RU2282934C1 - Voltage inverter with protection of transformer from one-sided saturation - Google Patents
Voltage inverter with protection of transformer from one-sided saturation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2282934C1 RU2282934C1 RU2005103673/09A RU2005103673A RU2282934C1 RU 2282934 C1 RU2282934 C1 RU 2282934C1 RU 2005103673/09 A RU2005103673/09 A RU 2005103673/09A RU 2005103673 A RU2005103673 A RU 2005103673A RU 2282934 C1 RU2282934 C1 RU 2282934C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- winding
- cycle
- transformer
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в преобразователях постоянного напряжения в переменное.The invention relates to the field of electrical engineering and is intended for use in DC-AC converters.
Известны устройства для преобразования постоянного напряжения в переменное посредством периодического переключения полярности напряжения, подаваемого на первичные обмотки силового трансформатора, с выхода которого снимают переменное напряжение для подключения нагрузки. Они имеют недостаток - возникновение одностороннего насыщения магнитопровода силового трансформатора при изменениях входного напряжения, асимметрии нагрузки или элементов схемы.Known devices for converting direct voltage to alternating by periodically switching the polarity of the voltage supplied to the primary windings of the power transformer, the output of which remove the alternating voltage to connect the load. They have a drawback - the occurrence of one-sided saturation of the magnetic core of a power transformer with changes in input voltage, load asymmetry, or circuit elements.
Известны устройства с устранением этого недостатка путем применения средств обнаружения магнитного насыщения магнитопровода силового трансформатора с контролем напряжения на выходе дополнительно введенного в схему трансформатора тока.Known devices for eliminating this drawback by using means for detecting magnetic saturation of the magnetic core of a power transformer with voltage control at the output of a current transformer additionally introduced into the circuit.
В частности, контроль начала насыщения магнитопровода осуществляется путем контроля напряжения на выходе трансформатора тока и определения второй производной от тока в силовом трансформаторе [1]. Однако в преобразователе постоянного напряжения в переменное для такого решения необходимы отдельный трансформаторный датчик тока и сложные быстродействующие средства контроля второй производной, что усложняет конструкцию.In particular, the control of the beginning of saturation of the magnetic circuit is carried out by monitoring the voltage at the output of the current transformer and determining the second derivative of the current in the power transformer [1]. However, in a DC-AC converter, such a solution requires a separate transformer current sensor and complex high-speed means of monitoring the second derivative, which complicates the design.
Известны схемы предотвращения асимметричного насыщения магнитопровода силового трансформатора с компенсацией насыщения противоположно направленным воздействием, с дополнительным питанием обмотки трансформатора током противоположной полярности [2].Known schemes for preventing asymmetric saturation of the magnetic core of a power transformer with saturation compensation in the opposite direction, with additional power supply to the transformer winding with a current of opposite polarity [2].
Однако это усложняет конструкцию и в мощных инверторах приводит к ухудшению массогабаритных показателей.However, this complicates the design and in powerful inverters leads to a deterioration in overall dimensions.
Известно устройство предотвращения насыщения трансформатора - инвертор для работы с емкостной нагрузкой - люминесцентной лампой [3].A device for preventing saturation of a transformer is known — an inverter for operation with a capacitive load — a fluorescent lamp [3].
Инвертор содержит схемы контроля постоянной и переменной составляющих при управлении транзисторными ключами и средства предотвращения насыщения трансформатора. Недостатком являются неудовлетворительные массогабаритные показатели и сложность конструкции.The inverter contains control circuits for the constant and variable components when controlling transistor switches and means to prevent saturation of the transformer. The disadvantage is unsatisfactory weight and size indicators and the complexity of the design.
Известно также использование двух датчиков насыщения для борьбы с насыщением трансформатора, однако это существенно усложняет конструкцию [4].It is also known the use of two saturation sensors to combat saturation of the transformer, however, this significantly complicates the design [4].
