Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное Советский патент 1987 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электро технике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в системах вторичных источников питания для преобразования посто янного напряжения в многоступенчатое переменное напряжение с заданным гармоническим соста вом.

Целью изобретения является упрощение при формировании многост упен- чатого выходного напряжения с заданным гармоническим составом.

На фиг. 1 изображена электрическа схема преобразователя; на фиг. 2 - электрическая схема преобразователя при числе секций источника питания на фиг. 3 - диаграмма работы преобразователя, реализующего функци преобразования напряжения в ступенчатое переменное заданной формы (на примере треугольной формы) при числе секций источника питания на фиг. 4 - кривая выходного напряжения формируемая по синусоидальному закону; на фиг. 5 - блок-схема аналоговой системы управления; на фиг. 6 - блок-схема цифровой системы управления.

Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное содержит расчлененный на п секций 1-5 источник 6 питания постоянного напряжения, N ключей 7-14 переменного тока (12 и 13 - дополнительные ключи), силовой трансформатор 15, первичная обмотка которого разбита на п секций 16-20 и две дополнительные: первую 21 и вторую 22, вторичную обмотку 23 силового трансформатора 15 и нагрузку 24.

Возможным вариантом использования преобразователя постоянного напряжения в многост упенчатое переменное является вариант с числом секций источника питания (фиг. 2). Устройство в данном случае содержит источник 6 питания, разделенный на пять секций 1-5, ключи 7-14 переменного тока (12,13 - дополнительные ключи), силовой трансформатор 15, первичная обмотка которого разделена на пять основных и две дополнительные 21 и 22 секции, вторичную обмотку 23 и нагрузку 24.

Величина ЭДС источника, питания в п-й секции 5 определяется из соотношения

Ei E,

E E.

5(п-2) 45.

Аналогично в (п-1)-й секции 4

3(п-2) 27, в секциях 1,2 и

2 i-1 . - 5 -2- ч.

J7 - г J

ЕА и Е„ Е,

EJ

3 соответственно

EJ. «О Е„

, (п-2) Е.

порядковый номер

секции;

величина ЭДС еди

Е S амплитуда формируемого напряжения; число формируемых уровней.

Числа витков w в первичной обмотке силового трансформатора 15 для первой 16, 20 и обеих дополнительных секций 21 и 22 равны между собой и определяются из соотношения

W

w

.

де w

Е а

а

- единичное число витков в обмотке;

число вольт на виток силового трансформатора 15.

Числа витков W B остальных одинаковых секциях I7-J9 первичной обмот- ки определяются из соотношения

-51.

Wo

40

Устройство работает следующим образом.

Секции 1-5 источника 6 питания постоянного напряжения посредством ключей 7-14 переменного тока подключаются к основным и дополнительным

45 21 и 22 секциям первичной обмотки силового трансформатора 15, в результате на вторичной обмотке 23 наводится переменное выходное напряжение, прикладываемое к нагрузке 24. Реали50 за1щя требуемой функции преобразования достигается заданием алгоритма переключения ключей .

Наиболее просто реализуемым вариантом формирования переменного иа5 пряжения является преобразование постоянного напряжения в ступенчатое переменное треугольной формы. Заданный закон преобразования реализуется следующим образом.

При замыкании ключей 7 и 8 переменного тока к секции 17 первичной обмотки силового трансформатора 15 прикладывается ЭДС секции 1 источника 6 питания постоянного напряжения, принятая за единичную ЭДС. При этом на нагрузке 24 посредством вторичной обмотки 23 силового трансформатора формируется первая ступень единичного уровня многоступенчатого переменного напряжения (фиг. 3). При замыкании ключей 7 и 8 сумма ЭДС 1-й и 2-й секций источника питания постоянного напряжения, равная 4 Е, прикладывается к согласно-последовательно включенным секциям 17 и 18 первичной обмотки силового трансформатора 15. В результате на нагрузке формируется вторая ступень, равная удвоенному единичному уровню. Аналогично при замыкании ключей 8 и 9 формируется третья ступень; ключей 8 и 10 - четвертая; ключей 9 и 10 - пятая; ключей 7 и 11 - шестая; ключей 8 и 11 - седьмая; ключей 9 и 11,- восьмая, ключей 10 и 11 - девятая ступени восходящей части положительной полуволны. Нисходящая часть положительной полуволны формируется путем замыкания ключей в обратном порядке (фиг. 3). .

