Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное с промежуточным высокочастотным преобразованием Советский патент 1988 года по МПК H02M7/48 

L

4;ik

4

. Изобретеш-ге относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке вторичных источников питания с приемлемыми массогабаритными показателями дпя устройств электроавтоматики и элект-. роприводов переменного тока

Цель изобретения - улучшение мас- согабаритньш показателей преобразо- вателя.

На фиг. 1 представлены схема преобразователя, формирующего 12 уровней квазисинусоидального напряжения посредством 10 ключей коммутатора, 6 секций основной и 2 секций дополнительной вторичных обмоток высокочастотного трансформатора, и блок-схема устройства для его управления; на фиг. 2 - принципиальная схема устройства управления преобразователем; на фиг, 3 - временные диаграммы работы устройства управления.

Преобразователь постоянного напряжения в квасизинусоидальное с проме- жуточным высокочастотным преобразованием (фиг о 1) содержит высокочастотные инвертор 1 и трансформатор 2 с максимальным коэффициентом трансформации К, первичная 3, обмотка . рого с числом витков 2W является нагрузкой инвертора 1, а вторичная состоит из основной 4 с секциями 5-10 дополнительной 11 с секциями 5-10 и дополнительной 11 с секциями 12 и 13 обмоток, четные числа секций которых N и Мд связаны с числом уровней N квазисинусоидального напряжения соотношениями: N„(N.+2) 2N и (N -1)

(-J (О

х(Мд+ 2) 2N при четном и нечетном N/2 соответственно, причем N - N ,2, NO + N min, числа витков любой из секций основной W., и дополнительной W. обмоток выбирают из соотношений:

W п

, ком

1J 9U /Ыу

О А о А

. N + 1

мутатор 14, содержаш 1й ключи 15-24 переменного тока, образующие верхнюю (ключи 15, 17 и 19) и нижнюю(ключи

16,18 и 20) основные и верхнюю (клю- чи 21 и 23) и нижнюю (ключи 22 и 24) дополнительные группы, силовые входы которых (кроме ключей 21 и 22) под- слючены соответственно к верхним и нижним концам секций основной и допол :яитель ной обмоток, выходы ключей 15,

17,19, 23 и 16, 18, 20, 24 объединены в верхний и нижний узлы коммутато

Q

5 о

5 „ .

5

0

ра, связа нные посредством ключей 21 и 22 со средней точкоГ: 25 дополнительной обмотки 11, образующей первый выходной вывод преобразователя, вторым выводом которого является средняя точка 26 основной обмотки 4 высокочастотного трансформатора 2,

Устройство 27 управления преобразователем постоянного напряжения в квазисинусоидальное с промежуточным высокочастотным преобразованием (фиг. 1) содержит последовательно связанные между собой задающий генератор 28 -с парафазным выходом, связанный по выходу с управляю1дими входами ключей высокочастотного инвертора 1, блок 29 опорных импульсов, реверсивный регистр 30 сдвига, сумматор 31 по ИЛИ и распределитель 32 импульсов, выходами связанный с управляющими входами ключей переменного тока коммутатора 14,

Блок 29 опорных импульсов (фиг.2) содержит двухвходовой мультиплексор 33, первьм и второй информационные входы которого соединены соответственно с прямым и инверсным выходами задающего генератора 28, счетчик с коэффициентом счета К N/2 и скважностью импульсов N/2, реализованньй на двоично-десятичном счетчике 34 и логическом элементе 2И 35, вход которого (первый счетный вход счетчика. 34) подключен к прямому выходу мультиплексора 33,- а выход (выход элемента 34) - к входу первого делителя 37 с 2, выполненного на основе D-триггера в счетном режиме, прямой и инверсньй выходы которого связаны с управляющими входами S и S ревер - сивного регистра 30 сдвига, второй делитель 36 с K(, 2, выполненный на основе D-триггера в счетном режиме, по входу соединенньш с прямым выходом первого делителя 37, а прямым и инверсным выходами - с вторым и первым управляющими входами мультиплексора 33, восьмивходовой мультиплексор 38, информационные входы DOj D2 которого подключены к прямому, D1 , D3 - к инверсному восходам мультиплексора 33, входы D5 и D7 - к выходам счетчика (выход элемента 2И 35), управляющие входы А, В, С - соответственно к прямым выходам делителей 36 и 37 и выходу элемента 2И 39, объединяющего по первому и второ3U171;

ry входам выход счетчика (выход элемента 2И 35) и прямой выход делителя 37, а выход мультиплексора 38 - к счетном входу реверсивного регистра 30 сдвига.