Ближайшим известным аналогом является патент РФ [5]. В этом устройстве выполняется ограничение одностороннего насыщения трансформатора импульсного преобразователя напряжения с использованием средств выявления сигнала, пропорционального току намагничивания трансформатора, средств сравнения его с заданным опорным сигналом, пропорциональным максимальному допустимому току намагничивания, и средств формирования управляющего сигнала, корректирующего режим перемагничивания трансформатора.The closest known analogue is a patent of the Russian Federation [5]. This device restricts the one-sided saturation of the transformer of a pulse voltage converter using means for detecting a signal proportional to the magnetization current of the transformer, means for comparing it with a given reference signal proportional to the maximum permissible magnetization current, and means for generating a control signal that corrects the magnetization reversal mode of the transformer.
Недостаток такого устройства заключается в сложности практической реализации такого решения в конструкции, так как для этого необходимы средства выявления сигнала, пропорционального току намагничивания трансформатора, а также, для выполнения измерений и контроля магнитного поля в магнитопроводе, необходима сложная конструкция магнитопровода трансформатора, в котором требуется выделить часть магнитопровода, создать короткозамкнутый виток, охватывающий эту выделенную часть магнитопровода трансформатора, и к нему подключать средства измерения тока, что усложняет конструкцию как самого магнитопровода, так и преобразователя в целом.The disadvantage of this device is the complexity of the practical implementation of such a solution in the design, since this requires means of detecting a signal proportional to the magnetization current of the transformer, and also, to perform measurements and control the magnetic field in the magnetic circuit, a complex construction of the magnetic circuit of the transformer is required, in which it is necessary to isolate part of the magnetic circuit, create a short-circuited coil covering this selected part of the transformer magnetic circuit, and connect means to it and current measurements, which complicates the design of both the magnetic circuit itself and the converter as a whole.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в предотвращении одностороннего насыщения силового трансформатора инвертора-преобразователя напряжения при возникновении условий работы, приводящих к асимметрии тока и напряжения, а также упрощении конструкции за счет исключения функциональных узлов, в которых используют специальный трансформатор тока либо иные конструктивно сложные решения для выявления одностороннего насыщения магнитопровода силового трансформатора.The problem to which the claimed invention is directed is to prevent one-sided saturation of the power transformer of the inverter-voltage converter when operating conditions arise leading to asymmetry of current and voltage, as well as simplifying the design by eliminating functional units that use a special current transformer or other structurally complex solutions for detecting one-sided saturation of the magnetic core of a power transformer.
Для решения поставленной задачи предложено следующее техническое решение.To solve this problem, the following technical solution is proposed.
Инвертор содержит средства, обеспечивающие на его выходе стабилизацию действующего значения напряжения в заданном диапазоне допустимых величин. При этом одностороннее насыщение предотвращается применением средств, которые обеспечивают равенство вольт-секундных площадей в положительный и отрицательный полупериоды формируемого напряжения и равенство магнитных потоков в магнитопроводе силового трансформатора, выполненного с двумя одинаковыми последовательно соединенными первичными силовыми обмотками.The inverter contains means providing at its output stabilization of the effective voltage value in a given range of permissible values. In this case, one-sided saturation is prevented by the use of means that ensure the equality of volt-second areas in the positive and negative half-periods of the generated voltage and the equality of magnetic fluxes in the magnetic core of the power transformer, made with two identical primary power windings connected in series.
Предложенное решение характеризуется следующими признаками.The proposed solution is characterized by the following features.
Инвертор-преобразователь постоянного напряжения в переменное со стабилизацией действующего значения выходного напряжения содержит следующие основные элементы.The inverter-converter DC to AC with stabilization of the effective value of the output voltage contains the following main elements.
Силовой трансформатор с первой и второй последовательно соединенными первичными обмотками, точка соединения которых подключена к одному выводу для источника питания, а концы первой и второй обмоток через управляемые коммутаторы подсоединены к второму выводу для источника питания. Средство управления коммутаторами, предназначенное для поочередного подключения этих обмоток к второму выводу для источника питания с целью начала формирования первого полупериода переменного напряжения в первой обмотке и начала формирования второго полупериода - во второй обмотке. Тактовый генератор, выход которого подключен к средству управления коммутаторами.A power transformer with the first and second series-connected primary windings, the connection point of which is connected to one terminal for the power source, and the ends of the first and second windings are connected through the managed switches to the second terminal for the power source. Switch management tool designed to alternately connect these windings to a second terminal for a power source in order to start forming a first half-period of alternating voltage in the first winding and start forming a second half-period in the second winding. A clock generator whose output is connected to a switch management tool.