При замыкании ключей 9 и 12 формируется первая ступень; ключей 8 и 12 - вторая; ключей 7 и 12 - третья; ключей 9 и 13 - четвертая; ключей 8 и 13 - пятая; ключей 7 и 13 - шестая; ключей 9 и 14 - седьмая; ключей 8 и 14 - восьмая; ключей 7 и 14 - девятая ступени нисходящей

d.,, 0.055614;

dL,, 0,167531; oL 0,281639;

Формируемая при этом кривая выходного напряжения показана на фиг. 4.

Приведенный алгоритм формирования переменного напряжения по синусоидальному закону может быть реализо, Блок-схема аналоговой системы управления (фиг. 5) содержит интегратор 25 синусоидального напряжения;

нения; диодную матрицу 29 (схема выo(.Q, 0,808150; dL,8 0,987650; dL 1,25518.

Ыд 0,399677; 0,523994; Ы„ 0,658080; „

Схема работает следующим образом. Генератор 25 синусоидального на- пряжения формирует ня-пряжеии стабильной амплитуды и частоты, причем частота равна частоте выходного сиг- ван при помощи аналоговой или цифро- 50 нала преобразователя, а амплитуда вой системы управления.выбирается наиболее удобко,й для реализации. Синусоидальное напряжение с выхода генератора синусоидального напряжения подается на вход выпрями- выпрямитель 26; блок 27 опорных ис- 55 теля 26, который выпрямляет синусо- точников (делитель); схему 28 срав- идальный сигнал, так как импульсы

управления необходимо получать на обоих полупериодах выходного напряжения .

деления положительных ординат) блок 30 одновибраторов.

5

0

части отрицательной полуволны. Восходящая часть отрицательной полуволны формируется путем замыкания ключей в обратном порядке.

Используя алгоритм ступенчатой аппроксимации при равномерном квантовании по уровню и неравномерном квантовании по времени, возможно формирование любой другой формы выходного напряжения, в частности по синусоидальному закону, с Л1рбым заданным коэффициентом гармоник, при этом алгоритм переключения ключей переменного тока остается тот же, а изменяется только момент времени переключения.

Момент времени перехода с j-1-го на j-й уровень (момент коммутации) определяется из следующего вырауе- ния

- tg

LC, .+ (j-i)(-c ,) Cij + Cij-,

где ci I arcsin () ;

m

ot- arcsin (-) - соответственно

моменты времени

пересечения синусоиды с j-M и j-1-м уровнями; m - число аппрокси- мируюших уровней (уровней квантования), включая нулевой.

Для случая реализации девяти ступеней (уровней квантования) выходного напряжения моменты переключения в радионах равны:

o(.Q, 0,808150; dL,8 0,987650; dL 1,25518.

„

Блок 27 опорных источников представляет собой делитель напряжения источника постоянного напряжения, причем величина напряжения источника должна быть равна амплитуде синусоидального сигнала.

Сигналы с выходов выпpя итeля и делителя поступают -на вход схемы 28 сравнения, где происходит сравнение выпрямленного сигнала генератора синусоидального напряжения с опорными напряжениями, отличающимися друг от друга на одинаковые уровни. Сигналы с выхода схемы сравнения поступают на схему 29 выделения положительных ординат, выходы которой соединены с входами блока 30 одновибраторов, в котором формируются импульсы, соответствующие началам и концам импульсов с выхода диодной матрицы 29, которые и являются импульсами управления с фазой, соответствующей временному квантованию синусоидального сигнала.

Преобразователь постоянного нап жения в многоступенчатое переменно с использованием секционированного источника питания( каждая из п сек ций которого, исключая последнюю, посредством ключей переменного ток соединена с соответствующими отвод ми п-секционированной обмотки сило трансформатора, крайний вывод первой секции которого через ключ переменного тока соединен с крайни

Блок-схема цифровой системы управ- 25 выводом п-й секции источника питаления (фиг, 6) содержит задающий генератор 31, реверсивный счетчик 32 импульсов и дешифратор 33„

Схема работает следующим образом. Задающий генератор 31 формирует прямоугольные импульсы стабильной, заданной частоты со скважностью, равной двум (частота определяется заданной погрешностью для временного расположения импульсов управления), которые считает реверсивный счетчик 32, С выхода счетчика информация поступает на вход дешифратора 33, на выходе которого формируются управляющие импульсы с заданной временной привязкой. После окончания полупериода счетчик считает в обратном направлении, что тйкже дещифрируется, но в обратной последовательности.

