Способ преобразования постоянного напряжения в переменное W-ступенчатое Советский патент 1988 года по МПК H02M7/48 

fpUl.Z

Изобретение относится к электротехнике ,

Цель изобретения - повышение качества электрической энергии,

На фиг.1 представлены диаграммы напряжений, поясняющие предлагаемый способ преобразования постоянного напряжения в переменное W-ступенчатое; на фиг.2 и 3 - схемы устройства для преобразования постоянного напряжения в W-ступенчатое; на фиг.З - схема блока управления.

На диаграммах (фиг,1) представлены переменное напряжение 1 прямоугольной формы, частота которого кратна частоте выходного W-ступенчатого напряжения, промежуточные переменные напряжения 2-4 М-ступенчатой формы с нулевой паузой (, ), выходное W-cTy пенчатое напряжение 5 (),

Устройство для преобразования постоянного напряжения в переменное W- ступенчатое (фиг.2) содержит L демодуляторов на ключах 6,1-6.4, 7,1-7,4 и 8,1-8,4 переменного тока, высокочастотный модулятор 9 с согласующим трансформатором 10, (2М+1) отводов 11.-11.5, 12.1-12,5 и 13,1-13.5

групп последовательно соединенных

вторичных обмоток которых подключены к соответств тощим демодуляторам, L ключей 14--16 переменного тока, силовые электроды которых подключены к выходам , 19-20 и 21-22 соот- ветствующих демодуляторов, соединены последовательно и подключены к выходным вьшодам 23 и 24, и блок 25 управления, связанный с управляющи 1 электродами ключей постоянного моду лятора и управляющими электродами всех ключей 6,1-6,4, 7.1-7.4, 8.1-8.4 14-16 переменного тока.

Устройство для преобразования пос- тоянного напряжения в переменное W- ступенчатое согласно другому варианту (фиг,3) содержит L демодуляторов на ключах 26.1-26.4, 27.1-27.4 и 28,1-28.4 переменного тока, высокочастотные модуляторы 29.1-29.3 с согласующими трансформаторами 30.1-30.3 (2М-И) отводов 31.1-31.5, 32,1-32.5 и 33,1-33,5 групп последовательно соединенных вторичных обмоток кото- рых подключены к соответствующим демодуляторам, ключи 34, 35, 36 переменного тока, силовые электроды которых подключены к выходам 37-38, 39-40

с

10

15 20

30

35 40

50

5

и 41-42 соответствующих демодуляторов, соединены последовательно и подключены к выходным вьшодам 43 и 44, и блок 45 управления, одинаковый с блоком 25 управления.

Блок 25(45) управления включает (фиг.4) задающий генератор 46, формирующий напряжение частотой и формой напряжения 1, счетчик 47 импульсов, преобразователь 48 кодов и усилители 49 MoiiyiocTH. Преобразоватеш, кодов преобразует поступающий с выхода счетчика импульсный параллельный двоичный код в другой параллельный двоичный код для управления кл Jчaми переменного тока,

Сущность способа преобразования постоянного напряжения в переменное и-ступенчатое заключается в суммировании L промежуточных переменных напряжений М-ступенчатой формы с нулевой паузой сложной формы. В интервале времени О-Т/4 и ЗТ/4-Т каждого периода выходного напряжения (фиг.1) все промежуточные напряжения формируют по амплитуде ступенчато нарастающими, при этом амплитуды М ступеней L-ro промежуточного напряжения 4 равны амплитудам первых М ступеней выходного W-ступенчатого напряжения 5, а все остальные (L-1) промежуточных переменных напряжения (2,3 ,.,) имеют нулевое значение ( ,), Получение M+I ступени выходного W-ступенчатого напряжения () обеспечивается суммированием двух п;юмежуточных напряжений 3 и 4, причем напряжение 3 в интервале времени t,, - t, должно компенсировать напряжение 4 с амплитудой М и и сформировать (М+1) ступень выходного напряжения 5 с амплитудой (М+1)и, где Ug - амплитуда первой ступени выходного W-стутгенчатого напряжения ,

Таким образом, напряжение 3 в интервале времени t, должно иметь амплитуду (2М+1)и, В интервале времени t,-t,j уменьшают на U амплитуду напряжения 4, которое вычитаатся из напряжения 3 с амплитудой ()11, т,е, выходное напряжение 5 в интерва ле времени , равно 2М- . В интервале времени амплитуда промежуточного напряжения 4 имеет пулевое значение и выходное напряжение 5 в интервале времени определяется только амплитудой промежуточного напряжения 3 и т.д. Таким образом.

на интервале каждой ступени j-ro промежуточного напряжения эа счет (j + 1)- го промежуточного напряжения увеличивается количество ступеней в (2М+1) раз. В интервале времени t,, - t, выходное напряжение 5 должно иметь 13 ступеней с амплитудой 13и„. Получается это за счет вычитания из напряжения 2 с амплитудой 254 суммы двух напряжений 3 и 4 с амплитудой 12Uo и т.д.

