Преобразователь постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы Советский патент 1986 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при построении инверторов с промежуточным звеном высокой частоты, обладающих улучшенным качеством выходно- го напряжения.

Цель изобретения - упрощение, а также улучшение качества выходного напряжения.

На фиг. 1 показана силовая часть схемы одной из модификаций преобразователя; на фиг. 2 - временные диагра.ммы, поясняющие работу преобразователя.

Предлагаемый преобразователь содержит инвертор, выполненный по схеме со средней точкой на ключах 1 и 2 и подключенный к источнику 3 питания, основной трансформа- тор 4, вспомогательные трансформаторы 5-7, коммутирующий узел, представляющий собой цепочку из последовательно соединенных вспомогательных управляемых ключей 8-11 переменного тока, а также основные управляемые ключи 12-15 переменного тока Дополнительная обмотка 16 основного трансформатора 4 подключена к концам цепочки ключей 8-11, первые концы первичных обмоток 17--19 вспомогательных трансформатором 5-7 соединены с нижним по схе.ме концом цепочки вспомогательных ключей, а вторые их концы подключены к соответствующим точкам соединения, соответственно, ключей 8 и 9, 9 и 10, 10 и 1 i. Вторичная обмотка основного трансформатора 4 выполнена со средней точкой и разде- лена равноудаленными от средней точки отводами на секции 20-23. Вторичные обмотки 24-35 вспомогательных трансформаторов образуют вспомогательную вторичную обмотку, разделенную на четыре секции, в каждую из которых входят, соответственно, одноименные обмотки 24, 28 и 32, одно- имен)1ые обмотки 26, 30 и 34, одноименные обмотки 25, 29 и 33, одноименные обмотки 27, 31 и 35 различных вспомогательных трансформаторов. Приемник 36 электрической энергии подключен к средним точкам вторичной обмотки основного трансформатора и вспомогательной вторичной обмотки. При этом первые отводы вторичных нолуобмоток основного трансформатора соединены через соответствующие основные ключи 12 и 14 с выводами первых секций соответствующих вспомогательных полуобмоток, а вторые отводы - через ключи 13 и 15 с выводами вторых секций вспомогательных полуобмоток.

Количество вспомогательных трансфор- маторов и число отводов вторичной обмотки основного трансформатора выбираются в каждом конкретном случае исходя из требований к гар.моническому составу выходного напряжения преобразователя.

На фиг. 2 обозначены; LI« - выходное напряжение инвертора; УВЫХ - выходное многоступенчатое напряжение преобразователя; и - L s - уровни напряжений ступе0

5

5

0 д 0

0

5

нек в кривой выходного напряжения; и 1--Ь ) - диаграммы напряжений, соответственно, на первичных об.мотках 17-19 вспомогательных трансформаторов; L s- , - управляющие импульсы, подаваемые на ключи 8-15 переменного тока.

Преобразователь работает следующим образом.

Формирование напряжения U первой сту пеньки в выходном напряжении О вих происходит путем попеременного замыкания ключей 12 и 14 при замкнутых ключах 8-10 и разомкнутом ключе И (фиг. 1 и 2). В этом случае обмотки 17-19 замкнуты накоротко, во вторичных обмотках 24-35 вспомогательных трансформаторов ЭДС равны нулю, а к приемникам 36 электрической энергии прикладывается напряжение либо обмотки 20, либо обмотки 2i основного трансформатора.

Формирование напря.жений U ,, 6.ч, U. второй, третьей и четвертой ступенек также происходит при попеременном включении ключей 12 и 14. Однако при формировании второй ступеньки 10 разомкнут, ключи 8, 9 и 11 замкнуты, обмотка 19 вспомогательного трансформатора 7 подключается к дополнительной обмотке 16 основного трансформатора 4, в обмотках 32-35 наводятся ЭДС, а напряжение Езторой ступеньки равно сумме напряжений обмоток 20, 32 и 34 либо обмоток 21, 33 и 35, так как в остальных обмотках вспомогательных трансформаторов ЭДС равны нулю. При формировании третьей ступеньки ключ 9 разомкнут, ключи 8, 10 и 11 замкнуты, а выходное напряжение равно су.мме напряжений обмоток 20, 28, 30, 32 и 34 либо обмоток 21, 29, 31, 33 и 35. При фор.мировании четвертой ступеньки в выходном напряжении ключ 8 разомкнут, ключи 9, 10 и 11 замкнуты, к дополнительной обмотке 16 основного трансформатора 4 оказываются подключенными первичные обмотки 17-19 всех вспомогательных трансформаторов, поэтому во всех вторичных об.мотках 24-35 вспомогательных трансформаторов наводятся ЭДС, а напряжение четвертой ступеньки равно по величине сумме напряжений обмоток 20, 24, 28, 32, 2 б, 30 и 34 (соответственно обмоток 21, 25, 29, 33, 27, 31 и 35).

