Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное напряжение Советский патент 1992 года по МПК H02M7/539 

Изобретение относится к электротехнике,

в частности к преобразовательной технике для получения квазисинусоидального напряжения с улучшенным гармоническим составом.

Известен преобразователь, содержащий высокочастотный модулятор с блоком управления и согласующим трансформатором, свободные концы и промежуточные отводы двух последовательно соединенных вторичных обмоток которого подключены через ключи переменного тока к первому выходному выводу, причем точка соединения указанных обмоток соединена с вторым выходным выводом. В этом преобразователе рабочая частота согласующего трансформатора превышает выходную в К раз (К - любое целое число). Преобразователь устойчиво работает на любую нагрузку, а количество ступеней N в выходном напряжении в два раза меньше количества ключей переменного тока: , где D - количество ключей переменного тока. Например, при ,.

Недостатками данного технического решения являются большие масса и габариты, низкая надежность, обусловленные большим количеством ключей переменного тока.

Известен также преобразователь, содержащий высокочастотный модулятор с блоком управления и согласующим трансформатором, свободные концы и промежуточные отводы двух основных последовательно соединенных вторичных обмоток которого подключены через ключи переменного тока и вторичные обмотки (D- -1) дополнительных трансформаторов к первому выходному выводу, причем первичные обмотки дополнительных трансформаторов связаны через дополнительные ключи переменного тока с дополнительной второй обмоткой согласующего трансформатора, а точка соединения указанных двух основных вторичных обмоток согласующего трансформатора соединена с вторым выходным выводом. В преобразователе рабочая частота трансформаторов превышает выходную в К раз (К - любое целое число). Преобразователь устойчиво работает на любую нагрузку, а количество ступеней в выходном напряжении N(0 /2) Ог, где DI - количество ключей переменного тока, подключенных к основным обмоткам согласующего трансформатора; D2 - количество ключей переменного тока, подключенных к дополнительной обмотке согласующего трансформатора. Наиболее оптимальным следует считать . Например, при Di+D2 12, .

Недостатком указанного технического решения является наличие дополнительных трансформаторов, что сказывается на надежности, массе и габаритах преобразова- 5 теля в целом.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь, содержащий высокочастотный модулятор с блоком управления и

0 согласующим трансформатором, две основные группы по Di/2 ключей переменного тока, первые силовые электроды которых соединены с промежуточными отводами и различными концами двух основных после5 довательно соединенных вторичных обмоток, а вторые силовые электроды в каждой группе объединены, две дополнительные группы по D2/2 ключей переменного тока, первые силовые электроды которых соеди0 нены с концами и промежуточными отводами двух дополнительных последовательно соединенных вторичных обмоток, а вторые силовые электроды в каждой группе объединены и подключены к объединенным вто5 рым силовым электродам тиристоров соответствующей основной группы, причем точка соединения дополнительных вторичных обмоток соединена с вторым выходным выводом, а выходы блока управления соеди0 нены с управляющими электродами ключей модулятора и ключей переменного тока. Преобразователь устойчиво работает на любую нагрузку, а количество ступеней в выходном напряжении N(Di - D2)/4.

5 Наиболее оптимальным следует считать DuDa. Например, при Di+D2 12,.

Недостатком известного технического решения являются большие масса и габариты, низкая надежность, обусловленные

0 большим количеством ключей переменного тока.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов преобразователя путем уменьшения количества ключей переменного тока

5 при заданном значении N.

Поставленная цель достигается тем что в преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное напряжение, содержащий однофазный инвертор

0 с выходным трансформатором, вторичная обмотка которого разделена на секции, и две группы ключей переменного тока, объединенных первыми электродами в две общие точки, вторичная обмотка выходного

5 трансформатора разделена двумя основными отводами на среднюю часть и две равные по числу витков крайние части, причем средняя часть обмотки разделена первыми промежуточными отводами на NI равных по

витков секций, а каждая крайняя

часть обмотки разделена вторыми промежуточными отводами на N2 равных по числу витков секций, основные отводы, вторые промежуточные отводы и свободные выводы крайних частей вторичной обмотки соединены с вторыми электродами 2(N2+1) ключей переменного тока первой группы, первые промежуточные отводы средней части обмотки соединены с вторыми электродами (Ni-1) ключей переменного тока второй группы, общие точки первой и второй групп ключей переменного тока соединены с выходными выводами, а число витков каждой секции крайних частей вторичной обмотки выбрано большим в (Ni-1) раз, чем число витков каждой секции средней части этой обмотки.

На фиг. 1 представлена схема преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы напряжений.

Преобразователь содержит однофазный инвертор 1 с выходным трансформатором 2, вторичная обмотка которого разделена на секции, и две группы ключей 3-8 и 9-14 переменного тока, объединенных первыми электродами в две общие точки, при этом вторичная обмотка выходного трансформатора разделена двумя основными отводами 15 и 16 на среднюю часть и две равные по числу витков крайние части, причем средняя часть обмотки разделена первыми промежуточными отводами 17-22 на NI равных по числу витков секций, а каждая крайняя часть обмотки разделена вторыми промежуточными отводами 23 и 24 на N2 равныг по числу витков секций, основные отводы 15 и 16, вторые промежуточные отводы 23 и 24 и свободные 25 и 26 выводы крайних частей вторичной обмотки соединены с вторичными электродами 2() ключей 3-8 переменного тока первой группы, первые промежуточные отводы 17-22 средней части обмотки соединены с вторыми электродами (Ni-1) ключей 9-14 переменного тока второй группы, общие точки первой и второй групп ключей переменного тока соединены с выходными выводами 27 и 28. Блок 29 управления включает в себя задающий генератор 30, счетчик 31 импульсов, преобразователь 32 кодов и усилитель 33 мощности.

