Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное напряжение Советский патент 1990 года по МПК H02M7/539 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода.

Цель изобретения -повьш ение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник.

На фиг. 1 и 2 показана схема преобразователя с блоком управления, на фиг. 3 - диаграммы напряжений на отдельных элементах схемы; на фиг.4 - вариант при трех дополнительных инверторах; на фиг. 5 - диаграммы .на

элементах схемы для преобразователя, вьтолненного по фиг. 4.

Преобразователь (фиг. 1) содержит основной инвертор 1 с основным трансформатором 2. Вторичные обмотки ос-- новного трансформатора разделены на Д секций 3.1, 3.2,...ЗД и 4.1., 4.2, ...4Д посредством промежуточных отводов и соединены через основные ключи 5.1 и 6.1 переменного тока демодулятора с выходным выводом преобразователя. Промежуточные отводы через дополнительные ключи 5.2, 5.3, 6,2, 6.3

О5

о

со

ел

переменного тока демодулятора.соединены с этим же выходньм выводом преобразователя. Дополнительные инверторы 7 . 1 , 7,2 имеют дополнительные трансформаторы 8.1, 8.2, содержащие по две вторичные обмотки 9.1, 9.2, 10.1, 10.2, соединенные последовательно с цепочками обмоток 3..3, 4.1-Д.3.Блок 11 управления(фиг. 2) содержит задающий генератор 12, счетчик

13импульсов, первый преобразователь

14кодов и первые выходные усилители

15мощности, второй преобразователь

16кодов и вторые выходные усилители

17мощности. На фиг. 3 представлены выходное напряжение 18 преобразователя напряжение 19 на обмотках основного трансформатора 2, напряжения 20 и 21 на обмотках дополнительного трансформатора 8.1 и 8.2. Преобразователь (фиг.4) содержит основной инвертор 22 с основным трансформатором 23, имеющим две цепочки последовательно соединенных Д сек1ЩЙ вторичных обмоток 24.1, 24.2,...24.Д и 25.1, 25.2,.. .25.Д (ф. Д 3), ключи 26.1, 26.2,. ..26.Д,-27.1, 27.2,...27.Д переменного тока, дополнительные инверторы

28.1,28.2, 28.3 с дополнительными трансформаторами 28.1, 29. 2, 29.3, содержащими по две вторичные обмотки 30.1,-30.2, 31.1, 31.2, 32.1,

32.2,и блок 33 управления, выполненный по. схеме фиг. 2. На фиг. 5 представлено выходного напряжение 34 это|ГО преобразователя, напряжения 35-38 соот вественно на обмотках основного 23 и дополнительных 29 трансформаторов.

Преобразователь (фиг. 1) работает

следующим образом.

Основной высокочастотный инвертор 1 формирует прямоугольное напряже- . ние.19, а два (N 2) дополнительных инвертора - соответственно напряжения 20 и 21. Инверторы вьшолнены, например, по мостовым схемам, для организации нулевой паузы в их выходном напряжении. Демодулятор, выполненный на ключах 5.1, 5.2, 5.3, 6.1, 6.2, 6.3 переменного тока, обеспечивает дискретное изменение коэффициента трансформации основного трансформатора. При этом все секции обмотки 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3 имеют одинаковое количество витков. Напряжения на вторичных обмотках 9.1, 9.2 оди- ,,наковы и равны 3 U(, .где U, - ампли0

5

0

25

туда первой ступени выходного напряжения. Напряжения на втори 1ных обмотках 10.1, 10.2 также одинаковы и равны и, , а на пряжения на каждой секции 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.,3 равны

9 и.