При формировании напряжений ( пятой, щестой, седь.мой и восьмой ступенек цикл работы ключей 8--11 повторяется, однако при этом ключи 12 и 14 разомкнуты, а попеременно ключаются (в завиеи- .мости от полярности напряжения J« инвертора) ключи 13 и 15. В этом случае напряжение iL/.-, пятой ступеньки формируется из напряжений обмоток 20 и 22 (соответственно 21 и 23), напряжение н:естой ступеньки формируется из напряжений обмоток 20, 22, 34 (21, 23 и 35), напряжение Ui седьмой ступеньки формируется из напряжений обмоток 20, 22. 30 и 34 (2, 23,

31 и 35), а напряжение Us, восьмой ступеньки - из напряжений обмоток 20, 22, 26, 30 и 34 (21, 23, 27, 31 и 35). Дальнейшая работа преобразователя происходит аналогичным образом (фиг. 2).

Формирование паузы (нулевой ступеньки) между полупериодами выходного напряжения обеспечивается путем размыкания ключей 1 и 2 и замыкания всех остальных ключей 8-15 (фиг. 1).

Соотношение числа витков Wzo, , W24, W.&, W32, 26, 30 и Гз4 между соответствующими частями (секциями) 20 и 22 вторичной полуобмотки основного трансформатора и вторичными обмотками 24, 28, 32, 26, 30 и 34 первого, второго и третьего вспомогательных трансформаторов, соответственно, в первой и второй секциях вспомогательной вторичной полуобмотки выбрано равным V/9,: Wso: ,184:0,614:0,144 Ki:0,098 К2:0,08 Кз: ::0,034 Ki:0,067 К2:0,097 Кз, где Ki, К2. Кз - отношение чисел витков , , первичных обмоток вспомогательных трансформаторов к числу витков W(, дополнительной обмотки основного трансформатора. Аналогичное соотноп епие витков выбрано и для соответствую1дих секций других вторичных полуобмоток преобразователя.

Указанное соотнои1ение числа витков обеспечивает формирование кривой вы.ходного па- пряжения с распределением высоты ступенек по оптимальному (синусоидальному) закону. При этом но сравнению с известным качество выходного напряжения предлагаемого преобразователя улучшается, а количество управляемых ключей переменного тока уменьшается, вследствие чего увеличивается надежность преобразователя и улучшаются его массогабаритные показатели.

В обшем случае предлагаемьЕЙ преобразователь .может содержать Л вспо.могатель- ных трансформаторов и М отводов в каждой из полуобмоток вторичной обмотки основного трансформатора. Тогда число формируемых ступенек в кривой выходного напряжения (iM-}-1) при количестве ключей переменного тока т 2уИЧ-Л -|-1.

Существенным отличием предлагаемого преобразователя является то, что в нем максимально реализованы функциональные возможности структуры вторичных обмоток, т. е. использованы для формирования выходного напряжения все возможные комбинации задействования вторичных обмоток при распределении уровней напряжений ступенек по синусоидальному закону.

.Анализ работы схемы (фиг. 1) показывает, что любой модификации известного преобразователя .можно противопоставить соответствующую модификацию предлагаемого преобразователя, которая при прочих равных условиях превосходит известный либо по критерию «упрощения, либо по критерию «улучшения качества выходного

5

напряжения, либо по обоим критериям одновременно. Так, например, преобразователь, содержащий три вспомогательных трансформатора () н три отвода в каждой из 5 полуобмоток вторичной обмотки основного трансформатора (), при одинаковом по сравнению с известным количестве ключей перемепного тока () способен сформировать ступенек в кривой выходного напряжения (против у известного),

10 амплитуды которых могут быть распределены но оптимальному (синусоидальному) закону. Выбор соотношения числа витков между обмотками при этом не представляет затруднения.

