Преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое переменное напряжение Советский патент 1982 года по МПК H02M1/12 H02M7/48 

I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение со ступенчатой, например, квазисинусоидальной формой.

Известен преобразователь постоянjHoro напряжения-В ступенчатое пере- ; менное с промежуточным звеном повышенной частоты, содержащий первичный инвертор повышенной частоты с выходным трансформатором, отпайки вторичной обмотки которого через коммутатор подсоединены к вторичному инвертору, работающему на выходной частоте преобразователя 1 .

Недостатком данного преобразователя является большое количество используемых ключевых элементов и тройное преобразование электроэнергии при формировании ступенчатого напряжения.

Известны также преобразователи постоянного напряжения в ступенчатое переменное, содержащие инвертор повышенной частоты, трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена с отводами, и выходной коммутатор на ключах переменного тока t2.

Недостатком таких преобразователей является большое количество ис10пользуемых ключевых элементов, что определяет рациональное использование таких схем лишь для ограниченного числа формируемых уровней, а следовательно, п{ водит к ухудшению ка15чества выходного напряжения преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому являемся преобразователь, содержа2Q щий высокочастотный инвертор с выходным трансформатором, -имеющим п . выходных обмоток с отводом от средней -точки, концы каждой из которых подсоединены к тиристорам, образуя

3904li 34

двухсекционный выпрямительный узел, щей вторичной обмотки, введена допримем все выпрямительные узлы сое- полнительная вторичная обмотка, один динены последовательно и подключены к вторичному инвертору. Подключением разного числа вторичных обмоток тран форматора с соотношением витков ... о и т.д. при формировании каждого уровня выходного напряжения обеспечивают амплитудно-импульсную модуляцию одноЛолярного напряжения, которое инвертируется вторичным инвертором для получения выходного напряжения преобразователя. Такое реше ние позволяет получить большое число уровней выходного амплитудно-молулированного напряжения при меньшем числе ключевых элементов, что пбвышает качество выходного напряжения преобразователя ,|. Недостатком известного устройства является тройное преобразование электроэнергии и невозможность рабоtbi преобразователя на активно-индуктивную Нагрузку из-за применения в коммутаторе ключей с односторонней проводимостью. Прямая замена ключей с односторонней проводимостью ключами переменного тока делает схему неработосособной из-за включенных диодов между средним выводом обмоток и общей точкой тиристоров. Включение ключей переменного тока вместо диодов обеспечивает работу устройства на нагрузку активно-индуктивного характера, однако в этом случае теряется высокое качество выходного напряжения, Т.е. возможность формиро вания большего числа уровней при использовании меньшего числа ключевых элементов по сравнению с известными устройствами. Цепь изобретения - обеспечение работы преобразователя на активноиндуктивную нагрузку при высоком качестве его выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем что преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое переменное на пряжение с промежуточным звеном повышенной частоты, сбдержащий однофаз ный инвертор с выходным трансформато ром имеющим п вторичных обмоток с отводом от средней точки, и 2п управляемых ключей переменного тока, примем каждый крайний вывод каждой вторичной обмотки, кроме последней, соединен через ключ переменного тока с отводом от средней точки последуювывод которой соединен с первым выходным выводом преобразователя, а другой вывод через ключи соединен с крайними выводами последней вторичной обмотки, причем отвод от средней точки первой вторичной обмотки соединен со вторым выходным выводом преобразователя. На фиг. 1 при.ведена схема предлагаемого преобразователя; на фиг, 2 временные диаграммы, объясняющие работу преобразователя. Преобразователь содержит однофазный инвертор 1, выходной трансформатор 2 с вторичными обмотками 3-5, имеющими средний вывод, и .дополнительной вторичной обмоткой 6, ключи 7-12 переменного тока и выходные выВОДЫ, к которым подключена нагрузка 13. Преобразователь работает следующим образом. Однофазный инвертор 1 преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение прямоугольной формы «г. 2 а) частота которого равна ш. (2N - 1) где f ,j - частота выходного напряжения инвертора; fgyjf - частота выходного напряжения преобразователя; N - число уровней выходного напряжения преобразователя на одной четверти периода. Концы вторичных обмоток 3-5 трансформатора-2 подсоединены к ключам переменного тока, образуя двухключевые двухсекционные блоки, соединенные между собой и дополнительной обмоткой 6 трансформатора 2 последовательно. Соотношение витков дополнительной обмотки 6 и секций обмоток 3-5 трансформатора 2 равно ,: W.-Wj- 0,5:1:2:i,5 Единичный уровень Е выходного напряжения преобразователя (фиг. 2 б) формируется при помощи ключей 8, 10 и 11 переменного тока, подключающих секции обмоток трансформатора 2 и его дополнительную обмотку 6 к нагрузке 13. При этом к нагрузке 13 прикладывается разность напряжений секций обмоток и дополнительной обмотки 6 трансформатора 2 (Е ,5Е - 2Е - IE - 0,5Е). При смене полярности напряжения на обмотках трансформатора 2 ключи 8, 10 и 11 переменного тока отключаются, а ключи 7, 9 и 12 переменного тока включаются. Происходит формирование второго уровня (2Е) выходного напряжения: 2Е 4,5Е - 2Е - IE 4+ 0,5Е. Третий - восьмой уровни выходного напряжения формируются при помощи ключей 7-12 переменного тока, включающихся при каждой смене полярности напряжения-на обмотках трансформатора 2 по алгоритму работы ключей (фиг. 2 в) и подключающих секции обмоток 3-5 и дополнительную обмотку 6 трансформатора 2 к нагрузке 13

