Преобразователь постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы Советский патент 1991 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в источниках электропитания с промежуточным звеном высокой частоты, а также в усилителях звуковой частоты класса О и в импульсных амплитудных модуляторах большой мощности.

Цель изобретения-улучшение качества выходного напряжения и упрощение.

На фиг. 1 представлена одна из возможных модификаций схемы предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие алгоритм переключения ключевых элементов и процесс формирования выходного напряжения преобразователя по фиг. 1.

Преобразователь (фиг. 1) содержит инвертор, выполненный по схеме со средней точкой на ключах 1 и 2 и подключенный своим входом к источнику 3 питания, а выходом к первичной обмотке 4 основного трансформатора 5, вспомогательные трансформаторы 6 и 7, цепочку из последовательно соединенных вспомогательных ключей 8-10 переменного тока. Основные управляемые ключи первой группы 11-14 и второй группы 15-18 подключены к выводам вторичной обмотки трансформатора 5. Дополнительная обмотка 19 основного трансформатора 5 подключена к концам цепочки вспомогательных ключей 8-10. Основные первичные обмотки 20 и 21 вспомогательных трансформаторов 6 и 7 подключены параллельно соответствующим ключам 8 и 9 цепочки вспомогательных ключей. Каждый вспомогательный трансформатор 6 (7) имеет дополнительную первичную обмотку 22 (23). Обмотки 22 и 23 соединены последовательно согласно и подключены к дополнительной обмотке 19 основного трансформатора 5 через дополнительно введенный ключ 24 переменного тока. Вторичная обмотка основного трансформатора 5 разделена промежуточными (в средней части обмотки) и дополнительными (по краям обмотки) отводами на секции 25- 31, причем промежуточные отводы подключены через основные ключи 11-14 первой группы основных ключей к первому выходному выводу преобразователя. Вторичные обмотки 32 - 35 вспомогательных трансформаторов 6 и 7 соединены согласно последовательно и образуют вспомогательную (вольтодобавочную) вторичную обмотку, содержащую две полуобмотки, каждая из которых состоит соответственно из одноименных обмоток 32 и 34 и одноименных обмоток 33 и 35 различных вспомогательных трансформаторов, а точка соединения полуобмоток образует

второй выходной вывод преобразователя. Свободные концы и дополнительные отводы вторичной обмотки основного трансформатора подключены к противоположным по

полярности концам вспомогательной вторичной обмотки через соответствующие ключи 15 и 16(18 и 17). К выходным выводам преобразователя подключены приемники 36 электрической энергии (нагрузка).

0 В общем случае количество вспомогательных трансформаторов преобразователя равно п (, 2 п), количество

дополнительных первичных обмоток в каждом вспомогательном трансформаторе

5 равно m (, 2m), количество промежуточных отводов вторичной обмотки основного трансформатора равно Р. а количество дополнительных отводов в крайних секциях вторичной обмотки основного трансформа0 тора равно I, где , 2,3а , 1, 2... При

первым выходным выводом преобразователя является средняя точка вторичной обмотки основного трансформатора 5. Для схемы преобразователя по фиг. 1

5 , , , . При этом соотношение чисел витков в первичных обмотках 20, 22 первого вспомогательного трансформатора 6 выбрано равным W2o:W22 1:0,5, соотношение чисел витков в первичных обмотках

0 21, 23 второго вспомогательного трансформатора 7 выбрано равным W2i:W23 1:0,75. Числа витков во вторичных обмотках 32 и 33 (34 и 35) каждого вспомогательного трансформатора, а также числа витков в крайних

5 секциях 25 и 31, промежуточных секциях 26 и 30, средних секциях 27-29 вторичной обмотки основного трансформатора соответственно равны между собой, т.е. ,

, , , .

0 Соотношение чисел витков в указанных вторичных обмотках преобразователя выбрано равным

W32:W34:W25: W26:W27 Ki:3 К2:5:1:10,

ГДе K1 W20/W19, K2 W21/W19.

