(54) СПОСОБ ДИСКРЕТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
I
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобра-. зования электрической энеррии одного качества в другое, а более конкретно - для преобразования величины, формы и частоты напряжения и тока нагрузки.
Известны способы преобразования лараметров электрической энергии путем широтно-импульсного регулирования и стабилизации величины выходного напряжения, а также формы напряжения при помощи сглаживающих фильтров и путем формирования многоступенчатого напряжения Г и 2.
Наиболее близким к предлагаемому является способ,заключающийся в том, что регулирование и стабшгизация выходного напряжения осуществляется введением в цепь нагрузки напряжейий каждой из п-последовательных преобразователей ячеек в п-зонах встречно, а в п-других зонах согласно с напряжением источника питания 3.
Вводимые напряжения преобразовательных ячеек равны между собой чли выбраны в соответствии с формулой
(1)
1
3т
1 -I I где m 0,1,2,...,(n-l) ,
1 - напряжение первой секции. На нагрузке возможно формирование
q 2.П (2)
10
зон (уровней) напряжения. При этом в пределах каждой зоны регулирование осуществляется широтно-импульсным методом, что предполагает наличие на входе и выходе устройства сглаживаю15щих фильтров.
. Основным достоинством этого способа является возможность осуществления практически всех видов преобразования электрической энергии: регу20лирование и стабилизация напряжений, токов и частоты, инвертирование, конвертирование, усиление сигналов низкой частоты, модулирование напряже38НИИ и токов, а в многофазных схемах симметрирование, компенсаттия мощности искажений и фазовых сдвигов и т.д Другим достоинством способа является возможность получения заданных параметров энергии, в том числе заданной формы выходного напряжения без введения в силовую цепь сглаживающих фильтров. Это в свою очередь дает возможность существенно уменьшить массу преобразователя, увеличить быстродействие системы автоматического регулирования, уменьшить уровень радиопомех. Однако при этом требуется вводить большое количество преобразовательны ячеек звена повышенной частоты, представляющих собой мостовые преобразователи, на одной стороне которых включены обмотки (секции) силового трансформатора. Вторые стороны преоб разователей соединены между собой, с основным источником питания и выходной цепью последовательно. Вторая сторона силового трансформатора подключена к мостовому преобразователю, который присоединен к зажимам источника питания. Кроме того, недостатком способа и устройства является то, что чем вьппе требования к качеству выходного напряжения, тем большее число требуется вводить последовательных преобразовательных ячеек. Это приводит к усложнени р силовой схемы и схемы управления, к снижению надежности, к увеличению потерь. Последнее особенно неблагоприятно при преобразовании относительно низких напряжений большой мощности. При этом масса преобразователя будет все же относительно большой. Цель изобретения - упрощение аппаратурной реализации, повьшение КПД уменьшение массы, повышение надежное ти и получение заданной формы регулируемото в широком диш1азоне выходного напряжения с любым наперед заданным минимальным отклонением Д X - А
истинного мгновенного значения регулируемой ве тичины X от заданного значения этой же величины А при повышенном быстродействии.
Поставленная цель достигается путем ввода в выходную цепь напряжений п-дополнительных уровней напряжения
(7)
и-,(р-Яс 1)
и.