Сумматор 31 по ИЛИ (фиг„ 2) содержит основную 40, 41, 42 и дополнительную 43J 44 группы элементов 2ИЛИ и ЗИЛИ соответственно, где i-й вход Q i-ro элемента основной и K-ii вход 1-го элемента дополнительной групп соединены соответственно с Ci + N, i (j - 1,) и К + N„(1 - 1) выходами реверсивного регистра 30 i5

сдвига, число выходов которого равно N/2.

Распределитель 32 импульсов (фиг,2) содержит основную 45, 46, 47, 48, 49, 50 и дополнительную 51, 52 53 20 и 54 группы элементов 2И, каждая из которых разбита на верхние основную 45, 46j 47 и дополнительную 51, 52 и нижние основную 48, 495 50 и дополнительную 53, 54 групппы, где первые 25 входы i-ro элемента основной и 1-го элемента дополнительной групп соединены с выходами одноименных элементов одноименных групп сумматора по ИЛИ, а втор ые входы верхних основной ЗО и дополнительной и нижних основной и дополнительной групп связаны соответственно с прямым и инверсным выходами мультиплексора 33 блока 29 опорных импульсов, выходы элементов „ основных верхней 45, 46, 47 и 1-гажней 48, 49, 50 групп и элементов дополнительной верхней 51, 52 и нижней 53,

54групп соединены соответственно

с управляющими входами-ключей пере- 40 манного тока основных верхней 15, 17, 19 и нижней 16, 18, 20 и дополнитель- ых верхней 21, 23 и нижней 22, 24 групп ключей коммутатора 14, На фиг.З позициями 55-77 обозначены сигналы 45 на выходах соответствующих блоков

системы управления.

I

Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное с проме- 50 уточным высокочастотным преобразованием и устройство для его управления работают следующим образом.

При запуске единичный зфовень 58 на инверсном выходе триггера 36 и ну- 55 евые уровни 57, 58 и 59 на прямых выходах триггеров 37 и 36 и элемента 2И 39 позволяют последовательности

55частотой

где i 5 1 1ястота задающего ;;- нератора я вьп-.лднял частота преобразовате- ля,

с прямого выхода задающего генератора 28 через первьв икфop iaщюииыГi вход мультиплексора-селектора 33 с прямого его выхода в Б11де м пульссв 61 поступать на первый с ;р.тньп 1 счетчика 34 и через нулево;: DO и ф : ;-г- мпционный вход мультиплексора 38 ;з в:ще иьшульссв 62 на счеги пй вход реверсивнсго регистра 30 . Па Г1ервой четверти периода состоя тте триггера 36 обеспечивает сдвиг информации на выходе регистра 30 nnpavn (импульсы 63-&S) о С чет и: ЗД за счет обратной связи реализует ксэффищюнт счета К 6 на выходе третьего разряда скважкость импульсог па icoi с- ром становится равной 6 после элемерта 2И 35 (последовательность 56), В момент обнулетжя счетчика 34 заканчивается четверть rtepHO,v;as триггер

37меняет свое состоя а1е на противо - положное, меняются уровни на первом управляющем входе Л мульт:;17яексора