Приведенная (фиг. 1) модификация преобразователя является оптимальной с точки зрения обесг1ечения приемлемой для практики величины коэффициента гармоник выходного напряжения (,0-5,3%) при наименьшем, по отношению к известным тех0 ннческим решениям, количестве () ключей переменного тока в звене повышенной частоты преобразователя.

Формула изобретения

51. Преобразователь постоянного напряжения в перемеппое многоступенчатой формы, содержащий инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке основного трансформатора, вспомогательныетрансфор- .маторы, первичные обмотки которых через коммутирующий узел связаны с дополнптель- Hot i обмоткой основного трансформатора, вы.ходную цепь, образованную вторичными об.мотками трансформаторов, соединенными между собой через основные управляемые ключи переменного тока, а также блок управления, отличающийся тем, что, с целью упрон1ения и улучшения качества выходного напряжения, число вспомогательных трансформаторов выбрано больше одного, коммутирующий узел выполнен в виде цепочки

0 из последовательно соединенных вспо.мога- тельных управляемых ключей переменного тока, число которых равно числу трансформаторов преобразователя, дополнительная обмотка основного трансформатора подключена к концам указанной цепочки клю5 чей, первичные обмотки вспомогательных трансформаторов первыми своими концами соединены с одним концом цепочки ключей, а вторыми концами подключены к соответствующим точкам соединениях этих ключей, причем вторичная обмотка основного трансфор.матора вьпюлнена со средней точкой, соединенной с одним выходным выводом преобразователя, и с отводами, равноотстоящими от средней точки, вторичные об- мот:ки вспомогательных трансформаторов

5 образуют вспомогательную вторичную обмотку, разделенную па секции, число которы.ч равно числу отводов вторичной обмотки основного трансформатора, каждая из секций

0

5

0

состоит из одноименных вторичных обмоток вспомогательных трансформаторов, обмотки в каждой секции и секции между собой соединены согласно-последовательно и образуют две вспомогательные полуобмотки, содержащие одинаковое число секций, причем каждый очередной по счету от средней точки, отвод вторичной полуобмотки основного трансформатора соединен через соответствующий основной управляемый ключ переменного тока с выводом соответствующей, начиная от крайней, секции вспомогательной полуобмотки, а точка соединения вспомогательных полуобмоток подключена к второму выходному выводу преобразователя.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что при числе вспомогате ль- ных трансформаторов, равном трем, вторич

ная обмотка основного трансформатора выполнена с четырьмя отводами, причем соот- нощение витков между соответствующими частями вторичной полуобмотки основного трансформатора и вторичными обмотками первого, второго и третьего вспомогатель- нных трансформаторов в соответствующих секциях вспомогательной полуобмотки выбрано равным

0,184:0,61 4:0,114 Ki:0,098 К2:0,08 Кз

:0,034 Ki:0,067 К2:0,097 Кз, где Кь К2, Кз - отнощения чисел витков первичных обмоток соответственно первого, второго и третьего вспомогательных трансформаторов к числу витков дополнительной обмотки основного трансформатора.

Изобретение позволяет упростить, улучшить качество выходного напряжения преобразователя постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы-. Преобразователь содержит инвертор, основной 4 и вспомогательные 5-7 трансформаторы, соответ- ствуюш,ие обмотки которых связаны между собой через ключи 8-15 ком мути руюш,его узла, и блок управления. При этом формирование напряжения с первой по четвертую ступень и - (74 происходит при замыкании ключей 12-14, формирование напряжений с пятой по восьмую ступень t/s-t/e - при замыкании ключей 13-15. полупериодами выходного напряжения формируются паузы путем размыкания ключей 1 и 2 и замыкания всех остальных ключей. Соотношение числа витков обмоток трансформаторов выбирается таким образом, что обеспечивается формирование кривой выходного напряжения с распределением высоты ступенек по оптимальному (синусоидальному) закону. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с (Л ьо о оо 05 1 САЭ