5 При электромагнитном расчете вспомогательных трансформаторов максимальной индукцией в их магнитопроводах следует задаваться для режима, когда полное напряжение дополнительной обмотки 19 ос0 новного трансформатора прикладывается к той первичной обмотке соответствующего вспомогательного трансформатора, число витков в которой является наименьшим. В частности, для схемы по фиг. 1 такими об5 мотками являются дополнительные первичные обмотки 22 и 23.

Алгоритм работы преобразователя, представленный на фиг. 2, является одним из возможных и раскрывает принцип формирования квазисинусоидального многоступенчатого напряжения. Нумерация диаграмм соответствует нумерации элементов схемы преобразователя (фиг. 1). Диаграмма Us (напряжение инвертора) иллюстрирует форму и полярность напряжений на обмотках основного трансформатора 5, диаграммы Ue. 7 - форму, полярность и амплитуду напряжений в выходных обмотках вспомогательных трансформаторов 6 и 7, диаграммы Un-18. 24 - импульсы управления, подаваемые на ключи 11-18,24 переменного тока преобразователя. Полярность напряжений на диаграммах дана по отношению к обозначенным точкой концам обмоток. Диаграмма Use иллюстрирует четверть периода напряжения, формируемого на нагрузке 36 (положительная полуволна - плюс на правом по схеме фиг. 1 конце нагрузки).

Преобразователь работает следующим образом.

Часть схемы преобразователя (фиг. 1), содержащая вспомогательные трансформаторы 6, 7 и ключи 8-10, 24, является вольто- добавочным устройством, формирующим пять (включая и нулевой) уровней напряжения. Нулевой (первый) уровень формируется при замкнутых ключах 8 и 9 и разомкнутых ключах 10 и 24, когда вспомогательные трансформаторы 6 и 7 находятся в режиме короткого замыкания и на их выходных обмотках напряжение равно нулю.

Второй уровень напряжения формируется при замкнутых ключах 9 и 10 и разомкнутых ключах 8 и 24. В этом случае трансформатор 7 замкнут накоротко по первичной обмотке 21 и на его выходных обмотках 34 и 35 напряжение равно нулю, у трансформатора 6 задействована первичная обмотка 20 и в соответствии с выбранным соотношением витков в каждой его вторичной обмотке 32 (33) индуктируется напряжение, амплитуда которого равна Ui (диаграмма Ue). Если теперь разомкнуть ключ 10 и замкнуть ключ 24, то задействованной окажется дополнительная первичная обмотка 22 трансформатора 6. Поскольку число витков обмотки 22 в два раза меньше миела витков рбмотки 20, то в выходной обмотке 32 (33) будет индуктировано напряжение с амплитудой 2U% т,е, сформируется третий по счету уроеань напряжения аольтодобавки (диаграмма Ue).

Четвертый уровень выходного напряжения вольтодобавочным устройством формируется при замкнутых ключах 8 и 10 и разомкнутых ключах 9 и 24. При этом трансформатор 6 находится в режиме короткого замыкания, задействована основная первичная обмотка 21 трансформатора 7, а во

вторичных обмотках 34 (35), в соответствии с выбранным соотношением витков, индуктируется напряжение 3Ui. Дальнейшее замыкание ключа 24 и размыкание ключа 10

приводит к задействованию обмотки 23 трансформатора 7. При этом в обмотках 34 (35) наводится напряжение пятого уровня с амплитудой 4Ui (диаграмма U)

Таким образом, вольтодобавочное уст0 ройство последовательно формирует на своем выходе напряжения с амплитудами О, Ui, 2Ui, 3Ui, и 4Ui. Цикл формирования этих напряжений периодически повторяется (фиг. 2).