0-1
дискретность выходного напряжения при равномерном квантовании его по уровню, обеспечивают комбинированием числа, величин и полярностей подуровней основного и дополнительных 4 в п-зонах встречно, а в п-других зонах согласно с основным напряжением, осуществляемого с помощью управляемых ключей для достижения заданного уровня выходного напряжения, дополнительные уровни напряжений формируют путем выборки их из множества уровней, определяемых первым функциональным рядом, а подуровни напряжений в пределах основного и каяэдого дополнительного уровней напряжений вторым функциональным рядом. При этом наименьший из уровней задают по величине напряжения не большим, чем величина допустимого отклонения выходного напряжения от заданного, а другие в целое число раз больше наименьшего и вводят указанные уровни в выходную цепь встречно и согласно между собой и по отношению к основному напряжению с дискретностью выходного напряжения, равной или кратной напряжению наименьшего из подуровней при выведенном, а затем при введенном основном напряжении питания и наоборот из условия достижения в любой момент времени величины и формы выходного напряжения с заданной точностью. Более конкретно в качестве первого функционального ряда задают ряд геометрической прогрессии:S. (dS -t- 1) , и. U; a в качестве второго - ряд арифметической прогрессии из условия, что отношение напряжений каждого из Sподуровней каждого дополнительного уровня напряжения к наименьшему из подуровней этого же уровня напряжения задают рядом i,2,3,...(S - 1), S отношение напряжений каждого из m подуровней основного уровня напряжения к наименьшему из подуровней этого же уровня рядом 1,2,3,...(т - 1), а найряжение наименьшего подуровня основного напряжения питания задают выражением S У1)овне(1 нгщряжений, одиопременно вв димым I. выходную цепь с помощью уиранпяамых ключей, задавая общее число уровней выходного напряжения в пределах одной полярности вырлжениемq Яр(1 4 тр)f m , (dS f 1 )-. c d причем обозначения в вышеприведенных выражениях имеют следующие значения:и - напряжение наименьшего из уровней, равное шагу квантования , п - номер дополнительного уровня напряжения, где п 1,2,3 ...(п - 1),п (10) Sj - номер подуровня в пределах каждого дополнительного уровня напря жения , где S - 1,2,3...(S - 1),S (11) n - общее число дополнительных уровней напряжения; S - общее число подуровней в пре делах каждого дополнительного уровн напряжения -, m - общее число подуровней в пре делах основного уровня напряжения, d - число, характеризующее возмо ность одновременного ввода в выходную цепь дополнительных уровней напряжений согласно и (или) встречно между собой в любых возможных сочет ниях и принимающее значения 0,1,2; f - число, характеризующее возмож ность вьгоода из выходной цепи одног или нескольких любых дополнительных уровней напряжений питания при любы возможных сочетаииях одновременно вьгоодимых уровней напряжений и принимающее значения 0,1, 1 - число, характеризующее возмо ность ввода в выходную цепь дополни тельных уровней напряжения при выве денном основном уровне напряжения и принимающее значения 0,1-, р - число, характеризующее возможность ввода в выходную цепь допо нительных уровней напряжения встреч но или согласно, либо встречно и со гласно с каждым из т-подуровней основного уровня напряжения и принима щее значения 0,1,2. Предлагаемый способ мож«эт быть ос Tnooтнлен с помошью устройстна, 4)-iop.4uiero оононной и п-допс лннтел 4 них Иугочников питания, которые ооедииеч) последовательно, при этом один из крайних дополнительных источников питания связан .с выводом основного источника питания, а другой - с выходным выводом, если основной и каждый дополнитепьньй источники питания снабжены соответственно (т + I) и (S + I) иа фазу вьшодами с переключателями уровней и блоком реверса выходного напряжения каждого из указанных источников питания. Способ может быть реализован также с помощью устройства, содержащего в качестве дополнительных источников питания вторичные обмотки силового трансформатора, присоединенных к последовательно соединенным мостовым или нулевьм зашунтированным управляемыми ключами, преобразователям на управляемых ключах, и в котором одна из крайних обмоток связана с выводом основного источника питания через управляемые ключи связанного с этой обмоткой преобразователя, а первичная обмотка присоединена через мостовые или .