Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное Советский патент 1982 года по МПК H02M7/48 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ПЕРЕМЕННОЕ

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для формирования переменного напряжения ступенчатой формы с малым коэффициентом гармоник. Известен преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное, содержащий источник питания, соединенный посредством тиристорных ключе с многообмоточным трансформатором tl Однако в данной схеме при увеличени числа ступеней в выходном напряжении преобразователя необходимо добавление двух дополнительных ключей и двух секций в первичной обмотке силового трансформатора на каждую с;-юдующую ступень, что обуславливает большую уста новленную мощность ключевых элементов при фор«1ировании напряжения с малым коэффициентом га ыоник, Известен также преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное, содержащий специальный блок формирования ступеней с выходным инвертором, собранным по мостовой сх&ме. Схема выгодно отличается от предыдущей тем, что добавление одного (N+l)-ro источника напряжения приводит к увеличению числа ступеней на величи.чу 2 при добавлении лищь одного (N ч-4)-го тиристора и одного (М+4)-го неуправляемого вентиля 1. Недостатке такого преобразователя является низкий КПД из-за потерь в последовательно включенных ключевых элементах, работающих при сравнительно низких уровнях питающих напряжений. Наиболее близким по технической сущности является преобразователь постоя ного напряжения в переменное ступенчатой формы с использованием секционного иоточнкка питания, каждая из секций которого посредством двух ключей переменного тока, двух дополнительных ключей и силового трансформатора, образующих в совокупности мостовую схему инвертора, формирует одну ступень выходного наnpHKSfraH преобразователи 13. КПД такого преобразователя достаточно высок, но число ступеней выходного напряжения здесь равно числу источников питания, а число вентилей - 2(N +1). Однако устройство характеризуется сложностью конструкшга. Цель изобретения - упрощение преобра- зова те ля при формировании напряжения с малым коэ(|)фициентом rapvftoHHK. , Поставленная цель достигается тем, что преобразователь постоянного напряже ния в многоступенчатое переменное с ио-: по Ьзованием секционированного источ- ника питания, каждая из N секции которого посредством ключей переменного тока соединена с первичной обмоткой силового трансформатора, вторичная обмотка которого образует выход преобразователя, первичная обмотка силового трансформатора выполнена с отводами, делящими ее ha N секций, каждая из которых посредством ключей переменного тока соединена с соответствующей секцией источника питания, причем крайние выходные выводы последнего через эти ключи соединены с отводом и выводом крайней секции первичной обмотки. В результате число ступеней выходного напряжения равно 2N-3 а число используемых ключевых элементов - (N+1). На фиг, 1 приведен вариант схемы пре образователя постоянного напряжения в переменное трехступенчатой формы; на фиг. 2 -преобразователь постоянного напряжения в переменное пятиступенчатой формы; на фиг. 3 - временные диафрагмы поясняющие работу преобразователя на фиг. 1.. Преобразователь постоянного напряжения в переменное трехступенчатой формы содержит секционированный источник питания 1 из трех секций 2-4, четыре клю ча переменного тока 5-8, силовой трансформатор 9, имеющий первичную обмотку из трех секций 10-12 и вторичную обмо ку 13, нагрузку 14. Преобразователь работает следующим образом. В соответствии с временной диафрагмой замыкания (размыкания-) ключей переменного тока 5-8, приведенной на позициях 15-18 фиг.- 3, на нагрузке 14 преобразователя формируют переменное напряжение 19 трехступенчатой формы. При замыкании ключей 6 и 7 формируют первущ 5 и 7 - вторую, 5 и 6 - третью ступеньки положительной полуволны выодного напряжения преобразователя, а ри замыкании ключей 5 и 8, 6 и 8, 7 8 - те же ступеньки, но отрицательной олуволны. .Оптимальное значение коэфициента гармоник выходного напряжения преобразователя достигается соответ-г ствующим выбором , длительностей и амплитуд ступеней напряжения 19, т. е, лительностью замыкания (размыкания) ключей переменного тока, числом вит-г ов секций первичной обмотки силового трансформатора и уровнями напряжешш секционированного источника питания. Пусть d, с, число вольт на виток для 1, 2, 3, .... п ступени выходного напряжения преобразователя по первичной обмотке силового трансформатора, а t), Ъг,, Ъ -1. .t. bj - то же, по вторичной обмотке. Тогда число витков секции Ч/, W,, Х/ ... Wn силового трансформатора и уровня Е, Е,, ETJ, ... Е f напряжения секционированного источника питания определяются при совместном решении системы уравнений: Ь ; , записанной для периода выходного напряжения преобразователя, где неоднозначность решения устраняется выбором од.ного из уровней напряжения секционированного источнтжа питания. В соответствии с временной диаграммой работы ключей переменного тока 5-8 для трехступенчатой формы выходного напряжения получаем Ьз V щ ,+4(; EI 5 W,, где Exf ,. EQ, Ej - уровни напряжения секций 2-4 источника питания,W, Wo, 3 число витков секций 1О-12 силового трансформатора. Предположим, что необходимо получить выходное напряжение преобразователя трехступенчатой формы с уровнями ступеней 30 В, 45 В, 6О В, Выбираем Е 6 В (величина этого напряжения определяет достигнутый режим работы силового трансфору атора по числу вольт на виток, например, 0,4 В (виток). Тогда; У 15 витков; ,4, Ъ-, О,2; -brj О,3; Ъз .4; 4 0.2 tj О,Зг Ь(, 0,4, (В/витков). Откуда из уравнений (1) получаем ЕЗ 3 В, витков, 4Vj-75 витков, E-f 21 В. 594 Аналогичным образом работает преобразователь с пятиступенчатым выходным напряжением (фиг. 2). Таким образом, в заявляемом устройстве за счет введения промежуточных выводов первичной обмотки силового трансформатора, образующих секщщ, использование другого соотношения витков этих секций и новых соединений ключевых элементов, позволяет.сократить число ключевых элементов и избавиться от их последовательных соединений, что обеспечивает упрощение устройства при формировании напряжения с малым коэффициентом гарМОНИК. Преимущества предложенного решения в сравнении с известным проявляются при N 3. -Формула изобретения Преобразователь постоянного напряже-. ния в многоступенчатое переменное с иопользованкем секционированного источника питания, каждая . .из N секций которого посредством ключей переменного тока 5 соединена с первичной о& «откой силового трансформатора, вторичная обмотка которого образует выход преобразователя, отличающийся тем, что, с целью упрощения при формировании напряжения с малым коэффициенте гармоник, первичная обмотка силового трансформатора вырполнена с промежуточными отводами, д&Л5шшми ее на N секций, каждая вз которых посредством ключей :переменного соединена с соответствующей секцией источника питания, причем крайние последнего через эти ключи соединены с отводом и выводом крайней секции этой первичной обмотки, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Тонкаль В.Е. Синтез автономных инверторов мопудяпионного типа. К., Наукова думка, ,1979, с. 81-83, рис. 48, 49, 51. liLn П П п п п П П П П ,