Способ преобразования постоянного напряжения в переменное Советский патент 1991 года по МПК H02M7/537 

|сл

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в системах электроснабжения переменного тока. Целью изобретения является повышение качества выходного переменного напряжения путем увеличения точности его регулирования при нагрузке с любым коэффициентом мощности. Для этого из постоянного напряжения путем прямого преобразования получают первое и второе регулируемые пульсирующие напряжения, их переменные составляющие сдвинуты на 180 эл. град Эти напряжения подают на первый и второй выходные выводы относительно общей шины, формируя таким образом выходное переменное напряжение. Часть мощности при этом возвращается в источник постоянного напряжения с помощью обратного преобразования 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в системах электроснабжения переменного тока.

Целью изобретения является повышение качества выходного переменного напряжения путем увеличения точности его регулирования при нагрузке с любым коэффициентом мощности.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы способа преобразования постоянного напряжения в переменное; на фиг. 2 и 3 - структурная и электрическая схемы возможной реализации способа.

На фиг. 1-3 приняты следующие обоз-,, 1)н(Е)- напряжение источника питания, Ui, U2 - первое и второе регулируемые напряжения, К1д, - первое и второе дополнительные регулируемые напряжения, UH - переменное напряжение, Рн - мощность нагрузки, Ра - амплитудное значение мощности нагрузки, Р1Д, Р2Д мощность, возвращаемая в источник питания при формировании первого и второго дополнительных регулируемых напряжений.

На схемах обозначены первый обратимый преобразователь 1, входные 2, 3 и выходные 4, 5 зажимы первого обратимого преобразователя, при этом зажим 4 - первый выходной вывод устройства, второй обратимый преобразователь 6, входные 7. 8 и выходные 9,10 зажимы второго обратимого преобразователя, при этом зажим 9 - второй выходной вывод устройства, нагрузка 11, формирователь 12 модулированных импульсов, прямой преобразователь 13 первого (1) обратимого преобразователя, транзистор 14 первого обратимого преобразователя, дроссель 15 и диод 16 первого преобразователя, конденсатор 17 и обратный преобразователь 18 первого обратимого преобразователя, входной дроссель 19 и

х|

О

VI

hO СП

транзистор 20 первого преобразователя, выпрямительный диод 21 и фильтрующий конденсатор 22 первого обратимого преобразователя, прямой преобразователь 23 и транзистор 24 второго (6) обратимого преобразователя, фильтрующий дроссель 25 и диод 26 второго обратимого преобразователя, выпрямительный диод и фильтрующий конденсатор 27 второго обратимого преобразователя, обратный преобразователь 28 и входной дроссель 29 второго обратимого преобразователя, транзистор 30, выпрямительный диод 31 и фильтрующий конденсатор 32 второго обратимого преобразователя.

Преобразование постоянного напряжения в переменное осуществляется следующим образом. Из постоянного напряжения (фиг. 1а) путем прямого преобразования получают первое регулируемое (фиг. 16) и второе регулируемое (фиг. 1 в) пульсирующие напряжения. Переменные составляющие полученных напряжений имеют относительный фазовый сдвиг в 180 эл. град. Суммируют первое и второе регулируемые -напряжения, формируя таким образом первый и второй полупериоды переменного напряжения (фиг. 1г). В процессе получения переменного напряжения часть полезной мощности (фиг, 1д) возвращается в источник постоянного напряжения (фиг. 1е, ж). Обратное преобразование позволяет решить задачу утилизации энергии, получаемо1/ в результате этого преобразования, в тоь же источнике постоянного напряжения, из которого она потребляется. Для этого необходимо, чтобы уровень напряжения, получаемого в результате обратного преобразования, был равен напряжению источника питания, или произведение коэффициентов передачи прямого и обратного преобразования было неизмен- - ным и равным единице.

Работа способа иллюстрируется устройством (фиг. 2), реализованным по структурной схеме с суммированием напряжений и Ui и Ua, получаемых с помощью обратимых преобразователей. Первый обратимый преобразователь 1 осуществляет преобразование постоянного напряжения, подаваемого на входные зажимы 2 и 3 в регулируемое напряжение одной полярности, снимаемое с выходных зажимов 4 и 5 и, наоборот, регулируемое однополяркое напряжение преобразует в постоянное напряжение. Второй обратимый преобразователь б с выходными зажимами 7 и 8 и выходными зажимами 9 и 10 выполняет аналогичные функции. Первый 1 и второй 6 обратимые преобразователи по цепи нагрузки выходных зажимов включены встречно. При равенстве напряжений на выходных зажимах 4, 5 и 9, 10 в цепях обратимых преобразователей ток равен нулю, так как в цепи нагрузки отсутствует (с целью упрощения предполагается, что ток холостого хода обратимых преобразователей равен нулю).

