Регулируемый инвертор Советский патент 1981 года по МПК H02M7/537 

(54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к электроте нике и может быть использовано в сис темах вторичного электропитания для преобразования постоянного тока в пе ременный с помощью регулируемых инверторов., Известны регулируемые инверторы, содержащие ряд преобразовательных яч ек, соединенных по входу параллельно, а по выходу последовательно. Как наиболее простые преобразовательные ячейки, содержащие лишь два силовых транзистора, в подобных инверторах и пользуются ячейки с выходньгм трансфо матором, имеющим отвод от средней то ки первичной обмотки. Коэффициенты трансформации трансформаторов ячеек выбирают по закону двоичного счета, что увеличивает количество ступеней (уровней) выходного напряжения при данном количестве ячеек D1 и С23. Известен также ступенчато-регулируемый инвертор, выполненный с одним трансформатором, секции первичной обмотки которого переключаются дополнительными ключами Гз7. Недостаток данного инверторасостоит в необходимости использования в качестве ключей тиристоров или транзисторов с последоватепьно-вк;поченным диодом, что снижает КПД и ограничивает допустимый диапазон коэффициента мощности нагрузки. Наиболее близким по техническому решению к предпагаемй у является инвертор, содержащий N включенных параллельно по входу преобразовательных ячеек, каждая из которых имеет двухтактны коммутатор яа управпяемьгх. ключах, и силовой магнитный узел, подключенный к выходу коммутатора и имеющий две полуобмотки, причем магнитный узел первой из указанных ячеек выполнен в виде трансформатора с выходной обмоткой, включенной в нагрузочную цепь. Преобразовательные ячейки в некоторых режимах (при входных напряжениях,близких к максимальному)

работают встречно, т.е. часть мощности, пройдя через нагрузку, возвращагтся в источник питания ГО.

Однако вследствие этого габариты и масса трансформаторов и транзисторов некоторых ячеек увеличены. Кроме того, в тех случаях, когда инвертор предназначен для питания нескольких гальванически разделенных нагрузок, трансформаторы всех ячеек данного инвертора должны иметь несколько выходных обмоток, что усложняет конструкцию трансформаторовi

Цель изобретения - снижение массы и габаритов.

Эта цель достигается тем, что в инверторе магнитные узлы всех ячеек, кроме первой, выполнены в виде автотрансформатора, полуобмотки которого имеют отводы, участок первой полуобмотки от ее начала до отвода и учаток второй полуобмотки от отвода до конца магнитного узла любой ячейки равны по числу витков и каждый образует с одной из полуобмоток магнитного узла предыдущей ячейки согласнопоследовательную цепь. Кроме того коммутатор каждой ячейки может быть; выполнен на четырех, управляемых ключах, соединенных по мостовой схеме, выводы постоянного тока которой соединены с входными выводами инвертора а к выводам переменного тока подключены конец первой и начало второй полуобмоток магнитного узла данной ячейки, причем начало первой и конец второй полуобмоток автотрансформатора последней ячейки соединены между собой, а отводы первой и второй полуобмоток автотрансформатора каждой данной ячейки соединены соответственно с началом первой и концом второй полуобмоток магнитного узла предыдущей ячейки.

При этом коммутатор каждой ячейки может быть выполнен на двух управляемых ключах, .в магнитных узлах всех ячеек начало первой полуобмотки соединено с концом второй подуобмотки и подключено к первому входному выводу-инвертора в нечетных ячейках и к второму входному выводу в четньрс ячейках, во всех нечетных ячейках первый силовой электрод первого управляемого ключа соединен с концом первой полуобмотки, а второго управляемого ключа - с началом второй полуобмотки, во всех четных ячейках второй силовой электрод первого

управляемого ключа соединен с началом второй полуобмо1ки, а второго управляемого ключа - с концом первой полуобмотки, вторые силовые злектроды первых управляемых ключей всех нечетных ячеек, кроме последней, и первые силовые электроды вторых управляемых ключей всех четных ячеек, кроме последней, соединены с отвйдами вторых полуобмоток автотрансформаторов последуюирх ячеек, вторые силовые электроды вторых управляемых ключей всех нечетных ячеек, кроме последней, и первые силовые электроды

5 первых управляемых ключей всех четных ячеек, кроме последней, соединены с отводами первых полуобмоток автотрансформаторов последующих ячеек, а одноименные силовые электроды последней ячейки объединены и подключены к одному из входных выводов инвертора.

Кроме того, при общем четном числе ячеек объединены первые силовые электроды управляемых ключей последней ячейки и подключены к первому рходному выводу инвертора.

Кроме того, при общем нечетном числе ячеек объединены и подключены к второму входному выводу инвертора второе силовые электроды управляемых ключей последней ячзйки.