ЗЕ 4,5Е - 2Е + IE - 0,5Е Е 4,5Е - 2Е + IE + 0,5Е 5Е ,5Е + 2Е - IE - 0,5Е 6Ё 4,5Е + 2Е - IE + 0,5Е 7Е 4,5Е + 2E + IE - 0,5Е 8Е Jl|,5E + 2Е ч- IE + 0,5Е При подключении секции обмоток 3-5 последовательно с дополнительной обмоткой 6 трансформатора 2 к нагрузке 13 в обратной последовательностй (по yKaaaHHONjy на фиг. 2 в алгоритму работы ключей 7-12) формируются уровни напряжения во второй четверти периода выходного напряжения. Аналогично происходит формирование второй полуволны выходного напряжения преобразователя.

Таким образом, незначительное изменение схемы - введение дополнительной обмотки трансформатора и использование другого соотношения витков секций п-ной обмотки трансформатора обеспечивает работу преобразователя на активно-индуктивную нагрузку при высоком качестве его выходного напряжения.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое переменное напряжение с промежуточным звеном

повышенной частоты, содержащий однофазный инвертор с выходным трансформатором, имеющим п вторичных обмоток с отводом от средней точки, и 2п управляемых ключей переменного тока,

причем каждый выёод каждой вторичной обмотки, кроме последней, соединен через ключ переменного тока с отводом от средней точки последующей вторичной обмотки, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью обеспечения работы преобразователя на активно-индуктивную нагрузку без искажения формы выходного напряжения, в трансформатор введена допоянительная вторичная обмотка, один вывод которой соединен с первым выходным выводом преобразователя, а другой вывод через ключи соединен с крайними выводами последней вторичной обмотки, причем отвод от средней точки первой вторичной обмотки соединен со вторым выходным выводом преобразователя.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Повышение эффективности уст-, ройств преобразовательной техники. Киев, 1976, с. 27, рис. 3.

2.Авторское свидетельство СССР № 688970, кл. Н 02 М , 1976.

3.Патент Англии № 1516313, кл. Н 2 F, 1978.

-hU

Фг/g, / тгшгигшш

в71Ь81Тд17Вд778В7 7д S 7 В 7 7 д S 7 78

д ю 9 109 ЮЗ 9 ю S юю д ю9 9 ЮЗ юдюзвюзю

niZJI П 11 П 1111111211 Itnntf И И fllfnitn nun. ft 12 П П 11

f/Jfff.Z пшшллги