Формирователь 21 модулированных импульсов вырабатывает управляющие сиг0 налы таким образом, что увеличение напряжения на выходных зажимах одного из преобразователей приводит к уменьшению напряжения на выходных зажимах другого преобразователя и наоборот. Конкретная

5 схемная реализация устройства (фиг. 3), реализующего способ, содержит преобразователи 13, 23 понижающего типа и преобразователи 18 и 28 повышающего типа. Формирователь 12 модулированных импуль0 сов вырабатывает две последовательности управляющих импульсов. Одна из этих последовательностей поступает на база-эмит- терные переходы транзистора 14 первого образователя б. Другая последовательность

5 поступает на базэ-эмиттерные переходы транзистора 24 второго обратимого преобразователя 6 и транзистора 20 первого обратимого преобразователя 1. При равенстве коэффициентов заполнения обоих последо0 вательностей напряжения на выходных зажимах 4, 9 обратимых преобразователей 1, 6 и ток в нагрузке 11 равен нулю.

При увеличении коэффициента заполнения управляющих импульсов в одной из

5 последовательностей коэффициент заполнения управляющих импульсов в другой по- следовательности уменьшается. Это приводит к появлению тока в нагрузке 11, протекающего, например, от выходного за0 жима 4 первого обратимого преобразователя 1 к выходному зажиму 9 второго обратимого преобразователя 6. Протекание тока этого направления обеспечивается транзистором 14, выпрямительным диодом

5 16, фильтрующим дросселем 15, фильтрующим конденсатором 17 первого обратимого преобразователя 1 и входным дросселем 29, -транзистором 30, выпрямительным диодом 31, фильтрующим конденсатором 32 второ0 го обратимого преобразователя 6.

Таким образом, первый обратимый пре- образовётель 1 работает в режиме прямой передачи энергии, а второй обратимый преобразователь 6 - в режиме рекуперации.

5 Остальные элементы преобразователей не осуществляют передачи энергии и токи в них практически равны нулю, Такой режим работы преобразователей сохраняется при протекании тока заданного направления (формировании заданной полуволны выходного напряжения) при работе на активную нагрузку. Включение в состав нагрузки 11 последовательной индуктивности привод при уменьшении тока нагрузки к появлению тока в транзисторе 20 первого обратимого преобразователя 1, т.е. обратимый преобразователь 1 начинает работать одновременно в режиме прямого и обратного преобразования,обеспечивая заданным коэффициентом заполнения управляющих им- пульсов заданный уровень напряжения на нагрузке. Аналогичный режим наступает при сбросе тока нагрузки (скачкообразном увеличении активного сопротивления нагрузки 11). Первый обратимый преобразова- тель обеспечивает рекуперацию излишка реактивной энергии, накопленной в фильтрующем дросселе 15 через обратный преобразователь 18. Протекание тока другого направления в другой полупериод обеспе- чивается вторым обратимым преобразователем б, который работает в режиме прямой передачи энергии, и первым обратимым преобразователем 1, работающим в режиме рекуперации.

Использование способа преобразования постоянного напряжения в переменное с регулированием его параметров позволяет упростить управление процессом преобразования, расширить диапазон изменения тока нагрузки от номинального до нулевого значения (разрыв цепи нагрузки) без искажения формы выходного напряжения. Обеспечивается преобразование постоянного напряжения в переменное и регулирование

параметров переменного напряжения при работе на нагрузку реактивного характера (как с емкостной, так и индуктивной, так и индуктивной реакцией), а также на нагрузку импульсного характера с увеличением точности регулирования параметров переменного напряжения (формы, амплитуды, частоты).

Формула изобретения Способ преобразования постоянного напряжения в переменное, заключающийся в том, что осуществляют первое прямое преобразование постоянного напряжения в первое регулируемое по заданному закону пульсирующее напряжение, которое подают на первый выходной вывод относительно общей шины, а также обратное преобразование этого напряжения в постоянное, от л и ч а ющийся тем, что, с целью повышения качества выходного переменного напряжения путем увеличения точности его регулирования при нагрузке с любым коэффициентом мощности, осуществляют второе прямое и обратное преобразование, аналогичное первому, и полученное второе пульсирующее напряжение подают на второй выходной вывод относительно общей шины, при этом обеспечивают равенство единице произведений коэффициентов передачи соответствующих прямого и обратного преобразований, а также фазовый сдвиг переменкой составляющей второго регулируемого напряжения по отношению к первому на 180 эл. град.