нулевые преобразователи к первичному источнику питания, если вторичные обмотки снабжены отпайками с переключателями уровней, а связанная с выводами основного источника вторичная обмотка связана аналогично через дополнительные прерыватели с остальными т-выводами основного источника питания. Способ может быть реализован и с помощью устройства, содержащего основной источник питания и п-отдельных силовых трансформаторов, вторичные.обмотки которых присоединены к последовательно соединенным мостовым или нулевым преобразователям и в которой одна обмотка крайнего из преобразователей связана через ключи с выводами основного источника питания, обмотка другого крайнего преобразователя связана с выходным выводом, а первичная обмотка каждого трансформатора прнсоедииеиа через отделыый мостовой или кулевой преобразователь к выходу основного источника питания. Способ может быть реализован с помощью упрощенного устройства, в котором вторичные обмотки п-отдельных силовых трансформаторов соединены между собой последовательно одна из крайних последовательно соединенных обмоток сиязана через управляемые ключи с выводами, основного источника пнтлния, a другая - с выходным выводом, при этом одна из обмоток каждого трансформатора зашунтирована управляемым ключом, при этом первичная обмотка каждого трансформатора также как и в вьппе описанном варианте, при соединена через отдельный мостовой или полумостовой преобразователь к выходу основного источника питания. В этом варианте потери в последовательной цепи уменьшены и (т - 1) раз по сравнению с другими вариантами. На фиг. 1-6 представлены устройства для осуществления предлагаемого способа преобразования напряжения, . 7 показаны диаграммы напряжений; на фиг. 8 - пример алгоритма работы устройства. ч Способ дискретного преобразования реализуется с помощью обобщенного . устройства (фиг.1), содержащего суммирующую цепь из дополнительных источников питания 1,2,3...п с переклю чателями уровней и блоками реверса выходного напряжения, а также основной источник питания (п + 1) с переключателем уровней и блоком реверса выходного напряжения. Для формирования уровней выходного напряжения по предлагаемому способу от нуле вого уровня до максимально возможног при равномерном квантовании уровни выходного напряжения разделяют на ряд характерных зон (фиг.7а), из кото
11 (dS -I- 1) (dS + 1) (dS + 1)
22 2(dS + 1) 2(dS + 1) 2(dS + l)
33 3(dS + 1) 3(dS + 1) 3(dS I )
S S(dS + 1) , S{dS Ч- )
Если напряжения уровней дополнительных источников питания соответствуют матрице (13), то общее число уровней, которые могут быть сформированы суммирующей цепью при равномерном шаге квантования по уровню определяется как сумма геометрической прогрессии нижней строки матрицы т.е. формулой (9). Общее число уровней, которые могут быть сформиn-(dS + 1)
.n-1
2(dS + 1)
n-1
(13)
3(dS -I- 1)
n-1
S(dS + 0
S(dS + 0
рованы в пределах одной полярности суммирующей цепью совместно с основным источником питания (фиг.7а) равно произведению общего числа уровней q, сформированных суммирующей цепью, на число зон Z плюс m дополнительных уровней, размещенных между зонами и определяются по формуле (З). При формировании двухполярных выходных напряжений, при необходимости изменеО8рык первая формируется при выведенном основном источнике питания. Эта зона затем не повторяется в пределах одной полярности выходного напряжения . Другие зоны формируются при введенном основном источнике питания (или какой-либо ступени основного источника питания, именяцегр более двух выводов) и периодически повторяются. Так как напряжения в суммирующую цепь в обща4 случае могут быть введены встречно и согласно с напряжением основного источника питания (р « 1), то общее число зон 1 + тр Зоны ориентированы по отношению к уровням основного источника симметрично. Между первой зоной и каждой парой последующих зон размещено еще по одному уровню (фиг.7а). Общее число таких дополнительных уровней равно т, т.е. числу уровней напряжений основного источника питания. С целью получения любого уровня выходного напряжения во всем диапазоне с заданной дискретностью при наименьшем числе допвлнительных источников питания, напряжения на ступенях всех дополнительных источников питания задают согласно выражений (Аи 5), а отношения этих напряжений - матрицей размером n«S:
ния фазы выходного напряжения или при преобразовании частоты, общее число уровней получают вдвое больше
q 2(q(Z + m) (4)
Вторая половина уровней на диаграмме располагается ниже оси абсцисс, На диаграмме (фиг.7а) вторая половина уровней не показана.