На фиг. } показан инвертор на двух мостовых ячейках; на фиг. 2 - инвертор на трех мостовых ячейках ; на фиг. 3 - инвертор на двух ячейках со средней точкол выходного трансформатора, на фиг. 4 - инвертор на трех ячейках со средней точкой выходного трансформатора..

Инвертор (фиг. 1) содержит первый мост управляемых ключей 1-4, напр1шер транзисторов, и второй мост управляемых ключей 5-8, подключенных по цепи питания к входным выводам инвертора 9 и 10. Выходной трансформатор первой ячейки П имеет вторичную обмотку 12, соединенную с выходными выводами инвертора для подключения нагрузки, и две первичные полуобмотки 13 и 14, начало одной и конец другой которых подключешэ к выходшлм выводам первого моста. Выходной трансформатор второй ячейки 15 имеет две полуобмотки, соединенные между собой согласно и образующие обмотку 16, подключенную к выходу вгорого моста.и имеющую два симметричных относительно середины отвода, соединенных с выгодами обмоток 13 и 14. Инвертор (фиг. 2) содержит три мостовых преобразовательных ячейки. Помимо первой ячейки с транзисторйми 1-4 и трансформатором 11 и последней ячейки с транзисторами 5-8 и трансформатором 15, .инвертор содержит про межуточную ячейку с транзисторами 17 20 и трансформатором 21, имеющим обмотки 22 и 23 с отводами. Отводы обмоток 22 и 23 соединены с выводами о моток 13 и14, а отводы обмоток S6 со динены с выводами обмоток 21 и 22. Инвертор (фиг. З) содержит первую преобразовательную ячейку с ключам 24 и 25 и выходным трансформатором 26, который имеет две полуобмотки, соединенные согласно и образующие пе вичную обмотку 27 и вторичную обмотку 28, соединенную с выходными выводами 29 и 30 инвертора. Вторая преобразовательная ячейка выполнена на транзисторах 31 и 32 и выходном тран форматоре 33, две полуобмотки которого соединены согласно-последова-тельно в точке 34 и имеют отводы 35 и 36, расположенные симметрично по обе стороны относительно точки 34. Точка соединения полуобмоток 27 соединена с первым входным выводом инвертора 37, а точка 34 соединена с вторым входным выводом инвертора 8, Выводы полуобмоток 27 соединеьш; с коллекторами транзисторов 24 и 25, а выводы полуобмоток трансформатора 33 соединены с эмиттерами транзисторов 31 и. 32. Эмиттеры транзисторов 24 и 25 соединены с отводами 35 и 36 соответственно, а коллекторы транзисто ров 31 и 32 соединены с выводом 37. В инверторе (фиг. 4) помимо рассмотренных двух ячеек введена третья ячейка на транзисторах 39 и 40 и трансформаторе 41 с полуобмотками 42 выполненном аналогично трансформатору 39.. Точки соединения полуобмоток 27 и 42 соединены с выводом 37, выводы полуобмоток 42 соединены с коллекторами транзисторов 39 и 40, эмит теры которых соединены с выводом 38. Коллекторы транзисторов 31 и 32 соединены с отводами полуобмоток 42. Инвертор работает следуюпщМ образ см. Когда открыть транзисторы 1,4, 5 и 8 (фиг. 1) на обмотках трансформа торов появляется напряжение с полярностью, указанной на чертеже без скобок. При этом к полуобмоткам 13 и 14 приложено напряжеш-ie питания за вы36четом напряжения между отводами Обмотки J 6. Когда открыты транзисторы I, 45 5 и 7, напряжение на обмотке J6 становится равным нулю и к обмоткам 13 и 14 приложено полное напряжение питания инвертора, а когда открыты транзисторы 1, 4, 6 и 7, полярность напряжения на обмотке 16 изменяется на обрат ую (показана в кружках) и к обмоткам 13 и 14 приложено напряжение в сумме с напряжением между отводами обмотки 16. Если открыты транзисторы 2, 4, 6 и 7 к обмоткам 13 и 4 приложено только напряжение между отводами обмотки 16. Таким образом, измен-я алгоритм коммутации транзисторов инвертора можно получить четыре уровня выходного напряжения с целью регулирования(стабилизации) его величины и (или) с целью формирования заданной ступенчатой кривой выходного напряжения. В варианте трехячеек (фиг. 2) можно аналогичным образом получить 13 уровней выходного напряжеш1Я. В инверторе (фиг. З), когда открыты транзисторы 24 и 32 к полуобмотке 27 приложена сумма напряжения питания и напряжения между отводами 3 и 35, а когда открыты транзисторы 24 И 31, к указанной полуобмотке прило- жена разность напряжегшя питания и напряжекия между отводами 34 и 35. В другой Полупериод открываются соответствснно транзисторы 25 и 31 или 25 и 32. Таким образом, в оба полупериода на нагрузке фор81шруется напряжение двух уровней, что может быть использовано для регулирования (стабилизации) величинь этого напряжения или для получе1шя ступенчатой формы. В инверторе на трех ячейках (фиг. 4) процессы происходят аналогично с той лишь разницей, что количество уровней напряжения, которые могут быть сформированы на выходе инвертора, равно четырем. Когда открыты транзисторы 24, 31 и 39 формируется максимальньтй уровень выходного напряжения, так как напряжения между точкой соединения полуобмоток и отводом автотрансформаторов 33 и 4J суммируются с напряжением питаггия. Когда открыты транзисторы 24, 32 и 40, формируется более низкий уровень выходного напряжения, так как напряжение на участке обмотки 42 вычитается из напряжения питания.