(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ПЕРЕМЕННОЕ
Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к преобразователям постоян ного напряжения в переменное, и может быть использовано в качестве вторичных источников питания переменного тока. Известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий задающий генератор, фазосдвигающее устройство, два инвертора, выходной фильтр и формирователь сигнала рассогласования. Задающий генератор формирует напряжение прямоугольной формы и определяет рабочую частоту и фазу одного из инверторов. Цепи управления другого инвертора соединены с фазосдвигающим устройством, которое формирует прямоугольное напряжение той же часто ты, что и задающий генератор, сдвинутое по фа эе на угол, пропорциональный сигналу указанного формирователя. На вход фильтра подается суммарное напряжение двух инверторов с регулируемым фазовым сдвигом. На выходе фильтра напряжение имеет си1гусоидальную фор му и поступает на нагрузку и на схему сравнения. Если его амплитуда превышает опорное напряжение, то сигнал поступает на одновибратор, а фильтр нижних частот выделяет постоян ную составляющую, величина которой и определяет фазовый сдвиг меж.цу двумя инверторами 1. Недостатком данного устройства является низкое качество электроэнергии в переходных режимах (сброс или наброс нагрузки), когда из-за наличия больщого фильтра (шжних частот в первоначальный момент замкнутая система ведет себя как разомкнутая. Кроме того, в процессе регулирования (стабилизации) выходного напряжения изменяется фаза выходного напряжения. Известен также статический преобразователь, содержащий инвертор повыщенной частоты с выходным трансформатором, отводы вторичной обмотки которого подключены к тиристорному циклоконвертору, задающий генератор, pacni eделитель импульсов, кольцевую пересчетную схему и Делитель частоты. Задающий генератор формирует напряжение прямоугольной формы, которое поступает на управляющие электроды тиристорюв инвертора и на делитель частоты, на выходе которого форшфуется прямоуго.п,38ное напряжение частоты в К раз ниже рабочей частоты задающего генератора. Выход делителя частоты соединен с кольцевой пересчетной схе мой, на выходе которой формируется несколько импульсов напряжения, распределенных во времени. Сигналы с кольцевой пересчетной схемы и задающего генератора поступают на распределитель импульсов, выходы которого соеди нены с управляющими электродами тиристоров циклоконвертора 2. Недостатком этого преобразователя является то, что в нем не предусматривается регулирова ние величины выходного напряжения. Ижестен преобразователь, содержащий высокочастотный инвертор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого вместе с отводами через ключи подключена к выходным выводам преобразователя 3. Недостатком такого устройства является несколько пониженный КПД из-за того, что в любой момент времени в выходной цепи включено последовательно два ключа. Наиболее близким к изобретению техническим рещением является преобразователь постоянного напряжения в многоступетттое переменное, содержащий основной и вспомогательный инверторы с выходными трансформаторами, вторичные обмотки которых выполнены с отводами, управляемые ключи с двухсторонней проводимостью, одними концами подключенные к отводам вторич шй обмотки трансфо матора основного инвертора, а также блок управления, включающий в себя первую систему управления основным И1юертором и упомянутыми ключами и вторую систему управления вспомогательным инвертором, управляющими входами связанную с выходом преобразователя и с первой системой управления. При этом ко цы вторичной обмотки трансформатора основного инвертора и ее отводы подключены к др гим концам соответствующих ключей с двухсторонней проводимостью 4. Данный преобразователь эффективно применяется при узком диапазоне регулирования величины выходного напряжения fper. VyiaK 2-3 С увеличением диапазона регулирования возрас тает величина высоких гармонических составляющих в