В интервале первых четьфех степеней вькодного напряжения 18 (фиг.2,3) с тактовой частотой напряжения 19 поочередно включаются ключи 5.3, 6.3 переменного тока. В интервале первой ступени напряжения 18 первичные обмотки трансформаторов 2 и 8.1 закорочены через ключевые элементы инверторов 1 и 7.1, а инвертор 7.2 обеспечивает на вторичных обмотках 10.1, 10.2 напряжения U,, которые поочередно подключаются к выходным выводам. Таким образом, н выходе формирователя - первая ступень выходного напряжения. В интервале второй ступени выходного напряжения начинает ра- ботать инвертор 7.1, которьй обеспечивает на вторичных обмотках 9.1, 9.2 напряжение 3 U. На рассматриваемом интервале времени полярности напряжений обмоток 9.1, 9.2, 10.1, 10.2 встречные и поэтому на выходе формируется напряжение. 3 U j - U 2 U . В интервале третьей ступени напряжения 18 работает трлько ,инвертор 7.1 (фиг. 2, S) и к выходу подключаются только вторичные обмотки трансформатора 8.1 с напряжением 3 U,. На интервале четвертой ступени напряжения 18 работают оба инвертора 7.1, 7.2, формируюи1их на« вторичных обмотках напряжения 3 U, и U,, находящиеся в фазе. Поэтому на выходе формируется напряжение U + 3 U, 4 U. На ин- |тервале от пятой по тринадцатую ступени выходного напряжения 18 поочередно включаются эти же ключи 5.3, 6.3 переменного тока, на всех вторичных обмотках 3.1, 4.1, 9.1, 9.2 формируются напряжения.

На интеравле с 14 до 22 ступени . напряжения 18 начинают поочередно переключаться ключи 5.2 и 6.2 переменного тока и в формировании выходного напряжения участвуют напряжения на обмотках 3.1, 3.2, 4.1, 4.2, 9.1, 9.2, 10.1, 10.2.

«

5- На интервале с 23 по 31 ступени напряжения 13 начинают поочередно подключаться кл1рчи 5,1 и 6.1 переменного тока и т.д. Форма напряжений в

30

35

40

45

50

последуюище интервалы времени наглядно иллюстрируют диаграммы фиг. 3.

Задаюирнй генератор 12 блока управления (фиг. 2) формирует высокочастотные импульсы напряжения с частотой как минимум 2 f (частота напряжения основного инвертора поступает на счетчик 13 импульсов, на выходе которого формируется параллельный двоичный код, который поступает на два преобразователя 14 и 16 кодов. Каждому начению кода, поступающему на вход преобразователя 14 кодов, на его выходе соответствует код, кото- рьй обеспечивает определенную последовательность переключения ключевых элементов демодулятора на ключах 5.1,...6.1,.,, переменного тока. Каждому значению кода, поступающему на вход преобразователя 16 кодов, на его выходе соответствует код, которьй обеспечивает необходимую последовательность переключения ключевых элементов инвертора 1 , 7.1, 7.2.

16

Второй вариант статического преобразователя (фиг. 4) целесообразно применять, когда существует технологическая необходимость использования одинаковых трансформаторов. В этом случае на секциях вторичных обмоток 24.1, 24.2, 24.3, 25,1, 25.2, 25.3 напряжения выбраны равными 7 U,

JO вторичные обмотки основного и все дополнительных трансформаторов со нены последовательно, образуя пер цепочку, другие вторичные обмотки основного и всех дополнительных т 15 форматоров соединены последовател образуя вторую цепочку, одни край выводы первой и второй цепочек со нены с первым выходным выводом пр образователя, другие крайние вывод 20 калсдой цепочки через основной ключ переменного тока демодулятора соед нены с вторым выходным выводом пре образователя, и блок управления, о новные выходы которого соединены с 25 цепями управления ключей основного . дополнительного инверторов и основ ных ключей переменного тока демоду тора, отличающийся те что, с целью повышения качества вы 30 ходного напряжения путем уменьшени коэффи1щента гармоник, каждая втор нал обмотка основного трансформато

разделена на Д одинаковых секций

с помощью,отводов, соединенных чер

- 1 - j -iumoRj, uibUAUij, соединенных чер

„%:г-,т:в aTrvrsr- ™-«L2: : „.

