Трансформаторно-ключевой преобразователь Советский патент 1987 года по МПК H02M5/275 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть исползовано для решения различных функцинальных задач: дискретного и дискре но-фазового регулирования, стабили- заили переменного напряжения, формирования сигналов заданной формы, регулирования и одновременного выпрямления переменного напряжения и ряда других.

Цель изобретения - повышение КПД устройства.

На фиг. 1 изображен .преобразователь, общий вид; на фиг. 2 - схема преобразователя при числе дополни- тельных вторичных обмоток трансформатора k 2, на фиг. 3 - диаграмма работы преобразователя, реализующего функцию преобразования напряжения в ступенчатое переменное заданной формы (на примере трапецеидальной формы), при числе дополнительных вторичных обмоток трансформатор

k 2. I

Трансформаторно-ключевой преобразователь (фиг. 1) содержит трансформатор 1 с первичной обмоткой 2, основной вторичной обмоткой 3 и до- полнительными вторичными обмотками 4,5-k, где первая дополнительная обмотка 4 выполнена со средней точкой которая через основную обмотку 3 подк.тлочена к первому выходному вы- воду преобразователя 6, к концам каждой из дополнительных обмоток 4,5-k одними силовьми входами подключены ключи переменного тока 7,8-N-3, N-2, другие силовые входы которых, кроме ключей, принадлежащих k-й дополнительной обмотке, подключены к соответствующим концам соседних дополнительных обмоток, а другие силовые входы ключей N-3, N-2, принадлежащих k-й дополнительной обмотке объединены между собой и образуют второй выходной вывод преобразователя 11, каждая из допол нительных обмоток 4,5-k содержит два промежуточных отвода, которые делят первую дополнительную обмотку 4 на с-екции 12-14, вторую дополнительную обмотку 5 на секции 15-17 и k дополнительную обмотку на секщш М-2, М-1- М, все отводы, кроме k дополнительной обмотки, через дополнительные ключи переменного тока 18-21 подключены к анало

5

0

1

f.

0 с 0 5 0 е

392

гичным по счету от соответствующих концов отводам соседней дополнительной обмотки, а отводы k-й дополнительной обмотки через дополнительные ключи N-1, N подключены к второму выходному выводу преобразователя 11, между выводами 6 и 11 включена нагрузка 22.

Возможным вариантом использования трансформаторно-ключевого преобразователя является вариант с числом дополнительных вторичных обмоток трансформатора k 2 (фиг. 2). Устройство в данном случае содержит трансформатор 1 с первичной обмоткой 2, основной вторичной обмоткой 3, дополнительными вторичными обмотками 4,5, первый выходной вывод 6, ключи переменного тока 7, 8-10, второй выходной вывод 11, секции 12-14 на которые разделена промежуточными отводами первая дополнительная обмотка 4, секции 15-17, на которые разделена вторая дополнительная обмотка 5, дополнительные ключи переменного токи 18-21, нагрузку 22.

Число витков одинаковых секций 15-17, на которые разделена промежуточными отводами дополнительная обмотка 5, выбирают из соотношения W2/W 2.

Число витков, расположенных между концами и промежуточными отводами первой дополнительной обмотки 4, а именно в секциях 12, 14 выбирают из соотношения 6.

Число витков секции 13, расположенной между отводами первой дополнительной обмотки 4 определяется выражением W, /W, 7.

Число витков основной вторичной обмотки W/Wo 0,5.

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение V подается на входн:/ю обмотку 2 трансформатора 1 и на его вторичных обмотках 3-5 наводятся напряжения соответствующих ве.гшчин. Изменение напряжения на нагрузке 22 проводится путем подкхаочения требуемых секций вторичных обмоток трансформатора 12-14 и 15-17 в цепь протекания тока нагрузки при помощи ключей переменного тока 7-10 и 18-21. Реализация требуемой функции преобразования достигается заданием алгоритма переключения ключей. Врзможньм вариан3

том .реализации функции преобразова- ния является преобразование напряжения в ступенчатое переменное трапецеидальной формы. Заданный закон преобразввания реализуется следую- щим образом.

Единичный уровень Е положительной полярности выходного напряжения бых (фиг. 3) формируется при положительной полярности входного напря жения на обмотках трансформатора 1 с помощью ключей переменного тока

9и 18, подключающих половину секции 13, секцию 15 и основную обмотку 3 к нагрузке 22. При этом к на- грузке 22 прикладывается разность напряжений половины секции 13 по отношению к секции 15 и основной обмотке 3. При смене полярности напряжения на обмотках трансформатора 1 ключи 9 и 18 отключаются, а ключи

10и 19 включаются. Происходит формирование второго уровня выходного напряжения (2Е). Последующие уровни выходного ступенчатого напряжения реализуются для заданного функционального преобразования в соответствии с алгоритмом переключения ключей переменного тока 7-10 и 18-21, приведенном на фиг . 3 .