Если обозначить: W - количество ступеней в выходном напряжении на интервале (фиг.1, ) ; L - количество промежуточных напряжений (фиг.1, ); М - количество ступеней (без нулевой) в исходных напряжениях 2,3,4... (фиг.1, ); - количество ступеней в периоде промежуточных напряжений 2,3... (фиг.1, ), то амплитуда последующего исходного напряжения будет больше предыдущего в В раз. Например, амплитуды первой и второй ступеней напряжения 4 равны Ш и2ио.Тогда напряжения ступеней напряжения 3 равны соответственно 5Uo и 1OUg, а напряжения 2 - 25Ue и 50Ug . Суммарное количество ступеней L-I

W М В

J- Например, для напряжения на фиг.1

2,

W 2- 5 62.

г° При четьфех исходных напряжениях

() ,и , получим

W

2 Ц 5 312.

При , (следовательно, , так как )

W 3 7 171 г-°

Неравномерность интервала квантования уровней исходных напряжений 2,3,4... определяется тем, что амплитуда последней ступени от предыдущего напряжения 5 отличается напряжением и.

Устройство для преобразования постоянного напряжения в квазисинусоиаль ное работает следующим образом.

Высокочастотный модулятор 9 формирует на обмотках согласующего трансформатора напряжение 1 прямоугольной формы. На выходах 17-18, 19-20 и 21- 22 демодуляторов формируются соответственно напряжения 4,3 и 2 (,) Выходы демодуляторов соединены после

довательно и на выходных выводах формируются напряжения 5. Управление ключами 6.1-6.4, 7.1-7.4, 8.1-8,4 переменного тока демодуляторов и ключами 14 - 16 переменного тока осугцест- вляется от блока управления, который в общем случае COCTOIST из задающего генератора 46 счетчика 47 импульсов,

Q преобразователя 48 кодов и выходных усилителей 49 мощности.

На выходе 21-22 демодулятора в интервале времени tjj - t, формируется напряжение 2 амплитудой, равной нулю.

5 Достигается это за счет выключения всех ключей 8,1-8.4 переменного тока и включения дополнительного ключа 16 переменного тока. Таким же образом нулевое напряжение 3 формируется на

0 выходе 19-20 другого демодулятора в интервале времени t(j - t.

На выходе 17-18 третьего демодулятора фopм фyeтcя напряжение 4 амплитудой и в интервале времени to-t,

5 за счет включения ключа 6.3 переменного тока. В интервале времени , включены ключи 15,16 и 6.3 переменного тока. Напряжения отпаек 13.2 и 13.4 относительно 13.3 равны 25Uo,

0 отпаек 13.1 и 13.5 50U, напряжения отпаек 12.2 и 12.4 относительно 12,3 равны 5Ug, отпаек 12.1 и 12.5 IOU, напряжения отпаек 11.2 и 11.4 относительно 11.3 равны Ug, отпаек 11.1 и 11.4 2Ug. Поэтому в интервале времени to-t, на выходных вьгоодах формируется напряжение U за счет только обмотки 11.1-11.4

В момент времени t, напряжение вторичных обмоток меняет полярность, и до момента времени t, включен ключ

6.1переменного тока, обеспечивая тем самым подключение к выходным выводам 23 и 24 напряжения обмотки

I1.1-11.3 величиной 2U . В интервале времени включены ключи 6.1, 7.3 и 16 переменного тока, чем обеспечивается подключение к выходным выводам 23 и 24 обмоток 11.1-11.3 и 12.3-12.4, соединенных встречно. Поэтому на выходных вьтодах формируется напряжение . В интервале времени включены ключи 6.3,

7.2и 16 переменного тока и на выходных выводах 23 и 24 формируется напря5

0

5

0

5

жение 4U(,5Uo-Up.

В последующие интервалы времени , tj-t и включаются соответственно ключи 7.3, 14,16; 6.2,

7.2, 16 и 6.4, 7.3 и 16 переменного тока и на выходных выводах 23 и 24 формируются напряжения 5Uo , о Uj, 51)+2Uo , В интервалах вре- мени t,-tg, tg-t,, t,-t,o , t,o-t,, и t,| включены соответственно ключи 6.4, 7.1, 16; 6.2, 7.4, 16; 7.1 . 14, 16; 6.3, 7.4, 16 и 6.1, 7.1, 16 переменного тока и на выходных выводах 24 и 23 формируются напряжения 8U, 10и,-2и„, 9Uo 10Uo-Uo; 10и„; IIU , и 12U, 10Ua+2U, . В последующие моменты времени t ,г.-t,, , t ,j -tц,

t,4-t,g, t,j-t,fi и t,g-t включены

соответственно ключи 6.1, 7.1, 8.3; 6.3, 7.4, 8.2; 7.1, 8.3, 14; 7.4, 6.2, 8.2 и 6.4, 7.1, 8.3 переменного тока и на выходных вьшодах 23 и 24 формируются напряжения 1 3Uo 25Uo-l OU, 2Uo; 14U,25Uo-IOUo-Uo ; ,- 16U 25Uo-lOUo+Uo и 17Uo 25Uo- 10Uo- -2Uo. Последующие ступени квазисинусоидального напряжения формируются аналогичньм образом за счет соединения различных сочетаний вторичных обмоток согласующего трансформатора.

