Преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение Советский патент 1983 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение.

Известны преобразователи, содержащие широтнорегулируемый инвертор с выходным трансформатором и формирующим выходным.фильтром Lll

При работе таких преобразователей на низкой частоте масса и габариты выходных трансформаторов и преобразователя в целом становятся большими.

Для устранения этого недостатка на входе инвертора включают высокочастотный коммутатор с высокочастотным трансформатором и выпрямит ел ем 2.

Однако многократное преобразова-. .ние в силовой цепи приводит к снижению КПД и сложности выполнения устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь;содержащий в силовой части последовательно соединенные высокочастотный коммутатор и мостовой инвертор, выполненный на ключах переменного тока, а в системе управления - задающий генератор с выходным трансформатором, вторичные

обмотки которого соединены с управляющими входами указанных ключей переменного тока, модулятор ширины импульсов и блок обратной связи, на один вход которого подключен выход формирователя опорного синусоидального сигнала, а другой вход.соединен с выходом преобразователя fBj.

В этом преобразователе на выходе

10 инвертора формируется двухполярное импульсное напряжение, в котором модуляции подвергается один фронт импульса. Вследствие этого коэффициент гармоник выходного напряжения, данного

15 преобразователя высок, а из-за значительных динамических потерь в ключах переменного тока инвертора преобразователь имеет низкий КПД.