38и обоих т1равляю1Ц51:х 1зходах S,, к

5 регистра 30 Б результате, чего на счетньй вход регистра ripoxo;.i,i5T г.осле- довательность 75 с прямого выход задающего генератора 28 через первые D1 информацкоииые входы мультиплексоров 33 и 38, Выходное сос юянпе триггера 37 обеспечивает сдвиг ин.фоп- мат-ЩИ на выходе регнсгра 30 влево (и1-тульсы 65-68):, R конце BTopoit четверти периода меняется cvOCTGHKK e на управляющем С Еходе мультиплексора 38 (последовательность 56) и через его пятый D5 икформацноггный кход ча счетный вход регистра 30 поступает четный импульс последовйтельности 56, что позволяет изменить частоту ii скважность импульсов в интервале одного периода и сфор: гировать вериги- выходного напряжения,,

Второе обнуление счетчика 34 соответствует окон ча -П1 о первого полуперт-;- ода, когда состоян1 е триггера 37 соответствует началу полупериода, а состояние триггера 36 метьяется на щзоти воположное, в результате чего на счетные входы счетчика 34 и регистра 30 поступает пое: едозательность 55 с ИП версного вьгчс; а за.даюпетх reHei aTO- pa 28 через rrropoii Vп;6op a:i; oГl:l b li

514

вход мультиплексора 33 с прямого его выхода в третьей четверти и инверсного выхода в четвертой соответственно через второй D2 и третий D3 информационные входы мультиплексора 38. В конце второго полупериода четный импульс последовательности 56 поступает через седьмой D7 информационный вход мультиплексора 38 В остальном блок опорньгх импульсов на втором по лупериоде работает аналогично первому полупериоду, В интервале обоих полупериодов элементы основной 40, 41, 42 и дополнительной-43, 44 групп сумматора 31 по РШИ реализуют логические функции

4, 6

0 1

Х.а.И 6v; .3...

.. .V

где индексы у переменных в левых час тях равенств соответствуют фиг„2, а в правых - фиг. 3. Полученные после- до вательности импульсов Х, Х,, и Х, Х псэступают на управля- )(щие входы ключей основной и допол- нительной групп KOMivryTaTOpa, распределение которых -на ключи верхних и нижних, групп осуществляется распре

делителем импульсов путем реализации операций:

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в устройствах автоматики и электроприводов переменного тока. Целью является улучшение массогабаритных показателей. Устройство содержит инвертор 1 с тр-ром 2. Вторичная обмотка 4 тр-ра состоит из секций 5-10, а дополнительная обмотка 11 - из секций 12, 13. К секциям обмоток подключены ключи переменного тока 15-24. Алгоритм переключения ключей, задаваемый устройством управления 27, и формирование уровней квазисинусоидального напряжения при нечетных четвертях периода выполняются в соответствии к. таблицей. 3 ил., 1 табл.

68 5 15- 40 о

46 v И 60 5

х х,,, х,,л X,

51

21

60

Т5 2Ь 60

где индексы у переменных соответствуют фиг„ 1-30

На протяжении всего периода высокочастотный инвертор 1, работающий на частоте f -f, , преобразует постоянное входное напряжение, равное ЕЭ -в переменное типа меандр Единичный зфовень квазисинусоидального напряжения, равный Е/2 при Wy/W 2, формируется при положительной полярности напряжения на вторичных обмотках согласующего трансформатора 2 с использованием ключей 15 и 21, подключаюн 1х секцию 5 основ ной вторичной обмотки 3 к выходу преобразователя о При смене полярности напряжения отключаются ключи 15 и 21 и включаются ключи 16 и 22, подклю- чакщие к выходу секцию 6, что формн- рует на выходе уровень Е/2

Алгоритм переключения ключей ком мутатора 14, задаваемый устройством 27 управления импульсами 68-77, и формирование уровней квазисинусоидалного напряжения при нечетных четвер- тях .периода (со своим знаком) приведены в таблице, что справедливо для четных четвертей (со своим знаком) только в обратном порядке„

Таким образом, уменьшение числа силовых ключей переменного тока коммутатора позволяет улучшить массога- баритные показатели преобразователя

о

60 5 |

,

60

60

Л Л л 71 48 -16

,

5

о д г

-

I .