Предложенное решение отличается от известных следующей совокупностью признаков и дополнительно введенными основными узлами и элементами.The proposed solution differs from the known by the following set of features and additionally introduced by the main nodes and elements.
Средства выявления напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, подсоединенные входами к первой и второй обмоткам и выполненные с возможностью воспринимать сигналы со второй обмотки при формировании в первой обмотке напряжения первого полупериода и воспринимать сигналы с первой обмотки при формировании во второй обмотке напряжения второго полупериода.Means for detecting a voltage proportional to the EMF of the magnetization of the transformer core, connected by inputs to the first and second windings and configured to receive signals from the second winding when the first half-voltage is generated in the first winding and to receive signals from the first winding when the second half-voltage is generated in the second winding.
Средство вычисления действующего значения напряжения, формируемого в первый полупериод в первой обмотке, подсоединенное входом к средству выявления напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, снимаемого со второй обмотки трансформатора. Источник опорного напряжения, пропорционального заданной величине действующего значения напряжения, которое должно быть сформировано в первый полупериод. Средство сравнения действующего значения текущего напряжения первого полупериода с опорным напряжением источника опорного напряжения, подсоединенное входами к источнику опорного напряжения и к выходу средства вычисления действующего значения напряжения, формируемого в первый полупериод, и выход этого средства сравнения соединен с тем входом средства управления коммутаторами, который предназначен для прекращения формирования напряжения первого полупериода при достижении равенства действующего значения текущего напряжения первого полупериода с опорным напряжением. Средство вычисления среднего значения напряжения первого полупериода, формируемого в первой обмотке, подсоединенное входом к средству выявления напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, снимаемого со второй обмотки. Средство, запоминающее среднее значение напряжения, сформированного в первый полупериод, подсоединенное входом к выходу средства вычисления среднего значения сформированного напряжения первого полупериода. Средство вычисления среднего значения напряжения второго полупериода, формируемого во второй обмотке, подсоединенное входом к средству выявления напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, снимаемого с первой обмотки. Средство сравнения среднего значения текущего напряжения второго полупериода с запомненным средним значением напряжения первого полупериода, подсоединенное входами к выходу средства вычисления среднего значения текущего напряжения второго полупериода, формируемого во второй обмотке, и к выходу средства, запоминающего среднее значение напряжения, сформированного в первый полупериод, а выход этого средства сравнения соединен с тем входом средства управления коммутаторами, который предназначен для прекращения формирования напряжения второго полупериода при равенстве среднего значения текущего напряжения второго полупериода с запомненным средним значением напряжения первого полупериода.Means for calculating the effective value of the voltage generated in the first half-cycle in the first winding, connected by an input to the means for detecting a voltage proportional to the EMF of the magnetization of the core of the transformer removed from the second winding of the transformer. The reference voltage source is proportional to the specified value of the effective voltage value, which should be generated in the first half-cycle. The means for comparing the actual value of the current voltage of the first half-period with the reference voltage of the reference voltage source, connected by the inputs to the reference voltage source and to the output of the means for calculating the effective voltage value generated in the first half-period, and the output of this comparison means is connected to that input of the switch control device, which is intended to stop the formation of the voltage of the first half-cycle when the equality of the effective value of the current voltage of the first about half-cycle with a reference voltage. Means for calculating the average voltage value of the first half-cycle generated in the first winding, connected by an input to a means for detecting a voltage proportional to the magnetizing EMF of the transformer core, removed from the second winding. Means storing the average value of the voltage generated in the first half-cycle, connected to the input of the output of the means for calculating the average value of the generated voltage of the first half-cycle. Means for calculating the average voltage value of the second half-cycle generated in the second winding, connected by an input to the means for detecting a voltage proportional to the EMF of the magnetization of the transformer core removed from the first winding. Means for comparing the average value of the current voltage of the second half-cycle with the stored average value of the voltage of the first half-cycle, connected by the inputs to the output of the means for calculating the average value of the current voltage of the second half-cycle, formed in the second winding, and to the output of the tool that remembers the average value of the voltage generated in the first half-cycle, and the output of this comparison tool is connected to that input of the switch management tool, which is designed to stop the formation of voltage I the second half-cycle with equal average current voltage of the second half-cycle with the stored mean value of voltage of the first half cycle.
