Многофазный полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения в переменное с промежуточным звеном повышенной частоты Советский патент 1992 года по МПК H02P13/00 

VI

О

VI

VI СА

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и предназначается для использования во вторичных источниках питания с промежуточным звеном повышенной частоты.

В преобразователях данного типа используются схемы, состоящие из выпрямителя, инверторов и демодулятора. При их работе на активно-индуктивную нагрузку возникают трудности рекуперации реактивного тока нагрузки. Задача решается включением на вход выпрямителя демпфирующей емкости или включением ряда дополнительных ключевых элементов В первом случае увеличивается искажение формы кривой выходного напряжения преобразователя, а во втором - схема преобразователя усложняется.

Известный трехфазный преобразователь содержит четыре высокочастотных инвертора, четыре высокочастотных трансформатора, реверсивные выпрямители, коммутирующие емкости и систему управления, обеспечивающую регулирование по величине и частоте выходного квазисинусоидального напряжения преобразователя. Принудительная коммутация тиристоров инвертора решается использованием коммутирующих емкостей, что обеспечивает рекуперацию тока нзгрузки

Недостатком такого преобразователя являются низкие ь ПД. надежность и качество вшходного напряжения

Цель изобретения - повышение КПД надежности и качества выходного напряжения полупроводникового преобразователя с промежуточным звеном повышенной частоты.

Поставленная цель достигается тем. что введены компенсированный непосредственный преобразователь частоты и выходнойфильтр. высокочастотный трансформатор выполнен с вращающимся магнитным полем, содержащим выходные обмотки по числу фаз, конденсатор и дополнительную первичную обмотку, первый вывод которой соединен через конденсатор с первым выводом основной первичной обмотки, а вторые выводы основной и дополнительной первичных обмоток объединены, при этом основная и дополнительная первичные обмотки развернуты в пространстве на угол 90°. выходные обмотки высокочастотного трансформатора с вращающимся магнитным полем включены по схеме звезда и подключены к входу компенсированного непосредственного преобразователя частоты, выход которого через выходной фильтр соединен с выводами для подключения многофазной нагрузки, высокочастотный инвертор выполнен по схеме с синусоидальным выходным напряжением, система управления содержит высокочастотный задающий генератор, блок управления, обеспечивающий управление высокочастотным инвертором по методу широтно-импульс- ной модуляции, блок синхронизации и блоки формирования управляющих сигналов

компенсированного непосредственного преобразователя частоты по числу фаз, первые входы которых соединены с выходом высокочастотного задающего генератора и входом блока управления высокочастотным

инвертором, а первый и второй выходы подключены к входам управления соответствующей фазы компенсированным непосредственным преобразователем частоты, входы блока синхронизации соединены с входом компенсированного непосредственного преобразователя частоты, а выходы подключены к вторым входам соответствующих блоков формирования управляющих сигналов компенсированного

непосредственного преобразователя частоты, каждый из которых содержит делитель частоты, низкочастотный фильтр, сумматор, первый и второй компараторы, первый и второй формирователи импульсов, делитель

напряжения и первый и второй генераторы косинусоидэльных колебаний, входы которых являются вторыми входами блоков фор- мирования управляющих сигналов компенсированного непосредственного

преобразователя частоты, первый вход которых является входом делителя частоты выход которого через низкочастотный фильтр подключен к первому входу делителя напряжения, второй вход которого соединен с соответствующими выводами для подключения нагрузки, второй вход сумматора соединен с выходом делителя напряжения, выходы первого и второго генератора косинусоидальных колебаний

подключены к первым входам первого и второго компараторов соответственно, вторые входы которых объединены с выходом сумматора, выходы первого и второго компараторов через соответствующие первый и

второй формирователи импульсов подключены к входам управления компенсированного непосредственного преобразователя частоты.

На фиг.1 показана структурная схема

многофазного полупроводникового преобразователя постоянного напряжения в переменное с промежуточным звеном повышенной частоты, на фиг.2 - эпюры напряжений.