На фиг. 2 представлено напряжение 34 на вторичных обмотках согласующего трансформатора, импульсы 35-46, управления, поступающие соответственно на ключи 3-14, переменного тока, выходное напряжение 47.

Преобразователь работает следующим образом.

Выбираем напряжения секций 15-17, 17-18, 18-19, 19-20, 20-21, 21-22, 22-16 равными амплитуде первой ступени U(i), a напряжения секций 25-23, 23-15, 16-24, 24-26 равными 6U(1). Первая ступень выходного напряжения 47 формируется за счет включения ключей 5 и 9 переменного тока при положительной полярности напряжения 34 и включения ключей 6 и 14 перемен- ного тока при отрицательной полярности напряжения 34. Вторую ступень выходного напряжения получают за счет включения ключей 5, 10 и 6, 13 переменного тока. Последующие ступени выходного напряже- ния, включая шестую, получают аналогичным образом. В частности, шестую ступень выходного напряжения получают за счет поочередного включения ключей 5, 14 и 6, 9 переменного тока. Седьмая ступень выходного напряжения формируется за счет поочередного включения ключей 4, 9 и 7, 14, т.е. суммируются напряжения секций23-15 (с напряжением 6U(1)) и 15-17 (с напряжением U(1)), а также секций 16-24 (с напряже- нием 6U(1)) и 22-16 (с напряжением U(i)). Далее осуществляется формирование ступеней выходного напряжения по схеме

8U(i)6U(i)+2U(i);

9U(i)6U(i)+3U(i); 10U(1)6U(1)+4U(1);

11U(i)6U(i)+5U(i);

12U(1)6U(1)+6U(1).

Описанное иллюстрируют диаграммы напряжений на фиг. 2.

Тринадцатая ступень выходного напряжения формируется за счет поочередного включения ключей 3, 9 и 8, 14 переменного тока за счет суммирования напряжений секций 25-15 (с напряжением 12U(1)) и 15-17 (с напряжением U(i)), а также секций 16-26 (с напряжением 12U(i)) и 22-16 (с напряжением U(i)). Далее осуществляется формирование ступеней выходного напряжения по схеме 14U(1)12U(1)+2U(1);

15U(1)12U(1)+3U(1);

16U(1)12U(1)+4U(1):

17U(1)12U(1)+5U(1);

18U(1)12U(1)+6U(1)

Формирование ступенчатого напряжения иллюстрируют диаграммы на фиг. 2.

Оптимальным следует считать вариант, когда каждая крайняя часть обмотки разделена вторичными промежуточными отвода- ми согласно выражению

N2 Ni-2

при округлении их значения при нечетном NI до целого числа.

Пример. При получают согласно приведенному выражению ,5. Можем принять (согласно фиг. 1). В этом случае суммарное количество ключей переменного тока D(Ni-1)+2(N2+1)12.5

Количество ступеней в выходном напряжении N() (N2+1)18.

При этом же количестве ключей переменного тока () при других значениях NI и N2, например , , количество 10 ступеней в выходном напряжении N(5-1) (3+1)16.

Таким образом, предлагаемый преобразователь с равномерным квантованием по уровню и различными по длительности сту- 15 пенями выходного напряжения отличается от известного меньшим количеством ключей переменного тока при заданном N, что приводит к уменьшению массы и габаритов, повышению надежности устройства в це- 20 лом. С другой стороны, при одинаковом количестве ключей переменного тока рассматриваемых преобразователей можно повысить качество выходного напряжения за счет увеличения количества ступеней. 25 ак, для получения в известном преобразователе необходимо , а в предлагаемом 10 при одинаковом количестве ключей, соединенных последовательно с нагрузкой, т. е. меньше приблизительно на 30 40% при любом количестве N.

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряения в многоступенчатое переменное на35

пряжение, содержащий однофазный инвертор с выходным трансформатором, вторичная обмотка которого разделена на секции, и две группы ключей переменного тока, объединенных первыми электродами в две общие точки, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, вторичная обмотка выходного трансформатора разделена двумя основными отводами на среднюю часть и две равные по числу витков крайние части, причем средняя часть обмотки разделена первыми промежуточными отводами на NI равных по числу витков секций, а каждая крайняя часть обмотки разделена вторыми промежуточными отводами на N2 равных по числу витков секций, основные отводы, вторые промежуточные отводы и свободные выводы крайних частей вторичной обмотки соединены с вторыми электродами 2(№+1) ключей переменного тока первой группы, первые промежуточные отводы средней части обмотки соединены с вторыми электродами (Ni-1) ключей переменного тока второй группы, общие точки первой и второй групп ключей переменного тока соединены с выходными выводами, а число витков каждой секции крайних частей вторичной обмотки выбрано большим в () раз, чем число витков каждой секции средней части этой обмотки.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что число секций N2 выбирают из выражения N2(Ni-2)/2, округляя при нечетном N.f до целого числа.

Фиг 2

Использование: преобразование постоянного напряжения в переменное многоступенчатое напряжение,. Существо изобретения посредством однофазного инвертора 1 постоянное напряжение преобразуется в высокочастотное переменное напряжение. Вторичная обмотка выходного тр-ра 2 разделена на секции. При определенном алгоритме коммутации ключей 3-14 переменного тока формируется многоступенчатое переменное напряжение приложенное к выходным выводам 27, 28 Число ступеней выходного напряжения в четверти периода N Nj-lXN +l), где М и Мг-число секций соответственно средней и крайних частей вторичной обмотки выходного тр-ра 1 з п. ф-лы, 2 ил. 3 4 -.1 f №№HЈJ Исключи моду/штора 9 J-M ы ь ,4 XI 00 А