Способ управления преобразователем постоянного напряжения в переменное Советский патент 1979 года по МПК H02P13/16 

I

Настояш,ее изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразованию постоянного напряжения в переменное прямоугольно-ступенчатой формы, аппроксимирующей какой-либо закон изменения, в данном случае - синусоидальный.

Изобретение может быть использовано для управления преобразователями постоянного напряжения в переменное, используемыми в системах электропитания устройств автоматики и измерительной техники, например, для питания электрических двигателей, датчиков.

Известен способ управления преобразователем 1, путем включения всех усилителей преобразователя импульсами одинаковой частоты, равной частоте выходного напряжения преобразователя, сдвинутыми по фазе относительно друг друга на определенный угол.

Недостатками данного способа управления являются необходимость большого числа усилителей для получения одного и того же числа ступеней в выходном напряжении преобразователя, а также сложность стабилизации (регулирования) выходного напряжения, что требует отдельный стабилизатор (регулятор) напряжения питания.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ управления преобразователем, заключаюш;ийся в том, что управление преобразователем осуществляется путем включения каждого из усилителей на часть полупериода амплитуды соответствующей ступени К недостаткам известного способа относятся малое число ступеней в выходном напряжении преобразователя при данном в нем числе усилителей, искажение формы напряжения на активно-индуктивной нагрузке преобразователя, низкие КПД и полезное использование силовых элементов преобразователя по допустимой мощности.

Целью настоящего изобретения является повышение КПД путем уменьшения гармонического состава выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления преобразователем постоянного напряжения Б переменное, состоящем в том, что формируют напряжение на выходе каждого усилителя, суммируют напряжение каждого усилителя на общей насрузке и получают на нагрузке напряжение прямоугольно-ступенчатой формы, дополнительно HR выходе каждого усилителя формируют напряжение определенной амплитуды, , е.и-.ность которого равна части полупериода выходного напряжения преобразоьлтеля, кратной длительности соответстnyioijieii ступени выходного напряжения, причем усилитель на время их выключенного состояния замыкают накоротко.

На фиг. 1 изображена структурная схема преобразователя, содержащего, например, три усилителя, а на фиг. 2 - диаграммы выходных напряжений усилителей и напряжения на нагрузке, поясняющие способ управления преобразователем.

Преобразователь содержит усилители 1, 2, 3, выходы 4, 5, 6 которых соединены последовательно между собой и с нагрузкой 7. Включение усилителей осуществляется сигналами с соответствующих выходов блока управления 8.

На диаграммах фиг. 2 показано: 9 - выходное напряжение усилителя 1 с амплитудой, например, 7В; 10 - выходное напряжение усилителя 2 амплитудой 15В; 11 - выходное напряжение усилителя 3 амплитудой ЗОВ; 12 - выходное напряжение преобразователя на нагрузке 7, аппроксимирующее синусоиду. Очевидно, что напряжения диаграмм совпадают по длительности с управляющими напряжениями на соответствующих выходах блока 8, определяющего способ управления. Усилители 1 -ьЗ могут иметь отдельные источники питания, либо общий (при наличии гальванической развязки выходов двух из них), поэтому цепи питания на фиг. 1 не показаны.

Управление преобразователем осуществляют следующим образом. В промежутке времени От О до ti (фиг. 2), равном по длительности первой ступени выходного напряжения, включен усилитель 1, усилители 2, 3 при этом выключены, а их выходы 5, 6 закорочены. Напряжение на нагрузке 7 равно выходному напряжению усилителя 1, то есть 7В.

В промежутке времени ti -tj включен усилитель 2, образуя вторую ступень выходного напряжения 15В, усилители 1, 3 отключены, их выходы закорочены. В промежутке t - ti включено сочетание усилителей 1 и 2, образуя третью ступень выходного напряжения 23В, усилитель 3 при этом выключен, а его выход 6 закорочен. В промежутке ti--14 включен усилитель 3, образуя на нагрузке 7 четвертую ступень ЗОВ, усилители 1, 2 отключены, их выходы 4, 5 закорочены. В промежутке t4 - t,s включены усилители 1 и 3, образуя пятую ступень амплитудой 37В, усилитель 2 отключен, его выход 5 закорочен. В промежутке t -te включено сочетание усилителей 2, 3, образуя шестую ступень амплитудой 45В, усилитель 1 отключен, его выход 4 закорочен. В промежутке te - t

включены все три усилителя, образуя среднюю ступень с макси.мальной амплитудой 52В. Далее сочетания включенных и выключенных усилителей производят в обратном порядке, образуя симметричную полуволну напряжения, аппроксимирующего синусоиду, то есть в промежутке включены усилители 2, 3, t,s-ii - включены 3 и 1, ts--iio - включен только 3, tio-ti i - включены 1 и 2, на ti, -ti - включен усилитель 2, ti 2-ti,3 - включен усилитель 1.

В следующий полупериод сочетания включенных и выключенных усилителей на соответствующих ступенях выходного напряжения повторяют, меняют лищь полярность выходных напряжений усилителей. Таким образом, используя описанный способ управления преобразователем, содержащим п усилителей с последовательно соединенными выходами, при соответствующем выборе амплитуд выходных напряжений усилителей можно получить число ступеней N в выходном напряжении преобразователя, равное сум.ме всех сочетаний С из п;

N CA + Q+Q...+ СГ+CS;

при данном способе управления напряжения на нагрузке равно выходному напряжению включенных усилителей, падение напряжения отсутствует. Это исключает передачу мощности из цепи нагрузки в цепь источника питания выключенного усилителя, то есть повышает выходное напряжение преобразователя, его КПД, полезное использование силовых элементов по допустимой мощности и устраняет искажения ступенчатой формы напряжения на активно-индуктивной нагрузке. Повыщение полезного использования силовых элементов достигнуто также за счет увеличения времени включенного состояния усилителей относительно длительности периода выходного напряжения (см. фиг. 2).

Таким образом, данный способ управления позволяет при одном и том же числе

усилителей в преобразователе существенно увеличить число ступеней выходного напряжения (уменьщить содержание в нем высщих гармоник), устранить искажения ,его формы на нагрузках индуктивного характера (это в ряде случаев дополнительно позволяет

исключить выходные резонансные фильтры), повысить КПД преобразователя и полезное использование его силовых элементов по мощности передаваемой в нагрузку.

Формула изобретения

Способ управления преобразователем постоянного напряжения в переменное, состоящий в том, что формируют напряжение на выходе каждого усилителя, суммируют напряжение каждого усилителя на общей нагрузке и получают на нагрузке напряжение прямоугольно-ступенчатой формы, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения гармонического состава выходного напряжения, на выходе каждого уси,лителя формируют напряжение определенной амплитуды, длительность которого равна части полупериода выходного напряжения преобразователя, кратной длительности соответствующей ступени выходного напряжения, причем усилители на время их выключенного состояния замыкают накоротко.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Голубев П. В. и др. Проектирование статических преобразователей. М., «Энергия, 1974, с. 19-30.

2.Ульянов О. И. и др. Методы повышения эффективности транзисторных преобразовательных схем. Куйбышев, 1976, с. 6-7, 49-52, рис. 2.

1 nf.

LJ U J

i, i, /„ U U U

JTT

4 #eLJ L