Когда откр-ыты транзисторы 24, 31 и 39, формируется еще более низкий уровень выходного напряжения, так как из напряжения питания вычитается напряжение на участке 34-35 обмотки трансфор матора 33. Когда открыты транзисторы 24, 31 и 40,формируется самый низкий уровень выходного напряжения, так как вычитаются напряжения на участках обмоток обоих автотрансформаторов 33 и 41. Дпя получения равной велич ны ступеней соотношение коэффициентов трансформации автотрансформаторов 26 33 и 41 выбирается по закону двоичного счета, т.е. 4:2:1. В отличии от известного габариты и масса трансформаторов 15, 21, 33 и 41 существенно уменьшены, а КПД увеличен, так как они выполнены по автотрансформаторной схеме. Кроме того, увеличение количества выходов инвертора вызывает увеличения ко.-тичёства обмоток только одного трансформатора 14 или 26, что упрощает устройство и повьшает его КПД. Формула изобретения 1,Регулируемый инвертор, содержащий N включенных параллельно по входу преобразовательных ячеек, каждая из которых имеет двухтактный коммутатор на управляемых ключах, и силовой магнитный узел, подключенный к выходу коммутатора и имеющий две полуобмотки, причем магнитный узел ,первой из указанных ячеек выполнен в виде трансформатора с выходной обмоткой, включенной в нагрузочную цепь, отлич ающийся тем, что, с Целью снижения массы и габаритов, магнитные узлы всех ячеек кроме первой, выполнены в виде автотрансформатора, полуобмотки которого имеют отводы, участок первой полуобмотки от ее начала до отвода и участок второй полуобмотки от отвода до конца любой ячейки равны по числу витков и каждый образует с одной из полуобмоток магнитного узла предьщущей ячейки согласно-последовательную цепь. 2.Инвертор, по п. 1, о т л и чающийся тем, что коммутатор каждой ячейки выполнен на четырех уп равляекатх к.шочах, соединенных по мос товой схеме, выводы постоянного тока которой соединены с входными вьшо дами инвертора, а к выводам переменного тока подключены конец первой И начало второй полуобмоток магнитного узла данной ячейки, причем начало первой и конец второй полуобмоток автотрансформатора последней ячейки соединейы между собой, а отводы первой и второй полуобмоток автотрансформатора каждой данной ячейки соединены соответственно с началом первой и концом второй полуобмоток магнитного узла предыдущей ячейки. 3. Инвертор, по п. I, о т ли чающийся тем, что коммутатор каждой ячейки выполнен на двух управляемых ключах, в магнитных узлах всех ячеек начало первой полуобмотки соединено с концом второй полуобмотки и подключено к первому вход11ому выводу инвертора в нечетных ячейках и ко второму входному выводу в четных ячейках, во всех чечетных ячейках первый силовой электрод первого управляемого ключа соединен с концом первой полуобмотки, а второго управляемого ключа - с началом второй полуобмотки, во всех четных ячейках второй силовой электрод первого управляемого ключа соединен с началом второй полуобмотки, а второго управляемого ключа - с концом первой полуобмотки, вторые силовые электроды первых управляемых ключей всех нечетных ячеек, кроме последней, и первые силовые электроды вторых управляемых ключей всех четных ячеек, кроме последней, соединены с отводами вторых полуобмоток автотрансформаторов послеяукяцих ячеек, вторые силовые электроды вторых управляемых ключей всех нечетных ячеек, кроме последней, и первые силовые электроды первых управляемых ключей всех четных ячеек, кроме послед- . ней, соединены с отводами первых полуобмоток автотрансформаторов последующих ячеек, а одноименш-ie силовые электроды К1ночей последней ячейки объединены и подключены к одному из входных выводов инвертора. 4, Инвертор, по п. 3, отличающийся тем, что при четном общем числе ячеек объединены и подключены к первому входному выводу инвертора первые силовые электроды управляемых ключей последней ячейки. 5. Инвертор, по п. 3, отлич а ю щ ни ся тем, что при нечетном общем числе ячеек объединены и подключены к второму входному выводу

вторые силовые электроды управляемых Кюочей последней ячейки.

Источники информации, Принятые во внимание при экспертизе

2S

7fi;r X ir