Предположим, что преобразователь (фиг,1) собран на источниках постоянного тока (например, на аккумуляторах с отпайками и переключателями выводов и полярности) . С помопц ю переключателей выводов любой из источников вводят в выходную цепь питания на любом из уровней. Так на фиг.1 переключатель выводов основного источника питания установлен в положение (уровень 1), в дополнительном источнике 1 - в положение (уровень 1) , в источнике 2 - в положение (ypoBeHb 2) , в источнике п - в положение и„о(уровень О). С помощью мостового переключателя полярности, которым снабжен каядый дополнительный источник питания (фиг.1), каждый из дополнительных источников питания можно ввести в цепь питания с любой полярностью по отношению к основному источнику питания. Так, иа фиг.1 полярность напряжения дополнительного источника I совпадает с полярностью напряжения основного источника (п + 1), а дополнительного источника 2 - противоположна ему. В выходной цепи напряжение равно алгебраической сумме напряжений всех источников питания. Минимальная величина выходного напряжения равна нулю, если во всех источниках питания установлен нулевой уровень. Выходное напряжение максимально, если во всех источниках питания установлен наибольший из уровней (уровень m и S иа фиг.1) и если выходные напряжения всех дополнительных источников питания совпадают по иаправлению с напряжением основного источника питания. Промежуточные значения выходных напряжений получают соответствующим переключением выводов источников питания и переключением полярностей напряжения вводимого источника питания. При этом дополнительные источники питания, включенные согласно с основньм, вводят энергию в цепь нагрузки, а источники,включенные встречно - от9261010
водят ее из этой цепи. В первом случае аккумулятор разряжается - режим ввода энергии в цепь нагрузки, а во втором случае аккумулятор заряжается - режим отдачи энергии. Аналогичными режимами ввода и отдачи энергии должны быть обеспечены все рассматриваемые устройства не зависима от схемных различий. fO Дальнейшее поясне ше сделаем на конкретном примере, предположим, что в формулах (8,9):
, , , , 1 1, ,
(15)
,s
шаг квантования по напряжению U,, 1В. Заданным параметрам соответствует структура, показанная в упрощенном виде на гЛ при условии, что дополнительных источников питания будет только два и они будут иметь так же, как и основной источник питания только по три вывода на один источник питания. Тогда согласно матрицы (13)
2J напряжение уровней источника должны быть равны соответственно: I В, 2В, наряжение источника 2 и 5 В и ЦЛА в IО В. Напрязкения уровней основного источника, определяемые по формулам (6,7 и 9), равны
30 соответственно UQ 25 В и 1101 50 В.
Согласно формуле (8) , при заданных параметрах возможно получение на выходе 62-ух уровней постоянного напряжения, условно изображенных на
фиг.7а. Алгоритм получения этих уровней может быть представлен таблицей (фиг.8) , в которой код О означает, что выходное напряжение источника
равно 0. Коды 1 и минус 1 для любого из источников означают включение их в цепь нагрузки соответственно с прямой или обратной полярностью. Задание необходимого уровня и полярности выходного напряжения любого источника питания осуществляется переключателями уровней и блоками реверса напряжения соответственно. Выходное напряжение UA равно алгебраической сумме напряжений всех источников , включенных в данный момент в цепь нагрузки.