Преобрэзпвз ель содержит высокоча- сто ный инвертор 1 синусоидального напряжения,высокочастотный трансформатор 2 с вращающимся магнитным полем, конденсатор 3. компенсированный непосредственный преобразователь 4 частоты (НП - К), выходной фильтр 5, систему 6 управления, нагрузку 7.

В состав системы у г ..деления входит высокочастотный задающий генератор 8, блок 9 управления высокочастотным инвертором по методу ширстно-импульсной модуляции, блок 10 синхронизации, блоки 11-13 формирования управляющих сигналов дня фа А, В и С соответственно делитель 14 .. :тоты. генераторы 17 и 15 косинусоидальных кривых для формирования напряжений положительного и отрицательного типов соответственно, низкочастотный фильтр 15. сумматор 16. компараторы 19 и 21. формирователи 20 и 22 импульсов и делитель 23 напряжения.

На фиг 2 показаны эпюры напряжений поясняющие работу системы управления по формированию выходного напряжения фазы А преобразователя, где обозначено: а - импульсы задающего высокочастотного ге- ерзторз1 - импульсы д ,теля частоты: в

- напряжение иг аыходе низкочастотного фильтра; г -- напсяхение на выходе делителя напряжений, д - ког..-.оидзльные кривые положительного типа и синусоидальный ci- чзл выхода сумматора; е - угсэёляюшн - имг, 7льсы для форми- i ге а н и як г i п о и напряжения ч о. к.осинусоидгль- нь-е к-риг-.ые OTpk-адт .-с-о типа и синусоидальный сигнйп с йь - -д-э сумматора: з - yr-разл Ю-.и и .-., V с г. д--ч формирования кривой Hanpsx-;jH,i отрицательного типа: и

- кри-зэя нчпррж- ия псюжительного типа; к - кривая ,г-1ия стрицзтепьного типа; л - кривая напг. на выходе ком- пенс ированн го непосредственного преобразователя частоты м - напряжение на выходе фильтра.

Система управления многофазного полупроводникового преобразователя работает следующим образом.

Импульсы от высокочастотного задающего генератора 8 (фиг.2а) через блок 9 управления формируют управляющие сигналы для высокочастотного инвертора 1 синусоидального напряжения и поступают на вход делителя 14 частоты блоков 11-13 формирования управляющих сигналов фаз НПЧК соответственно.

Рассмотрим работу одного блока 11 формирования управляющих сигналов, формирующего выходное напряжение фазы

А. С выхода делителя 14 частоты (фиг 26) импульсы поступают на вход низкочастотного фильтра 15. выделяющего основную гармонику выходного напряжения, с выхода 5 которого синусоидальный сигнал (фиг.2в) поступает на один из входов сумматора 16 и делителя 23 напряжения. Делитель напряжения сравнивает выходное напряжение преобразователя с эталонным и на второй

0 вход сумматора подает разность этих напряжений (фиг.2г).

Результирующий сигнал с выхода поступает на один из входов компараторов 19 и 21, на второй вход которых поступает сиг5 нал от генераторов 17 и 18 косинусоидальных кривых (фиг 2д, ж), работающих от блока 10 синхронизации. С выхода компараторов управляющие импульсы (фиг 2е, з) через формирователь20 импульсов поступают

0 в одну из секций НПЧК, в которой непрерывно образуется кривая выходного напряжения положительного типа (фиг.2и), а через формирователь 22 импульсов поступают в другую секцию НПЧК, где образуется кри5 вая выходного напряжения отрицательного типа (фиг.2к). Выходное напряжение НПЧК (фиг.2л) является средним арифметическим выходных напряжений этих двух секций. На фиг.2м показано напряжение на выходе

С фильтра 5.

Использование высокочастотного инвертора синусоидального напряжения, высокочастотного трансформатора с вращающимся магнитным полем и компен5 сированного непосредственного преобразователя частоты - выгсдно отличает предлагаемый мнсгофазный полупроводниковый преобразователь с промежуточным звеном повышенной частоты от известных

С преобразователей, основанных на принципе выделения разностной частоты, так как повышается надежность КПД преобразователя и улучшается качество выходного напряжение.