5 Выход вольтодобавечного устройства (обмотки 32,34 и 33,35) включен последовательно с нагрузкой 36 и вторичной обмоткой основного трансформатора 5 посредством ключей 15-18 основного модулятора. Соот0 ношение витков в секциях 25-31 выбрано таким образом, что в этих секциях индуктируются напряжения с амплитудами соответственно U25 5Ut, U26 Ui,

. , ВЫХОД5 ное напряжение Uae преобразователя формируется из суммы напряжений секций 25 (31) 26 (30), 27, 28, 29 и обмоток 32 (33), 34 (35), подключаемых к нагрузке 36 в различных комбинациях и в различной полярности

0 (в зависимости от полярности напряжения инвертора и требуемой полярности выходного напряжения преобразователя).

Рассмотрим принцип формирования отдельных ступенек в кривой выходного на5 пряжения (фиг. 2).

При формировании, например, пятой ступеньки в кривой выходного напряжения на интервале положительной полярности напряжения Us инвертора (фиг.2)

0 замыкаются ключи 8, 24, 11, 16. При этом к нагрузке подключаются последовательно согласно соединенные обмотки 26, 32 и 34. Поскольку для данного интервала времени , . а напряжение , то

5 U36 U26+U32+U34 Ui+0+4Ui 5Ui

Формирование 23-й ступеньки в выходном напряжении происходит (фиг. 2) на интервале отрицательной полярности напряжения Us инвертора, В этом случае

0 замыкаются ключи 9,24,12 и 17 и к нагрузке 36 подключаются в требуемой (положительной) полярности последовательно согласно соединенные обмотки 28,29,30,33 и 35, Для рассматриваемого интервала времени на5 пряжение на обмотке 33 равно 2Ui. а на обмотке 35 равно нулю (трансформатор 7 в режиме короткого замыкания) Тогда напряжение на нагрузке

U36 U28+U29+U30+U33+U35 10U1 + +10Ui + Ui + 2Ui + 0 23Ui.

Формирование 36-й ступеньки в выходном напряжении происходит при двух полярностях напряжения инвертора Us. На интервале положительной полярности напряжения Us (фиг. 2) замкнуты ключи 8, 9, 14 и 15 и последовательно с нагрузкой включаются обмотки 29, 28, 27, 26, 25, 32 и 34. Поскольку в данном случае (замкнуты ключи 8 и 9) оба трансформатора 6 и 7 работают в режиме короткого замыкания, то и . Тогда

U36 U29+U28+U27+ U 2 6+U 2 О U 1+

+ 1 OUi+10Ui+UU5Ui--K36UvHa интервале отрицательной полярности напряжения Us ключи 8, 9 остаются замкнутыми, ключи 14 и 15 размыкаются, а взамен мх замыкаются ключи 11 и 18. К нагрузке оказываются подключенными обмотки 27-31, 33, 35 так, что полярность напряжения на выходных зажимах преобразователя остается неиз- менной (положительной), При этом

U36 U27+U28+U29+U30- U31 10Ul +

+10Ui+10Ui+UiH-5Ui +36Ui, (ОззЮ, ).

Аналогичным образом формируются все 40 ступенек в кривой выходного напри- жения предлагаемого преобразователя.

Количество формируемых ступенек в кривой выходного напряжения определяется выражением (m+1))p, соотношением чисел витков в обмотках, заключенных между соседними дополнительными и промежуточными отводами, и чисел витков в секциях, заключенных между промежуточными отводами вторичной обмотки основного трансформатора, выбрано соответственно равным

Ki(l-1)(m+1)(m+1)(l+1)n(m-)-1)+1,

где Ki - отношение числа витков основной первичной обмотки 1-го вспомогательного трансформатора к числу витков дополнительной обмотки основного трансформатора, I - количество дополнительных отводов крайней секции вторичной обмотки основ- ного трансформатора.