Положение переключателей уровней на фиг.1 для структуры отвечающей
условию (15) соответствует коду 17. На фиг.76 показаны диаграммы напряжений всех источников питания ( , Unn,. U) t a также выходного напряжения Ug, полученного графическим сложением напряжений Ujj Unn, IL , т. Ug Uoi+ U + U 25+1-10 16 В Точно так же может быть получен любой другойиз 62-ух уровней напряжения. В табл.8 показаны не только коды ввода напряжений Ц;,,, , 0 , Uff, Ц, , но и величины выходного напряжения (U) для всех уровней. Из таблицы следует, что при заданных параметрах структуры и шага кван тования 1 В, выходное напряжение мож но регулировать с дискретностью 1 В в пределах от О до 62 В при входном напряжении 50 В. Реализация способа устройствами фиг.2-6 аналогична описанной. Устрой ства фиг.2-6 отличаются от устройст|ва фиг . 1 исполнением переключателей уровней и блоков реверса выходного напряжения. Устройство, показанное на фиг.2, содержит в качестве дополнительных источников питания последовательные преобразователи 1-3, которые в совокупности составляют суммирукядую цепь, а также преобразователь 4, присоединенный параллельно поотношению к источнику питания и дополнительную пару yпpaвляe я x ключей блока 5. Преобразователи 1-4 связаны силовым тра1нсформатором 6, имеющим три обмотки 7-9 сум ируйщей цепи и обмотку 10, присоединенную через преобразователь 4 к первичному источнику питания. Преобразователь 1-3 содержит управляемые ключи 11-16 При этом общая точка соединения п-ары управляемых ключей 11 и 12 суммирующей цепи присоединена к вьшоду 7 основного источника питания, а два других вывода этой пары присоеди нены к вьшодам 18 и 19 дополнительно «пары 20 и 21 блока 5, а общая точка соединения этой пары (ключи 20 и 21) присоединена к другому выводу источника питания 22. Преобразователь 4 выполнен на управляемых ключах 23-26 Устройство управляется от блока управления 27. Устройство фиг.З отличается от устройства фиг.2, тем что обмотки 7-10 выполнены со средним выводом без отпаек. В каждый преобразовател суммирующей, цепи введен дополнитель ный управляемый ключ 28, присоедине ный к среднему вьшоду обмотки и к общей точке соединения управляемых 12 ключей 11 и 12 преобразователей 1-3 суммирующей цепи, и к общей точке дополнительной пары управляемых ключей 20 и 21. Устройства, показанные на фиг.4-6 выполнены не на одном, а на п-трансформаторах 6, 29, 30 (по числу обмоток 7-9 суммирующей цепи). На фиг.4 преобразователи 1-3 суммирующей цепи и преобразователи 4, 31, 32 выполнены со средним выводом обмоток 7-10 33 и 34. Суммирующая цепь устройств фиг.З и 6 имеет только один преобразователь, а обмотки 7-9 суммирукщей цепи включены последовательно в цепь этого преобразователя по схеме со средним вьгоодом. Одна из обмоток трансформаторов 6, 29, 30 зашунтирована управляемым ключом 35. На фиг.6 представлено устройство, в котором блок 5 содержит не одну, а три дополнительные пары управляемых ключей (20-21, 36-37, 38-39), общие точки соединения которых присоединены к выводам ступеней первичного источника питания 40, 41 и 22. Устройства фиг. 4-6 могут быть вьтолнены не только по нулевым схемам, но и на мостовых преобразователях. Другие исполнения предлагаемых устройств отличаются не только числом и исполнением источников питания, но и родом напряжения, числом фаз. Из отдельных подобных устройств могут быть построены практически все виды известных преобразователей напряжения и частоты.Во всех схемах фиг.2-5 ключи 11, 12, 23, 21,а в схеме фиг.6 ключи 11, 12, 20, 21, 36-39 выполняют функцию переключателей уровней. Необходимая полярность (фаза) вьпсодного напряжения достигается специально организованньм управлением преобразователями устройств. Количество дополнительных пар управляемых кш)чей может быть любым числом и выбирается по числу уровней напряжений первичного источника питания из ряда 1,2,3... (т - l),m. Общее количество ступеней силового трансформатора также может быть любым из ряда 1,2,3 ... (S - 1) , , а количество обмоток суммирующей цепи из ряда 1,2,3...