5Формула изобретения

Многофазный полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения в переменное с промежуточным звеном повышенной частоты содержащее высокоча0 стотный трансформатор, высокочастотный инвертор, вход которого соединен с выводами для подключения источника питания, а к выходу подключена основная первичная обмотка высокочастотного трансформатора,

5 систему управления, выводы для подключения многофазной нагрузки, отличающий- с я тем, что. с целью повышения КПД надежности и улучшения качества выходного напряжения, введены компенсированный непосредственный преобразователь частоты и выходной фильтр, высокочастотный трансформатор выполнен с вращающимся магнитным полем, содержащим выходные обмотки по числу фаз. конденсатор и дополнительную первичную обмотку, первый вы- вод которой соединен через конденсатор с первым выводом основной первичной обмотки, а вторые выводы основной и дополнительной первичных обмоток объединены, при этом основная и дополнительная пер- вичные обмотки развернуты в пространстве на угол 90°. выходные обмотки высокочастотного трансформатора с вращающимся магнитным полем включены по схеме звезда и подключены к входу компенсирован- ного непосредственного преобразователя частоты, выход которого через выходной фильтр соединен с выводами для подключения многофазной нагрузки, высокочастотный инвертор выполнен по схеме с синусоидальным выходным напряжением, система управления содержит высокочастотный задающий генератор, блок управления, обеспечивающий управление высокочастотным инвертором по методу широтно-импульсной модуляции, блок синхронизации и блоки формирования управляющих сигналов компенсированного непосредственного преобразователя частоты по числу фаз, первые входы которых сое- динены с выходом высокочастотного задающего генератора и входом блока управления высокочастотным инвертором, первый и второй выходы подключены к входам управления соответствующей фазы компенсированным непосредственным

преобразователем частоты, входы блока синхронизации соединены с входом компенсированного непосредственного преоб разователя частоты, а выходы подключены к вторым входам соответствующим блоков формирования управляющих сигналов компенсированного непосредственного преобразователя частоты, каждый из которых содержит делитель частоты, низкочастотный фильтр, сумматор, первый и второй компараторы, первый и второй формирователи импульсов, делитель напряжения и первый и второй генераторы косинусоидальных колебаний, входы которых являются вторыми входами блоков формирования управляющих сигналов компенсированного непосредственного преобразователя частоты, первые входы которых являются входом делителя частоты, выход которого через низкочастотный фильтр подключен к первым входам сумматора и делителя напряжения, второй вход которого соединен с соответствующими выводами для подключения нагрузки, второй вход сумматора соединен с выходом делителя напряжения, выходы первого и второго генераторов косинусоидальных колебаний подключены к первым входам первого и второго компараторов соответственно, вторые входы которых объединены с выходом сумматора, выходы первого и второго компараторов через соответствующие первый и второй формирователи импульсов подключены к входам управления компенсированного непосредственного преобразователя частоты.

а лшнишшшншмшшшиш

а i в

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение КПД и надежности и улучшение качества выходного напряжения. Устройство содержит кас- кадно соединенные высокочастотный инвертор 1 с синусоидальным выходным напряжением, трансформатор 2 с вращающимся магнитным полем, компенйирован- ный непосредственный преобразователь частоты 4, выходной фильтр 5 и систему управления 6. Система управления 6 синхронизирует работу силовых ключей высокочастотного инвертора 1 с синусоидальным выходным напряжением и компенсированного непосредственного преобразователя частоты 4. Регулирование по величине и частоте выходного напряжения осуществляется таким образом, чтобы фазовый угол между напряжением и током на входе компенсированного непосредственного преобразователя частоты 4 был равен нулю, за счет чего обеспечивается компенсация реактивного тока нагрузки. 2 ил. Ё

шшшшш

р 111 i i i i i i i i i i и i 111 м i i i i i I i i

чтшштт

3 i i i i i i i i i и i i i i I м t i 11 м i м I i

фиг. 2