах. Совмещение в инверторе функций инвертирования и формирования напряжения многоступенчатой формы, близкого по форме к синусоидаль ному, позволяет избежать отмеченных недостатков. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, согласно которому формируют п последовательностей знакопеременных импульсов прямоугольной формы равной амплитуды, сдвинутых относительно один другого на угол у , и затем суммируют их 4 . Недостатки известного способа преобразования - невысокое качество выходного напряжения и плохие ма согабаритные показатели устройства реализующего способ, так как для получения многоступенчатого напряжения, близкого по форме к синусоидальному, требуется осуществить су мирование достаточно большого числа прямоугольных переменных напряже ний. Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения путем уменьшения его коэффициента гармоник. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу преобразования постоянного напряжения в многоступенчатое переменное путем формирования п последовательностей знакопеременных импульсов прямоугол ной формы равной амплитуды, сдвинутых относительно один другого на угол у , и последующего их суммирования, между импульсами прямоугольной формы каждой из упомянутых последовательностей вводят паузу длительностью oi Пу,где . Кроме того, при формировании однофазного многоступенчатого напряжения угол 0 задают равным о f iHa фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя, реализующего способ; на фиг. 2 временные диаграмNttj, поясняющие принцип формирования выходного напряжения при ,уг, о( п-2С,(где (6 - длительность паузы между импульсами прямоугольной формы Принцип формирования управляющих сигналов ключей инверторов при формировании кривых выходного напряжения согласно предлагаемому способу поясняется временными диаграммами (фиг. 2а,б,Ь ) при иоС-n-jf , где ,j -сигналы управления, подаваемые на управлягацие входы Ключей инвертора; Uu Uj,- напряжения выходной частоты/сдвинутые отно.сительно один другого ,на иц- форма выходного напряжения преобразователя. Число п выбирается в каждом кон-, кретном случае применения исходя из заданного качества выходного напряжения.. Согласно известному способу 4} ч постоянное напряжение преобразуют в п последовательностей знакопеременных импульсов прямоугольной формы, сдвигают их по фазе относительно один другого на угол , а затем суммируют. Согласно предлагаемому способу наряду с этими операциями дополнительно между импульсами прямоугрльной формы каждой из п последовательностей вводят паузу Л ,длительность которой взаимосвязана с длительностью уГла у. При этом длительно ть указанной паузы задают равной и у (фиг. 2б) .. Для конкретизации изложения в иллюстрациях на фиг. 1 и 2 взято п 4. Четыре напряжения иц-иц сдвигают относительно один другого с целью упрощения аппаратурной реализации, например, на угол Jf . Суммируя напряжения э выходе преобразователя формируют многоступенчатое напряжение UH (фиг. 2Ь и фиг. ЗЬ) с улучшенным гармоническим составом. Преобразователь, реализующий способ (фиг. 1), содержит четыре идентичных параллельных канала, каждый из которых содержит- однофазный мостовой инвертор 1 с четырьмя ключами 2-5, образующими две его стойки. Инвертор 1 нагружен на первичную обмотку 6 согласующего трансформатора 7. Его вторичная обмотка связана с выходными выводами канала.

.Выходы всех четырех каналов соединены последовательно. За счет введения паузы между полуволнами выходного напряжения каждого из каналов и сдвига этих напряжений на соответствующие фазовые углы можно получить соответственно меньшее искажение результирующего выходного Нс1пряжения преобразователя по сравнению с прототипом.

Принцип формирования управляющих сигналов преобразователя (фиг. 1) поясняется временными диаграммами (фиг, 2а,б,Ь ) на примере формирования напряжения oji .

На интервале 0. - Ь формируют отпирающие сигналы для ключей 2 и 4 инвертора 1 и запираияцие сигналы для ключей 3 и 5, чем обеспечивают формирование паузы между полуволнами выходного напряжения инвертора 1, так как одновременно замыкают пару ключей, подсоединенных к общей точке цепи питания. На интервале/)-S формируют отпирающие сигкалы для ключей 2 и 5 инвертора 1 и запираюн( щие сигналы для ключей 3 и 4, При этом в обмотках трансформатора 7 формируют прямоугольный импульс положительной полярности. Принцип дальнейшего формирования управляющих сигналов ключей инвертора 1 понятен из последующего рассмотрения временных диаграмм на фиг. 2о,5 и аналогичен уже рассмотренным ситуациям.. Формирование напряжений Ц -uJJ на выходе второго, третьего и четвертого каналов осуществляют аналогично.

Блок-схема преобразователя (фиг. 1) содержит также однофазные Iинверторы 1,8,9 и 10, согласующие трансформаторы 7,11,12 и 13, задающий генератор 14, фазосмещающее устройство 15 и системы 16 - 19 управления каналов.

Однофазные инверторы выполнены на диодах и полностью управляемых ключах. Управляемые ключевые элементы (2-5) служат для пропускания активной мощности от первичногй источника к нагрузке через трансформаторы, а неуправляемые вентили - для пропускания реактивной энергии.

Задающий генератор 14 предназначен для формирования последова0тельности импульсов, управляющей фазосмещающим устройством 15 и системами управления ключей инвертора.

Фазосмещающее устройство 15 обес печивает фазовый сдвиг выходных на5 пряжений иц,ин, и каналов. Системы 16-19 управления каналов формируют сигналы управления ключами однофазных инверторов.

Предлагаемый способ позволяет существенно улучшить качество выход0ного напряжения преобразователя за счет уменьшения его коэффициента гармоник и уменьшить массу при аппаратурной реализации.

При рассмотренном числе каналов, равном четырем, предлагаемый способ позволяет получить выходное . напряжение преобразователя с 9,1%, в то время как прототип обеспечивает при том же числе каналов ,2%. Предлагаемый способ позволяет также получить лучшее качество выходного напряжения при меньшем числе каналов, что приводит к его упрощению и обеспечивает луч -шие массогабаритные показатели при его аппаратурной реализации.При числе каналов, равном трем, коэффициент гармоник напряжения, получаемого по предлагаемому способу, равен 11,6%, что существенно лучше, чем у прототипа при числе кангшов, равном четырем (16,2%).

1. СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В МНОГОСГУПЕНЧАТОЕ ПЕРЕМЕННОЕ путем формировавши ния п последовательностей знакопеременных импульсов прямоугольной формл равной амплитуды,сдвинутых,:; относительно один другого на угол у и последующего их суммирования, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения путем уменьшения его коэффициента гармоник, между импульсами прямоугольной формы каждой на п упомянутых последовательностей вводят паузу длительностью ei njf, где п г-2i 2. Способ nonil, отлича- Q ю щ и и с я тем, что при формирова - JS НИИ однофазного многоступенчатого напряжения угол в1, задают равным «4

ь