(п - О,п. В общем случае суммирующая цепь может быть представлена в виде пос.ледовательйо соедипенньТх источников пятания, аккумуляторов, электромашиниых генераторов и т.п. Полярно.сть (фаза) выходного напряжения может изменяться на только с помощью нулевых или мостовых переключателей (преобразователей), но и с помощью внутренних блоков реверса, например путем изменения полярности обмотки возбуждения, если в качестве источников питания взят электромашинный генератор постоянного тока. Если ос новной источник питания снабжен бло ком реверса, то уровни выходного напряжения можно формировать во вре мени в положительной и отрицательно полуплоскостях диаграммы выходного напряжения. В устройствах фиг,2-6 режим ввод энергии в цепь нагрузки и режим отдачи энергии обеспечиваются переводом преобразовательных ячеек из инверсного режима в вьтрямительный и наоборот. В устройствах на электромашинных генераторах переводом гене ратора в режим двигателя, а двигателя в режим генератора и т.п. Принцип действия устройств, показанных на фиг.2-6, аналогичен описа ному, так как эти устройства отличаются от устройства фиг.1 лишь тол ,ко типом дополнительных источников питания и переключателями вьтодов и полярностей (фаз) выходных напряжений. Для уяснения принципа действия устройств фиг.2-6 достаточно пояснить как в этих устройствах реализуются функции,обозначенные симв лами f, d , 1 , р. Возможность f 1 вывода из суммирующей цепи одного или нескольких дополнительных источников питания при любых возможных сочетаниях одно временно вьшодимых источников (обмо ток) реализуется периодическим отпи ранием ключей П-15-23-24, а затем ключей 12-16-25-26 (фиг.2); отпиранием ключа 28 и запиранием ключей 11-12 при переключении, ключей 23 и 24, по циклу 23-24 (фиг.З); отпиранием ключей 11-12 при запертых ключ 23-24 соответствующего преобразователя (фиг. 4) V отпиранием ключа 35 при запертых ключах 23 и 24 (фиг.5, Возможность d 1 ввода источников питания при различных числах одновременно вводимых источникой означает перевод всех одновременно вводимых источников Питания только в режим ввода или только в режим отдачи энергии. Возможность d 2 014 ввода источников питания при различных числах одновременно вводимых дополнительных источников питания означает перевод одной части их з режим ввода, а другой части в режим отдачи энергии. Ввод энергии дополнительных источников питания в суммирующую цепь достигается следующим образом. По циклу (11-14-23-24) (12-13-25-26) - на 1-ой ступени трансформатора 6, по циклу (J2-15-23-25) (11-16-25-26) на 2-ой ступени, по .циклу (12-14-23-24) (11-13-25-26) - на 3-ей ступени (фиг.2), по циклу (11-23) (12-24) фиг.3-6. Отдача энергии из суммирукицей цепи достигается следующим образом. По циклу (12-13-23-24) (11-14-25-26) на 1-й ступени, по циклу (П-15-23-24) (12-15-25-26) на 2-ой ступени, по циклу (11-13-23-24)- (12-14-23-24) на 3-ей ступени (фиг.2), по циклу (П-24)- (12-23) фиг.3-6. Возможность i « I ввода выходного напряжения в цепь нагрузки при выведенном напряжении основного источника питани реализуется управляемыми ключами 20 и 21 дополнительного блока 5 (фиг.2-6) при работе их по приведенным циклам с .заменой К1воча II на 21, ключа 12 на 20. Ввод выходного напряжения суммирующей цепи в цепь нагрузки при введенном основном источнике питания осуществляется в устройствах фиг.2-6 при запертой паре ключей 20 и 21 дополнительного блока 5 и работе одной из аналогичных пар. Число р 1, если напряжение суммирукицей цепи вводится только встречно или только coirtacHO с напряжением основного источника питания. Если же напряжение суммирующей цепи вводится согласно и встречно с напряжениями основного источника питания, то р 2. Число уровней выходного напряжения может быть получено намного брльпте, чем в выще описанном примере. С увеличением п и S. число уровней резко возрастает. Так с помощью устройства фиг.2 (, , , , ., ) можно получить q 171 уровней. Общее число уровней q при п .3 будет 514. При п 6 по схеме иг.2 может быть получено 176473 уровней выходного напряжения в пределах одной полярности. Этт, например, означает, что регулирование выходного напряжения от О до 176, 473 В возможно ступенями (дискретно) через 2 мВ, т.