И, кроме того, с целью устранения остаточного намагничивания магнитопровода трансформатора, параллельно по меньшей мере одной из обмоток трансформатора подсоединен управляемый средством управления коммутаторами ключ для короткого замыкания этой обмотки, выполненный с возможностью замыкать эту обмотку только при одновременно разомкнутых коммутаторах питания первой и второй обмоток, когда эти обмотки отключены от источника питания.And, in addition, in order to eliminate the residual magnetization of the transformer magnetic circuit, parallel to at least one of the transformer windings is connected a switch controlled by the switch control means for short-circuiting this winding, configured to close this winding only when the power switches of the first and second windings are simultaneously open, when these windings are disconnected from the power source.
Схемы инвертора-преобразователя постоянного напряжения в переменное со стабилизацией действующего значения выходного напряжения представлены на фиг.1-3.The circuit of the inverter-converter DC to AC with stabilization of the effective value of the output voltage is shown in figures 1-3.
На фиг.1 показана схема инвертора. Средства выявления напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, размещены в соответствующих каналах контроля, измерения и управления формированием полупериодов напряжения и подсоединены к обмоткам через управляемые коммутаторы. Для короткого замыкания последовательно соединенных первой и второй обмоток, когда они отключены от источника питания, использован один ключ.Figure 1 shows the circuit of the inverter. Means for detecting a voltage proportional to the EMF of the magnetization of the transformer core are located in the corresponding channels for monitoring, measuring and controlling the formation of half-periods of voltage and are connected to the windings through controlled switches. For a short circuit of the first and second windings connected in series, when they are disconnected from the power source, one key is used.
На фиг.2 показан инвертор, в котором для раздельного короткого замыкания каждой из последовательно соединенных первой и второй обмоток, когда они отключены от источника питания, использован сдвоенный ключ.Figure 2 shows the inverter, in which for a separate short circuit of each of the series-connected first and second windings, when they are disconnected from the power source, a double key is used.
На фиг.3 показан инвертор, в котором средства выявления напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, сосредоточены в соответствующих каналах контроля, измерения и управления формированием полупериодов напряжения и подсоединены непосредственно к обмоткам. Для короткого замыкания последовательно соединенных первой и второй обмоток, когда они отключены от источника питания, в схеме содержится один ключ.Figure 3 shows an inverter in which the means for detecting a voltage proportional to the EMF of the magnetization of the core of the transformer are concentrated in the corresponding channels for monitoring, measuring and controlling the formation of half-periods of voltage and are connected directly to the windings. For a short circuit of the first and second windings connected in series, when they are disconnected from the power source, the circuit contains one key.
На фиг.1-3 приняты следующие обозначения.Figure 1-3 adopted the following notation.
1, 2 - входные выводы питания;1, 2 - input power pins;
3, 4 - выходные выводы;3, 4 - output conclusions;
5 - силовой трансформатор;5 - power transformer;
6 - первая обмотка;6 - the first winding;
7 - вторая обмотка;7 - second winding;
8 - выходная обмотка;8 - output winding;
9, 10 - коммутаторы;9, 10 - switches;
11 - средство управления коммутаторами и ключами;11 - management tool switches and keys;
12 - тактовый генератор;12 - clock generator;
13 - канал контроля, измерения и управления формированием напряжения первого полупериода;13 - channel for monitoring, measuring and controlling the formation of voltage of the first half-cycle;
14 - канал контроля, измерения и управления формированием напряжения второго полупериода;14 - channel for monitoring, measuring and controlling the formation of voltage of the second half-cycle;
15 - источник опорного напряжения, пропорционального заданной величине действующего значения напряжения, которое должно быть сформировано в первый полупериод;15 is a reference voltage source proportional to a given value of the effective voltage value, which should be generated in the first half-cycle;
16 - средство вычисления действующего значения напряжения, формируемого в первый полупериод в первой обмотке;16 - means for calculating the effective value of the voltage generated in the first half-period in the first winding;
17 - средство сравнения действующего значения текущего напряжения первого полупериода с опорным напряжением источника опорного напряжения;17 - means for comparing the current value of the current voltage of the first half-cycle with the reference voltage of the reference voltage source;