ключей переменного тока демодулятор с вторым выходньгм выводом преобразо вателя.

ключей переменного тока демодулятор с вторым выходньгм выводом преобразо вателя.

2. Преобразователь по п. 1, о т

Форма напряжений на вторичных об мотках основного трансформатора 35 д

iopo; 36 трансформа- дО л и а ю щ и и с я тем, что коэЛторов 36 - 38 наглядно иллюстрируетфициенты трансЛормации дополнительпринцип работы предлагаемого преобра-нь. трансформаторов ыб аГр внТ:

зователя. Блок, управления выполнен3- U,/E , а каждой вторичноГ

по схеме аналогичной схеме по фиг. 2. обмотки основного ...„..iJ

обмотки основного трансформатора - 45 3 .И,/Е, где п 1,.,,N - номер дополнительного трансформатора; U - амплитуда ступени вькодного напряжения; Е - напряжение питания преобразователя.

Формул

изобретени

1. Преобразователь постоянного на- пряжения в многоступенчатое перемен1603512

нов напряжение, содержапц1й основной инвертор, на вькоде которого включен основной трансформатор с двумя одина-ковыми вторичными обмотками, и N до- полнительньж инверторов, на выходе каждого- из которых включен дополни- тельньп трансформатор с двумя одинаковыми вторичными обмотками, одни

JO вторичные обмотки основного и всех дополнительных трансформаторов соединены последовательно, образуя первую цепочку, другие вторичные обмотки основного и всех дополнительных транс- 15 форматоров соединены последовательно, образуя вторую цепочку, одни крайние выводы первой и второй цепочек соединены с первым выходным выводом преобразователя, другие крайние выводы 0 калсдой цепочки через основной ключ переменного тока демодулятора соединены с вторым выходным выводом преобразователя, и блок управления, основные выходы которого соединены с 5 цепями управления ключей основного и . дополнительного инверторов и основных ключей переменного тока демодулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества вы- 0 ходного напряжения путем уменьшения коэффи1щента гармоник, каждая вторич-- нал обмотка основного трансформатора

разделена на Д одинаковых секций

с помощью,отводов, соединенных через

- j -iumoRj, uibUAUij, соединенных чер

L2: : „.

L2: : „.

ключей переменного тока демодулятора с вторым выходньгм выводом преобразователя.

2. Преобразователь по п. 1, о т д

л и а ю щ и и с я тем, что коэЛ3- U,/E , а каждой вторичноГ

обмотки основного ...„..iJ

обмотки основного трансформатора - 45 3 .И,/Е, где п 1,.,,N - номер дополнительного трансформатора; U - амплитуда ступени вькодного напряжения; Е - напряжение питания преобразователя.

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента гармоник. Секции 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3 вторичных обмоток основного трансформатора 2 и секции 9.1, 9.2, 10.1, 10.2 вторичных обмоток дополнительных трансформаторов соединены последовательно, образуя две цепочки. Напряжения на этих обмотках, формируемые основным инвертором 1 и дополнительными инверторами 7.1, 7.2, алгебраически суммируются и с помощью основных ключей переменного тока 5.3 и 6.3 демодулируются и подаются на выходные выводы преобразователя. Дополнительные ключи 5.1, 5.2, 6.1 и 6.2 переменного тока демодулятора вводят в работу то или иное число секций 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3 вторичных обмоток трансформатора, обеспечивают формирование 31 ступени выходного напряжения в полупериоде. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

5.1,3.1,5.3. 6.1,6.2,6.3

на ключевые элементы инберторао

Фиг.2

23

.

MilftffilTVV/Vmttllifl;

Фиг.

Чо

to t R i5 t«- го f

Составитель В. Моин Редактор А. Маковская Техред М.Дидык Корректор М. Максимишинец

Заказ 3392Тираж 497Подписное

ВНИИПИ 1 осударствемного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CQCP 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

..-.-. - -.---------- -

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, V01