выходном напряжении. Например, при fperwiOT (ступенчатая модуляция напряжения) и при количестве подинтервалов в каждом тактовом интервале К 1 (худший вариант) амплитуда одиннадцатой и тринадцатой гармоник (количество тактовых интервалов i 6) равна соответственно 0,0909 0,0769 U где Ui - амплитуда первой гармоники. При perVYin-jT (отношение амплитуд регулируемо го и нерегулируемого напряжения 7 0,33) максимальное значение одиннадцатой и тринадцзтой гармоник увеличивается приблизительно до 0,22 и, и 0,18 U) что приводит к необ-, ходимости увеличения мощности выходного фильтра. С увеличением ерл „..(увеличивается 7) соответственно увеличивается и мощность выходного фильтра, что приводит к ухудшению динамических свойств преобразователя. В случае отсутствия выходного фильтра увеличение диапазона регулирования выходного напряжения приводит к ухудшению качества электрической энергии. Анализируя особенности рассматриваемой структуры преобразователя, приходим к выводу, что максимальное напряжение, прикладываемое к ключевым элементам, находится в режиме почти максимальной вольтоотбавки и с увеличением диапазона регулирования величина резко возрастает. Например, напряжение первой гармоники Uj 315В. 51« 6 (7 0,715). В режиме максимаяь per.wtcix ной вольтодобавки указанное напряжение формируется от основного - 184 В, а от вспомогательного - 131 В. В режиме максимальной вольтоотбавки (напряжение на входе повысилось примерно в шесть раз) указанные напряжения повысились тоже в шесть раз, а мгновенное максимальное значение напряжения определяется только напряжением основного инвертора, т.е. 184 X 6 П04 В. Вели учитывать особенности построения схемы преобразователя (к крайним тиристорам прикладывается двойное напряжение), то практическая реа шзация таких преобразователей встречает затруднения, вследствие чего необходима разработка структур преобразователей, обеспечиваюпшх снижение напряжения, прикладываемою к ключевым элементам демодулятора, при широком диапазоне изменения напряжения питания. Таким образом, недостатком данного решения при большом диапазоне изменения напряжения питания является низкое качество электрической энергии и ограниченная область применения. Цель изобретения - повышение качества электрической энергии за счет уменьшения коэффициента гармоник при регулировании величины выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в известном преобразователе постоянного напряжения в многоступенчатое переменное, содержащем основной и р вспомогательных инверторов с выходными трансформаторами, однотипные вторичные обмотки которых соединены последовательно, управляемые ключи с двухсторонней проводимостью, одни концы которых подключены ко вторичным обмоткам трансформаторов, а другие - к выходным выводам преобразователя, и схему управле1шя, связанную с цепями управления ключей и указанными выводами | число витков W2(j)omfOTHnHb x вторичных обмоток выходных трансформаторов
вспомогательных инверторов выбирают из соотношения
--- - per. W1 а X ;
2(1-1) fCin)
где j 1, 2, 3д ;
Wi(.j)- число витков первичной обмотки трансформатора j-ro вспомогатсльгюго инвертора,
f.,ar .у,д максимальный диапазон регулирования первой гармоники ступенчатого напряжения.
На фиг. 1 представлены схемы регулируемого по напряжению преобразователя; на фиг. 2 диаграммы напряжений на отдельных его элементах.
Преобразователь с многоступенчатой формой выходного напряжения на фиг. 1 содержит основной 1 и /J вспомогательных 2-4 инверторо с выходными трансформаторами 5-8, однотипные вторичные обмотки 9-20 которых соединены последовательно, ключи с двухсторонней проводимостью, выполненные на тиристорах 21-32, одни концы которых подключены ко вторичным обмоткам трансформаторов, а другие - к выходным выводам 33-34 преобразователя, и схему 35 управления, связанную с цепями управления ключей и указанными выводами (33 и 34). Число витков W2(j)oднoтипных вторичных обмоток 12-20 выходных трансформаторов вспомогательных инверторов выбирают из соотношения.