е. с точностью не ниже 0,0003% от верхнего предела. Для формирования 176473 уровней по известному способу потребовалось бы 88236 последовательно соединенных блоков вместо 6 по предлагаемому. На практике не потребуется формирования сотни тысяч уровней, однако при синтезе преобразователей частоты и напряжения-; регулируемых в широком диапазоне, потребное число уровней может достигать нескольких сотей и даже быть больше тысячи. Увеличение числа уровней не приводит к увеличению расчетной мощности преобразователя в целом. Относительная расчетная мощность, определяемая по формуле р . Н 1) : fiM с (14- mp)tdS + t) ч- md уменьшается почти в 1,7 раза по срав нешяо с известшлм ирй 1, m 1. При увеличении числа m расчетная мощность умекьвается более чем в 1,7 раза. Масса устройства также уменьшается, хотя и не строго в соот ветстзии с формулой (16), С уменьшением Числа полупроводниковых точек (особенно соедашенных последовательно с нагрузкой), а также с уменьшением величины преобразуемой мощности существенно уменьшаются потери в , предлагаемом устройстве. Для получения одних и тех же энергетических показателей по предлагаемому способу потребуется существенно меньшее чис. по элементарных ячеек, следовательно j упростится схема управления и устройства в целом, -повысится его надежность и расширятся функциойаль ные возможности. Таким образом, при использовании предлагаемого способа преобразования электрического напряжения обеспечиваются по сравнению с существующими способами следзяощие преимущества: возможность существенно увеличить число уровней выходного напряжения при одном и том же числе элементартурной реализации, повышения быстродействия и получения заданной формы и стабильности выходного напряжения с любым наперед заданным минимальным отклонением, дополш1телы ые уровни напряжений формируют путем выборки их из множества уровней, определяемых первым функциональным рядом, а подуровни напряжений в пределах основного и каждого дополнительного уровей напряжений - вторым функциональных преобразовательных ячеек или при заданном числе уровней уменьшить число ячеек, что дает возможность упростить устройство в целом и повысить его надежность, расширить функциональные возможности, улучшить коэффициент гармоник и т.п.; увеличить КПД J,так как предлагаемый способ позволяет при глубоком квантовании энергии существенно уменьшить величину преобразуемой энергии, уменьшить число элементарных преобразователей ячеек, исключить последовательное соединение силовых ключей уменьшить массу, так как способ позволяет исключить сглаживающие фильтры, уменьшить величину расчетной массы, упростить схему при сохранении других положительных свойств известного Способа и устройстваJтаких как возможность реализации многих видов преобразования энергии, быстродействия, высокий коэффициент мощности. Формула изобретения 1.Способ дискретного преобразования напряжения путем ввода в выходную цепь напряжений п-дополнительных уровней напряжения в п-зонах встречно, а в п других зонах согласно с основным уровнем напряжения, осуществляемого с помощью управляемых ключей, отлич. ающийс я тем, что, с целью упрощения аппараным рядом, причем наименьший из уровней задают по величине напряжения не большим, чем величина допустимого отклонения выходного напряжения от заданного, а другие - в целом числе раз больше наименьшего и вводят указанные уровни в выходную цепь встречно и согласно между собой и по отношению к основному уровню папряжёния с дискретностью выходного напряжения, кратной напряжению наименьшего из подуровней при вьшеденном, а затем при введенном основном напряжении питания и наоборот, из условия достижения в любой момент времени и формы выходного напряжения с заданной точностью. 2.Способ non.lj отличаюп и и с я тем, что первый функгщо17