Формул а изобретения Преобразователь постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы, содержащий инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке основного трансформатора, вспомогательные трансформаторы, цепочку последовательно соединенных вспомогательных ключей переменного тока, количество которых равно числу трансформаторов преобразователя, две группы основных ключей переменного тока, причем вторичная обмотка основного трансформатора разделена на секции промежуточными отводами, подключенными

через основные ключи первой группы к первому выходному выводу преобразователя, вторичные обмотки вспомогательныхтрэнс- форматоров соединены между собой согласно последовательно и образуют вспомогательную вторичную обмотку, разделенную на две полуобмотки, каждая из которых состоит из одноименных вторичных обмоток вспомогательных трансформаторов, а точка соединения полуобмоток подключена к второму выходному выводу преобразователя, каждая крайняя секция вторичной обмотки основного трансформатора снабжена одинаковым количеством дополнительных отводов, причем свободный конец и дополнительные отводы каждой из упомянутых крайних секций соединены с соответствующим концом вспомогательной вторичной обмотки через основные ключи второй группы,а дополнительная обмотка основного трансформатора подключена к концам цепочки вспомогательных ключей, обличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения и упрощения, основная первичная обмотка каждого вспомогательного трансформатора подключена параллельно соответствующему ключу цепочки вспомогательных ключей, вспомогательные трансформаторы снабжены одинаковым количеством дополнительных первичных обмоток, одноименные дополнительные первичные обмотки соединены между собой согласно последовательно и подключены к дополнительной вторичной обмотке основного трансформатора через соответствующий дополнительно введенный ключ переменного тока, причем соотношение чисел витков основной W0i и соответствующей j-й (, 2... m) дополнительной Wji первичных обмоток i-ro (, 2... п) вспомогательного трансформатора выбрано равным

W,

i:Wji 1:

(i-1)(m + 1) + 1 j + (i - 1) (m + 1) + 1

соотношение чисел витков во вторичных обмотках W2i соответствующих 1-х вспомогательных трансформаторов, чисел витков в обмотках, заключенных между дополнительными отводами, а также дополнительными отводами и концами крайних секций вторичной обмотки основного трансформатор, чисел витков в обмотках WIP, заключенных между соседними дополнительными и промежуточными отводами, и чисел витков в секциях Wp, заключенных между промежуточными отводами вторичной обмотки основного трансформатора, выбрано соответственно равным

W2i:Wi:WIP:Wp K(l-1)(m + 1) (m-M)(H-1)n(m + 1)+1. где KI - отношение числа витков основной первичной обмотки 1-го вспомогательного

тельной обмотки УУДО ,основного трансформатора (KrWot/Wflo); I - количество дополнительных отводов крайней секции вторичной обмотки основного трансформа

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в источниках электропитания с промежуточным звеном высокой частоты. Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения и упрощение. Преобразователь содержит инвертор, выполненный по схеме со средней точкой на ключах 1,2. Инвертор подключен входом к источнику питания 3, а выходом - к первичной обмотке основного трансформатора 5. Преобразователь имеет вспомогательные трансформаторы 6, 7 и цепочку из последовательно соединенных ключей 8-10 переменного тока. Основные управляемые ключи первой руппы 11-14 и второй группы 15-18 подключены к выводам вторичной обмотки трансформатора 5. Дополнительная обмотка 19 основного трансформатора 5 подключена к концам цепочки вспомогательных ключей 8-10. Преобразователь имеет упрощенную схему при улучшенном качестве выходного напряжения. 2 ил. Ьп с

0.

трансформатора к числу витков дополни- 5 тора.

mmfljifif

11-i r-i f-i r-I

nn nn nn nn n n n n n n

nn nn nn пг) r- n n nn n

TJ 4j J т, TJ-PJ1

1 П П

П П П П П

П П Ii П П П П

П П

П П

П

П П П

П П

JCL

П П

П П П

П

П П

П П

В. Бугренкова

Фив.г

Составитель В. Поляков Техред М.Моргентал

j«d

П П П r-LJ-l П П П Г

пгппппгпг-ii-i n n n n n n

П П

П П П

п п т гп гп т

Корректор М. Максимишинец