Принцип работы устройства для преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное, вьшолненного согласно фиг.3, аналогичный и отличается только построением модулятора и согласующего трансформатора. Применяется он при повышенных выходных мощностях и ограниченной элементной ба зе. В этом варианте один общий модулятор заменен несколькими, формирующими одинаковые напряжения 1 прямоугольной формы. Автоматически на к-, . ддый модулятор включается свой согласующий трансформатор и свой модулятор. Последовательность включения ключей переменного тока остается прежней. Такое построение входной части устройства имеет свои недостатки, заключающиеся в неравномерной загрузке мо- дуляторов, так как мощность, потребляемая с выхода первого модулятора, првышает мощность, потребляемую с третьего модулятора как минимум в

12,5 раз, целесообразно последовательно с каждой вторичной обмоткой 33.1-33.2, 33.2-33.3, 33.3- 33.4 и 33.4-33.5, расположенной иа самом загруженном трансформаторе 30.3, включить соответствующие обмотки, расположенные на самом незагруженном согласующем трансформаторе

5

5

5

0 5

о дп

30.1 и т.д. Таким образом, возможно вьфавнивание загрузки элементов модуляторов и согласующих трансформаторов.

Предлагаемый способ преобразования постоянного напряжения в переменное W-ступенчатое и устройство для его осуществления по сравнению с известным позволяют резко улучшить качество электрической энергии за счет увеличения количества формируемых ступеней в кваэисинусоидальное напряжение. Применение изобретения позволит разрабатывать источники питания с регулируемой частотой выходного напряжения и с улучшенными динамическими характеристиками.

Формула изобретения

Способ преобразования постоянного напряжения в переменное Ы-ступенча- тое с равномерным квантованием по уровню и различными по длительности ступенями путем преобразования постоянного напряжения в L промежуточных переменных напряжений М-ступенча- той формы с нулевой паузой и их суммирования, отличающийся тем, что, с целью повышения качества электрической энергии, период первого промежуточного переменного напряжения, его фазу и середину его нулевой паузы формируют совпадающими с периодом, фазой и серединой нулевой паузы W-ступенчатого напряжения, длительности его ступени выбирают равными (2М+1) длительностям соответствующих во времени ступеней W-ступенчатого напряжения, амплитуду А ,, его первой ступени выбирают из выражения

1-г

I W

А,

W - 1

- -1 - 1. (2M+l)j .U,v, ,

где

L-1

W М . 21 (2М+1) ; J-o

и, - амплитуда первой ступени

W-ступенчатого напряжения, при этом каждое j-e из остальных промежуточных переменных напряжений формируют по амплитуде ступенчато нарастающими от отрицательного значения к положительному и ступенчато падающими от положительного значения к

71

отрицательному на каждой ступени (J- 1)-го промежуточного переменного напряжения соответственно при положительных и отрицательных значениях производной от первой гармоники W- ступенчатого напряжения, дпительнос- ти ступеней j-ro промежуточного пере менного напряжения выбирают равными

3725А98

(2М+1) длительностям соответствующих во времени ступеней W-ступенчато- го напряжения, а амплитуды ступеней 5 j-ro промежуточного переменного напряжения выбирают в (2М+1) раз меньше амплитуд соответствующих ступеней (j-l)-ro промежуточного переменного напряжения.

Изобретение относится к области электротехники для преобразования постоянного напряжения в переменное с улучшенным гармоническим составом. Целью является повьшение качества электрической энергии. Устройство содержит один модулятор 9 с согласующим трансформатором 10 и несколько демодуляторов на ключах переменного тока 6.1 6.2,...,подключенных входами к различным комплектам вторичных обмоток, а выходы их соединены последовательно. На выходе формируют несколько ступенчатых напряжений сложной формы, суммирование которых позволяет получить кваЬисинусоидаль- ное напряжение с большим количеством ступеней. 4 ил. с (Л

.,«%u, iimflmBmmhn.L-,jniOihi-jb-jihjK j4jkjj jhji

Un

u

LJ

/ Tyv r -VTY -vTl

лЛлЛ,

.ж/i±: ,о.г

(,,,Ж1ш,,,

{27.3/2U Z8J 282

(Ц28.

2д. г

LJ

рж,,,Ж1ш,,,

72

{27.3/2U Z8J 282

39

JS

J

U2.3

l/r.

0

0

(Ц28.

1

36

2д. г

Jn

Moffy/rx/nopa 6 i//ru 9r.9.Z, 29.3) Фиг Л

|||J

feSbr