30

ния, вторичная обмотка которого об разует выход преобразователя, от личающийся тем, что, с целью упрощения при формировании

многоступенчатого выходного напряжения с заданным гармоническим сос тавом, он снабжен двумя дополнител ными ключами переменного тока и дв мя: дополнительными секциями первич 3.5 ной обмотки силового трансформатор которые соед янены между собой согл но последовательно и включены межд первой и второй секциями первичной обмотки силового трансформатора, первая дополнительная секция котор го посредством упомянутых дополнительных ключей переменного тока со динена с (п-1)-й секцией источника

40

питания, причем отношения величин Преобразователь постоянного напря- 45 ЭДС источника в (п-1)-й секгдаи жения в многоступенчатое переменное содержит N п + 3 ключей переменного тока, из которых в цегш протекания силового тока последовательно включены только два ключа. При этом 50 устройство реализует S 3(N-5) уровЕ , в п-й секции Е, ив остальных i-x секциях Е. и ЭДС единичного источника питания Е выбиранзт соответственно из соотношений

§JP-L

3(п-2)

ней выходного ступенчатого напряжения.

Предложенный преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное позволяет повысить эффективность использования ключей переменного тока.

02402 6

Кроме этого, уменьшается число секций источника питания и число секций первичной обмотки силового трансформатора. В результате упрощается схема преобразователя постоянного напряжения в многоступенчатое переменное с заданным гармоническим составом. Данные преимущества проявляются при S 7,

Формула изобретения

f5

20

Преобразователь постоянного напря жения в многоступенчатое переменное с использованием секционированного источника питания( каждая из п секций которого, исключая последнюю, посредством ключей переменного тока соединена с соответствующими отводами п-секционированной обмотки сило- трансформатора, крайний вывод первой секции которого через ключ переменного тока соединен с крайним

25 выводом п-й секции источника пита0

ния, вторичная обмотка которого образует выход преобразователя, отличающийся тем, что, с целью упрощения при формировании

многоступенчатого выходного напряжения с заданным гармоническим составом, он снабжен двумя дополнительными ключами переменного тока и двумя: дополнительными секциями первич- .5 ной обмотки силового трансформатора, которые соед янены между собой согласно последовательно и включены между первой и второй секциями первичной обмотки силового трансформатора, первая дополнительная секция которого посредством упомянутых дополнительных ключей переменного тока соединена с (п-1)-й секцией источника

0

питания, причем отношения величин ЭДС источника в (п-1)-й секгдаи

Е , в п-й секции Е, ив остальных i-x секциях Е. и ЭДС единичного источника питания Е выбиранзт соответственно из соотношений

ания, причем о источника в

§JP-L

3(п-2)

EJI

5(п -2)

Mi

Е

21-1,

где i ; ().

w

Wn

-- n-2,

71302402

отношение чисел витков w первичной

обмотки силового трансформатора дляw

п-й секции и первой и второй дополни а отношение чисел витков w осталь- тельных секций к единичному числу ных секций и w устанавливают ран- витков в обмотке w равно5 1.

w

Wn

-- n-2,

w

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является упрощение формирования многоступенчатого выходного напряжения с за- . данным гармоническим составом. Устр-во содержит источник 6 питания, расчлененный на п секций 1 - 5. К секциям подключено N ключей 7 - 14 переменного тока. Первичная обмотка силового тр-ра разбита на п секций 16-20, Используя алгоритм ступенчатой аппроксимации при равномерном квантовании по уровню и неравномерном квантовании по времени, возможно формирование любой формы выходного напряжения, в частности по синусоидально- с му закону, с любым заданным коэффици- ентом гармоник, 6 ил. (Л / 11 Р Ito о tsD yL Фиг.4

1

15

11

5

Vuz..

iC

i 7 98 9 7 t 9W9 8 7 9 6 677 8 9 9tOtt111t111in 111110109 9 8

387987SS78S78978a /2 /2 2 IS 13 /J /4 / / /4/4/J/J /J/2 2/2

r

0.28 0,62 0,81

157 2,33 2,62 2,86 3,1 рад иг. 4

Составитель Г. Мыцык Редактор А, Шандор Техред А.Кравчук Корректор М, Самборская

Заказ 1222/54 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

Фиг. 5

Фиг. 6