Трансформаторно-ключевой преобразователь содержит ключей переменного тока N 4k, из которых число последовательно включенных ключей в цепи протекания тока нагрузки равно п k, а количество секций на которые разделена дополнительная вторичная обмотка М 3k. Устройство позволяет реализовать S уровней выходного ступенчатого напряжения,

rt 1

где S 2 уровней положительной полярности и соответственно уровней отрицательной полярности.

y-Zk

При равенстве числа используемых ключей переменного тока N известного и предлагаемого преобразователя реализуется равное количество уровней выходного ступенчатого напряжения SH,B 5предп. Для случая, при веденного на фиг. 2, требуемое преобразование в предлагаемом устройстве осуществляется при наличии двух дополнительных вторичных обмоток k

оредл

2, в то воемя как

4.

в известном устройстве kj Число последовательно включенных ключей в цепи тока нагрузки в предлагаемом устройстве Ппре/ д. 2,

12921

. 5

- О

520

ЗО

35 40

5055

394

а п 4, т.е. в 2 раза меньше чем в известном преобразователе. Кроме того, количество секций на которые разделена дополнительная вторичная обмотка предлагаемого устройства М„рдд 6, а у известного устройства М,д 8, при этом потери на активных сопротивлениях вторичных обмоток трансформатора являются существенно меньшими.

Предлагаемый трансформаторно- ключевой преобразователь позволяет более зффективно использовать ключи . переменного тока и вторичные обмотки трансформатора, что выражается в повьш1ении КПД преобразователя за счет уменьшения числа последовательно включенных ключей в цепи тока нагрузки, уменьшения количества секций дополнительных вторичных обмоток и уменьшения при этом потерь на активных Сопротивлениях вторичных обмоток трансформатора. Данные преимущества проявляются уже при k 1.

Форму л.а изобретения

1. Трансформаторно- ключевой преобразователь, содержащий трансформатор с основной и дополнительными вторичными обмотками, причем к концам каждой из этих дополнительных обмоток одними силовыми входами подключены ключи переменного тока, первая дополнительная обмотка выполнена со средней точкой, которая через упомянутую основную обмотку подключена к первому выходному выводу преобразователя, а другие силовые входы ключей переменного тока, принадлежащие k-й дополнительной обмотке, объединены между собой, образуя второй выходной вывод преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, каждая из k дополнительных обмоток снабжена двумя промежуточными отводами, причем все они, кроме отводов k-й обмотки, через введен-ные дополнительные ключи переменного тока подключены к аналогичным по счету от соответствующих концов отводам соседней дополнительной обмотки, другие силовые входы ключей переменного тока, принадлежащие первой и (k-1)-A дополнительным обмоткам, подключены к соответствующим концам соседней дополнительной обмотки, а отводы k-й

5, 1292.139

дополнительной обмотки через введенные дополнительные ключи подключены к второму выходному выводу преобразователя,

2. Преобразователь по п. 1, от- 5 личающийся тем, что число витков одинаковых секций, на которые разделена промежуточными отводами каждая из дополнительных обмоток, кроме первой, выбирают из соот- 0 ношения

i L

Wo 3

-о,

число витков секций, расположенных между концами и промежуточными отводами первой дополнительной обмотки, число витков секции между этими отводами и число витков основной вторичной обмотки выбирают Соответственно из соотношений

г (

21(-1

)

l 2 / 2k- N

.-,- г ( -);

W.

W

0,5,

Wo

где 1

W

-порядковый номер дополнительной обмотки;

-число витков, обеспечивающее требуемое значение единичной ступени выходного напряжения.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для дискретного и дискретно-фазового регулирования, стабилизации переменного напряжения и решения ряда других функциональных задач. Целью является повышение КПД. Устройство содержит трансформатор 1 с основной 3 и дополнительными 4,5-k вторичными обмотками. К концам обмоток 4,5-k подключены ключи переменного тока 7,8-N-3, N-2, а к промежуточным отводам - ключи переменного тока 18, 19-N-1, N. Устройство содержит N 4k ключей переменного тока, из которых число последовательно включенных ключей в цепи протекания тока нагрузки равно п k, а ко- .личество секций, на которые разделена дополнительная вторичная обмотка М 3k. Устройство позволяет реализовать S 2к«-1 уровней выходного 7k ступенчатого напряжения, где S 2 уровней положительной полярности и соответственно S 2 уровней отрицательной полярности.1з.п.ф-лы.З ил. с $ (Л Р.11 р. 1 пг-/1 Л

Jj

Фиг. 2

3:feSfc5S2

Редактор М.Марголииа

Составитель Г.Мыцык Техред А.Кравчук

Заказ 283/56

Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А.Тяско