Цель изобретения - повышение КПД

20 и уменьшение коэффициента гармоник выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что указанный высокочастотный коммутатор выполнен на двух синхронизи25руемых инверторных ячейках, указанн - модулятор ширины импульсов выполнен в виде двух магнитных усилителей, указанный блок обратной связи выпол нен с двумя гальванически связанны30ми противофазными выходами, указанинП выходной трансформатор задающего ген ратора снабжен дополнительной обмоткой, отвод от средней точки крторой соединен с общим выводом выходов бло ка обратной связи, а крайние выво да через введенные ключи соединены с первыми выводами каждой из рабочих и управляющих обмоток магнитных усилителей, вторые выводы рабочих соеди нены с синхронизирующими входами инвекторных ячеек,а вторые выводы управляющих обмоток магнитных усилителей соединены с противофазными выходами блока обратной связи. Кроме того, формирователь синусоидального опорного сигнала и задающий генератор могут быть соедийены между собой цепью взаимной синхронизации. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2временные диаграммы, поясняющие его работу, 1 Преобразователь состоит из силовой части и системы управления. Силовая часть содержит высокочастотный коммутатор, состоящий из двух иденти нах высокочастотных синхронизируемых инверторных ячеек 1 и 2 с трансформа торами 3 и 4 и мостовой инвертор, выполненный на транзисторных ключах 5-8 переменного тока. Вторичные об мотки трансформаторов 3 и 4 соединены последовательно и подключены к .входной диагонали инвертора. Выходная диагональ инвертора через фильтр 9 подключена к нагрузке 10. Система управления содержит формирователь 11 опорного напряжения синусоидальной формы блок 12 обратной связи, задаюг щий генератор 13 с выходным транс форматором 14 и модулятор ширины импульсов в виде двух магнитных усилителей ( МУ. МУ выполнены по схеме с, диодным разделением интервалов и, используются в качестве фасосдвигающих устройств. Их рабочие обмотки 15 - 18 через ограничивающие резисторы 19-22 подключены .к синхронизи рующим входам инверторных ячеек 1 и 2и к дополнительной обмотке трансформатора 14. Управляющие обмотки 23 26 МУ подсоединены к двум противофазным выходам блока обратной связи к той же дополнительной обмотке 27 трансформатора 14. Третий, средний. выход блока обратной связи подключен к .отводу от средней точки обмотки 27 трансформатора 14 и к положительному полюсу источника питания. Входы блока обратной связи подключены к выходу формирователя 11 опорного напряжения и к выходу фильтра 9 Выходные обмотки трансформатора 14 подключены к управляющим входам ключей 5-8 переменного тока. Питание инверторных ячеек 1 и 2 задающего генератора 13 производится от источника входного постоянного напряжения и. Схема работает следующим образом. Задающий генератор 13 формирует на .обмотках трансформатора 14 прямоуголь ные импульсы с длительностью полупериода Тц,. На обмотке 27 относительно отвода от средней точки формируются прямоугольные импульсы напряжения противоположной полярности .с амплитудой nU|,, где п - коэффициент трансформации трансформатора 14, Форма напряжения на обмотке 27 показана на фиг. 2а. Инверторные ячейки 1 и 2 работают в режиме синхронизации с частотой генератора 13. Их синхронизация осуществляется через магнитные усилители. Напряжения Uj и Цд , формируемые на выходных обмотках трансформаторов 3 и 4 инверторных ячеек 1 и 2, сдвинуты по фазе относительно напряжения генератора 13 соответственно на время и tn-i (фиг. 2г, д). Когда полярность напряжения на обмотке 27 трансформатора 14 соответствует рабочим интервалам МУ., к их рабочим обмоткам 15 и 17 или 16 и 18 через синхронизирующие входы ячеек 1 и 2, ограничивающие резисторы и открытые диоды прикладывается напряжение nU(,. При этом сердечники соответствующих дросселей перемагничиваются от индукций В(Э4 ДО индукции насыщения By, где BOI и Вддначальные значения индукций, устанавливаемые в управляющих полупериодах (фиг. 26.в При насыщении сердечников ток в рабочей цепи МУ резко возрастает, что приводит к переключению ключей инверторных ячеек 1 и 2 и смене полярности их выходных напряжений U и Ц. Время перемагничивания сердечников МУ от значений Воддо В. ..определяет временной сдвиг между импульсамИ), формируемыми генератором 13, и импульсами U-, и U. Время перемагничивания связано с параметрами сердечников соотношениями . Bft tvjj: WpQjbatWJMt. -5 всгъ- ° йог 1 NNpQj i3y,at, (.1.) Во4 ° где WP. и Q - соответственно число витков рабочих обмоток и площадь поперечного сечения сердечников дросселей МУ. После насыщения сердечников дросселей и переключения ячеек 1 и 2 в течение оставшейся части рабочего интервала состояние схемы не изменяется. В следукмдем полупериоде работы генератора 13 для сердечников, намагничейных до наступает управляющий интервал. В течение этого интервала к управляющим обмоткам 23 и 25 или 24 и 26 МУ прикладывается сумма напряжений nlly, и напряжения, формируемого на соответствующих выходах блока 12 обратной связи. На выходах блока 12 относительно среднего вывода формируются противофазные управляющие напряжения U Эти напряжения по форме повторяют синусоидальное опорное напряжение с периодом Tg г а по величине пропорциональны разности между средними значениями выходного напряжения.пре образователя и опорного напряжения UOH . В управляющих интервалах сердечн ки МУ размагничиваются от +Вт до зн чений BO, и БОД. Величина В jj, и В определяются из соотнесений . w,,Q f eQt--I v Uv,-u,3at, съ) Ъоъ ° .,Qrlbdt-riwUv,-U,3dt, U); Wi- число витков обмотки упX р вления.. После сложения выходных напряжен и и Цд. получим импульсное напряжение и (фиг. 2е), среднее за Т значение которого равно u., ,,,. (6 где m - .коэффициент трансформации ;трансформаторов 3 и 4. Ключи 5-8 переменного тока управ ляются генератором 13. Одновременно включены либо ключи 5 и 8, либо 6 и Полярность импульсов напряжения Uy в диагонали моста определяется полярностью управляющих напряжений, поэтому на выходе инвертора Формиру ется импульсное напряжение U (фиг. Из выражения (5) с учетом выражений (1) - (4) ,-lSjV . (« T-ili u 6L V4V«/.. VJV. ; v V-YXuvat среднее за Tj 1 где . значение Uy Отсюда видно, что при принятых допу щениях среднее за период значение выходного напряжения инвертора проп ционально среднему значению управля щего напряжения, т. е. полезная средняя составляющая U повторяет по форме среднюю составляющую напря жения управления. Поскольку U по форме повторяет синусоидальное опор ное напряжение, средняя составляюща и 6 также изменяется по синусоидаль ному закону. После выделения этой составляющей фильтром 9 на выходе преобразователя получаем синусоидальное напряжение с низким содержанием высоких гармоник (фиг. 2,3. В предлагаемом преобразователе помимо пропорциональ ности между средними за т значениями выходного и опорного напряжения модул1здии подвергаются оба фронта импульсов Ug , что соответствует модуляции третьего рода (ШИМ-З). Кроме того, поскольку переключение ключей 5-8 переменного тока инвертора происходит в моменты времени, когда к диагонали моста приложено нулевое напряжение, динамические потери на переключение ниже, а КПД выше, ч&л в прототипе. изобретения 1. Преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение, содержгиций а части последовательно соеданенные высдкочастотный KONBjyTaTop и мостовой инвертор, выполненный на ключах переменного тока, а в сист&4б управления - задающей генератор с выходным трансформатором, вторичные обмотки которого соединены с управляю-. щими входами указанных ключей переменного тока, модулятор ширины импульсов, блок обратной связи, иа рдин вход которого подключен дыхсщ формирователя опорного синусоидального сигнала, а другой вход соеда1ней с ВЫХОДСИ4 преобразователя, о т л ичаю14ийся тем, что, с целью повышения КПД и уменьшения коэффициен та гармоник выходного напряжения указанный высокочастотный кокмутатор вь полнен на двух синхронизируемых ииверторных ячейках, указанный модулятор ишрины импульсов выполнен в виде двух магнитных усилителей, указанный блок обратной связи выполнен с двумя гальванически связанными противофазными выходами, укаэаН1а1й выходной трансформатор задающего генератора снабжен дополнительной обмоткой, отвод от средней точки которой соединен с общим выводом выходов блока обратной связи, а крайние выводы через введенные ключи сое;Е: нены с первыми выводг1ми Кс1ждой из рабочих и управлякицих обмоток магнитных усилителей , вторые «выводы рабочих обмоток соединены с синхронизирующими входами инверторных ячеек, а вторые выводы управляющих обмоток магнитных усилителей соединены с противофазными выходами блока обратной связи.. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что формирователь синусоидального опорного сигнала и задающий генератор соединены между собой цепью взаимной синхронизации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Устройство преобразовательной техники. Киев, 1970, вып. 4, с. 114.

2.Авторское свидетельство СССР № 492985, кл. Н 02 М 7/537, 1972.

3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2806495/24-07,

кл. Н 02 М 7/537, 1979.

f

.я