Рассмотрим работу преобразователя при формировании выходного напряжения с количеством тактовых интервалов i 6 и количеством подинтервалов в каждом тактовом интервале К 2. Рабочая 1шстота И геерторов превышает выходную в i К раз (в данном случае в двенадцать раз). Напряжение 36, формируемое основным инвертором, представлено на фиг. 2, а каждый вспомогательный инвертор с зависимости от входного напряжения формирует напряжение 37, длительность которого изменяется (фиг. 2). В результате на нагрузку может поступить напряжение 38 и 39 (режим во;ьтоотбавки), или напряжение с вольтодобавкой (не показано). Законы 40-51 управления тиристорами при коэффициенте мощности потребителя Ck)s 0ц 1,0 представлены на фиг. 2 (тиристору 21 соответствует закон 40 управления, тиристору 22 - закон 41 и т.д.). Регулирование выходного напряжения осуществляется при помощи вспомогательных инверторов (в данном случае i 3), причем в любой мо мент времени изменяется напряжение по длительности только одного элементарного инвертора. При максимальном напряжении питания (нагрузка постоянная и на выходе поддерживается постоянное напряжение) напряжения однотипных вторичных обмоток 12-20 суммируются и вычитаются из соответствующих напряжений обмоток 9-11. При снижении напряжения питания начинает изменяться длительность напряжения первого вспомогательного инвертора 2, который переходит в режим регулируемой вольтоотбавки, входит второй вспомогательный инвертор и т.д. Мгновенное значение напряжения, прикладываемое к- тиристорам, достигает максимальной величины в режиме почти максимальной вольтоотбавки ( О + + напряжение 38 на фиг. 2).При предлагаемом законе распределения напряжений вторичных обмоток согласующих трансформаторов вспомогательных инверторов во всех режимах максимальной вольтоотбавки (в данном случае в трех режимах) указанные напряжения равны между собой. Кроме того, максимальные амплитуды высших гармонических составляющих по зонам тоже одинаковые, что в конечном итоге приводит к улучшению качества электрической энергии на выходе преобразователя.
Ес;ш же применять одинаковые трансформа торы вспомогательных инверторов, т.е. все трансформаторы и напряжение их вторичных обмоток равны, то максимальное напряжение, прикладываемое к тиристорам, находится в режиме первой почти максимальной вольтоотбавки ( 0 + ),в режиме второй и третьей почти максимальной вольтоотбавки указанные величины напряжений снижаются..
Реализация предлагаемого изобретения обеспечивает по зонам неизменное максимальное напряжение, прикладываемое к ключевым элементам демодулятора, и неизменные максимальные амплитуды высших гармонических составляющих.
Таким образом, предлагаемое изобретение в отличие от известного обеспечивает улучшенное качество электрической энергии на нагрузке и расширяет функциональные возможности подобных структур статических преобразователей.
Формула изобретения
Преобразователь постоянного напряжения в многостут1енчатое переменное, содержащий основной и 1 вспомогатешных инверторов с выходными трансформаторами, однотипные вторичные обмотки которых соедине1п 1 последовательно, управляемые ключи с двухсторонней проводимостью, одни концы которых подключены ко вторичным обмоткам трансформаторов, а другие - к выходным выводам преобразователя, и схему управления, связанную с цепями управления ключей и упомянутыми вывода18ми, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества электрической энергии за счет уменьшения коэффициента гармоник при регулировании величины выходного напряже1шяи расширения функциональных возможностей, количество витков W2(j) однотипных вторичных обмоток выходных трансфор маторов вспомогательных инверторюв выбирают из соотношения :L(J) () JUt aO-i) ) per. vyiQ. где j 1, 2, 3, ... м ; Wi (4 - кодшчество витков первичной обмотки трансформатора j-ro вспомогательного инвертора;
г/ рег VMd максимальный диапазон регулирования первой гармоники выходного напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 315167, G 05 F 1/10, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2525693/07, кл. Н 02 М 7/515, 1978. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке 2691081/07, кл. Н 02 М 7/48, Н 02 М 7/515, .12.78. 4.Авторское свидетельство СССР по заявке 2641808/07, кл. Н 02 М 7/48, Н 02 М 7/515. .07.78 (прототип).
гплллллллллшъ
пппппппппп n пп
t, гiз siвiJ
-HJJ 111
m П n n
П n П П П П
п п
п п
п п
п
п п п
П П П П П П
П
п п
п п.
Г1
m
П П