нальный ряд задают рядом геометрической npot neccHH
и. u.s(d.s + 1)Г ,
а второй ряд - рядом арифметической прогрессии из условия, что отношения напряжений. каждого из -подуровней каждого дополнительного уровня напряжения к наименьшему из подуровней этого же уровня напряжения, источника задают рядом
l,2,3....(S - 1),S отношения напряжений каждого из m подуровней основного-уровня напряжения к наименьшему из подуровней этого Ясе напряжения рядом
,2,3...(т - ),т
а напряжения наименьшего из подуровней основного напряжения задаются выражением
(н и-|( О
дискретность выходного напряжения при равномерном квантовании его по уровню обеспечивают комбинированием числа, величин и полярностей подуров ней основного и дополнительных уровней напряжений, одновременно вводимых в выходную цепь с помш(ью управляемых ключей, задавая общее число уровней выходного напряжения в пределах одной полярности ВЕДражением
q q( + mp) m . -() -1
где
причем обозначения в вьвпе приведенных выражениях ю«еют следуюв ие значения:
и - напряжение наименьшего из урсшней, равное шагу квантованияj
п. - номер дополнительного уровн напряжения, где
п . 1 ,2,3... (п - I) ,п ,
S - номер подуровня в пределах каждого дополнительного уровня напряжения, где
S- J,2,3...,(S - 1),S
n - общее число дополнителышх уровней напряжения;
S - общее число подуровней в пределах каждого дополнительного уровня напряжения ,
m - общее число подуровней в пределах основного напряжения питания;
d - число, характеризуюй ее возможность одновременного ввода в вы9261018
ходную цепь дополнительных уровней напряжений согласно и (или) встречно между собой в любых возможных сочетаниях и принимающее значения 0,1 ,2 , 5 f число, характеризующее возможность вывода из выходной цепи одного или нескольких любых дополнительных уровней напряжений при любых возможных сочетаниях одноври ен10 но выводимых уровней напряжений и принимающее значения 0,1;
I - число, характеризующее возможность ввода в выходную цепь дополнительных уровней напряжения при вьгае15 денном основном уровне напряжения и принимающее значения 0,1
р - число, характеризующее возможность ввода в выходную цепь дополнительных уровней напряжения встречно
20 или согласно, либо встречно и согласно с каждым из т-подуровней основного уровня напряжения и принимающее значения О,I,2.
.3. Устройство для осуществления
25 способа по пп. 1 и 2, содержащее
основной и п-дополнительных источни koB питания, которые соединены последовательно, при этом один из крайних дополнительных источников питания
30 связан с выводом основного источника питания, а другой - с выходным выводом, отличающееся тем, что, с целью уменьшения массы и повышения КПД, основной и каждый дополнительный источники питания снаб35жены соответственно (т + 1) и (S + 1) на фазу выводами с переключателями уровней и блоком реверса выходного напряжения каждого из . указаннь1Х источников питания.
40
45 или нулев1Л4 преобразователям на управляемых ключах зашунтированньж ущ)авляемь15«иключами, ив котором одна из край1шх вторичных обмоток связана с выводом основного источника пита50ния через управляемые ключи, связанного с этой обмоткой преобразователя, а первичная обмотка присоединена че,рез мостовые или нулевые преобразователи к первичному источнику питания,
55 отличающееся тем, что вторичные обмотки снабжены отпайками с переключателями уровней, а связанная с вьшодом основного источника
98
вторичная обмотка связана агсалогично через дополнУ1телып.С управляемые ключи с остальными т-вьшодами основного источника питания.
или нулевой преобразователь к выходу основного источника питания.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
и тока. Томск, 1976, с. 81 (прототип) s тъ /« Й yU- .илЦ. .uJuZ iaViXV .// n/g. рпДЗ nj Гп mTn о/э/А УУ ILLJJ
11 19.
/7
г
Фиг 6
f
Ufil
-,
Uf
г.7