постоянного напряжения в квазисинусоидальное с промежуточным высокочастотным преобразованием.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное с промежуточным высокочастотным преобразованием, содержащий последовательно соединенные между собой высокочастотные инвертор и- трансформатор с первичной с числом витков 2W обмоткой и с секционированной основной вторичной обмоткой с максимальным значением коэффициента трансформации , причем концы- N секций этой вторичной обмотки, где N - четное число, через основные ключи переменного тока татора объединены в два промежуточных вывода, которые связаны с первым выходным выводом преобразователя, второй в.ыходной вывод которого образован средней точкой этой вторичной обмотки, а также блок упранпения, включающий последовательно связанные между собой задающий генератор с па- рафазньш выходом, выходом связанньй также с управляющими входами ключей инвертора, и распределитель импульсов, выходом связанньй с управляющими входами ключей ко 1мутатора, обеспечивающего формирование Н-ступергчатот

го квазисинусоидального напряжения, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, трансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой со средней точкой, подключенной к первому выходному выводу преобразователя, и с четным числом секций Nд, связанным с четным числом секций основной вторичной обмотки N и числом N соотношением N, ( 2) 2N при четном числе N/2 или (Н„-1)(Нд+ 2) 2N при нечетном числе N/2, причем должно быть N 2, N + N min, числа витков любой из секций основной W и дополнительной W вторичных обмотс выбирают соответственно из соотноше тт 2Ул „ W

нии: W -Ь, Уд , концы

ор

ОДНОЙ половины секций дополнительной вторичной обмотки через дополнительно введенные ключи переменного тока подключены к одному промежуточному , выводу, концы другой половины секций дополнительной обмотки также через дополнительно введенные ключи переменного тока подключены к другому промежуточному выводу, блок управления снабжен последовательно связанными между собой блоком опорных импульсов, реверсивным регистром сдвига с числом выходов N /2 и суммато-,

о

ром по или, причем блок опорных импульсов содержит двухвходовой мультиплексор, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с прямыг и инверсным выходами задающего генератора, счетчик с коэффициентом счета К N/2 и скважностью импульсов N/2, вход которого подключен к прямому выходу двухвходового мультиплексора, а выход - к входу первого делителя с , 2, прямой и инверсньй выходы которого связаны с управляющими входами реверсивного регистра сдвига.

171448

второй дапитель с К 2, по входу соединенный с гфямъим выходом ттзрвого депителя, а по выходу прямым и инверсным выходами - с вторым и первым тфавляющими входами двухвходового М1, льтиплексора5 восьмивходовой мультиплексор, информационные входы которого связаны с выходами двухвходо Q вого мультиплексора и счетчика, а управляющие входы с прямъп п выходами первого и второго делителей и . выходом элемента 2И, объединяющего по входам выход счетчика и пряной выход первого делителя, выхохт; гульти- плексора подключен к счетному входу реверсивного регистра сдвига,. тор по ИЛИ содержит основную с числом элементов J i при числе входов Кд/2 + 1

20 и дополнительную, с числом элементов N /2 + 1 при числе входов группы элементов ИЛИ, где j-и вход i-ro элемен- та основной и К-й вход 1-го элемента дополнительной группы соединены соответ25 ственно с i + j - 1) -м + .+ N(1-1)/2J-M выходами реверсивного регистра сдвига распределитель содер кит основную и дополнитель- ную группы элементов 2И, каждая из

15

которьк разбита ia верхнюю и нижнюю

группы с числом элементов N /2 и

N /2 + 1 соответственно, где первые.

входы i-ro элемента основной и 1-го элемента дополнитех ьной групп соедиг нены с выходами одноименных элементов одноименных групп сумматора по ИЛИ, а вторые входы верхних основной и дополнительной и ггажних основной и дополнительной.групп связаны соот- ветственно с прямым и инверсным выхо- дат-и дв т ;входового ьгультиилексора блоха опорных импульсов, выходы i-ro элемента основных верхней и нижней групп и .1-го элемента дополнительной верхней и нижней групп распределителя связаны с управляющими входами соответствующих основных и дополнительных шючей коммутатора.

К бысокочастотном

fyJ

5s

e