18 - средство вычисления среднего значения напряжения первого полупериода, формируемого в первой обмотке;18 - means for calculating the average voltage value of the first half-cycle formed in the first winding;
19 - средство вычисления среднего значения напряжения второго полупериода, формируемого во второй обмотке;19 - means for calculating the average voltage value of the second half-cycle generated in the second winding;
20 - средство, запоминающее среднее значение напряжения, сформированного в первый полупериод;20 is a tool that stores the average value of the voltage generated in the first half-cycle;
21 - средство сравнения среднего значения текущего напряжения второго полупериода с запомненным средним значением напряжения первого полупериода;21 - means for comparing the average value of the current voltage of the second half-cycle with the stored average voltage value of the first half-cycle;
22 - ключ для короткого замыкания обмоток в промежутки времени, когда они отключены от источника питания;22 - key for short circuit windings at intervals when they are disconnected from the power source;
23 - первое средство для выделения с второй обмотки напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора при формировании на первой обмотке первого полупериода напряжения;23 - the first means for isolating from the second winding a voltage proportional to the EMF of the magnetization of the transformer core when forming the first half-period of voltage on the first winding;
24 - второе средство для выделения с первой обмотки напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора при формировании на второй обмотке второго полупериода напряжения.24 - second means for isolating from the first winding a voltage proportional to the EMF of the magnetization of the transformer core when forming a second voltage half-period on the second winding.
В схеме инвертора фиг.1 входные выводы 1, 2 предназначены для подачи на инвертор постоянного напряжения с источника питания.In the circuit of the inverter of figure 1, the input terminals 1, 2 are designed to supply a constant voltage to the inverter from a power source.
Выходные выводы 3, 4 инвертора предназначены для подачи на внешнюю нагрузку переменного напряжения, стабилизированного по величине действующего значения с заданной погрешностью и находящегося в диапазоне от минимального до максимального значения.The
Силовой трансформатор 5 содержит две последовательно соединенные обмотки: первую обмотку 6 и вторую обмотку 7; отвод от точки их соединения подсоединен к входному выводу 1 для подключения к источнику питания.The
Выходная обмотка 8 трансформатора 5 соединена с выходными выводами 3, 4 для подключения нагрузки.The output winding 8 of the
Выводы концов второй обмотки 7 и первой обмотки 6 соединены с управляемыми коммутаторами 9 и 10, которые выполнены с возможностью поочередного подключения концов этих обмоток к входному выводу питания 2 по сигналам средства 11 управления коммутаторами и ключами.The findings of the ends of the second winding 7 and the first winding 6 are connected to controlled
Средство 11 управления коммутаторами и ключами предназначено для управления коммутаторами 9, 10, для управления началом и окончанием формирования напряжений первого и второго полупериодов, а также и для управления ключом 22, осуществляющим короткое замыкание обмоток 6, 7, когда они отключены коммутаторами 9, 10 от источника питания.The switch and key management means 11 is intended to control the
Коммутаторы 9 и 10 предназначены для поочередного подключения либо второй обмотки 7, либо первой обмотки 6 к выводу питания 2, а также для подключения обмотки 6 или 7, которая в это время не подключена к источнику питания, к соответствующему каналу 14 или 13, предназначенному для контроля, измерения и управления формированием полупериодов напряжения. Средства выявления напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, не показаны и содержатся в каналах 13 и 14. Они включают в себя активные сопротивления и, при необходимости, иные элементы, например, для масштабирования, компенсации систематических погрешностей, ограничители и фильтры.The
Управляющие входы коммутаторов 9 и 10 подсоединены к выходам средства 11 управления коммутаторами и ключами. Тактовый генератор 12 служит для генерирования импульсов, которые задают частоту формируемого переменного напряжения; выход этого генератора соединен с входом средства 11 управления коммутаторами и ключами.The control inputs of the
Вход канала 13, предназначенного для контроля и измерения напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, и для управления формированием напряжения первого полупериода, а также вход канала 14, предназначенного для контроля и измерения напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, и управления формированием напряжения второго полупериода, подсоединены к выходным измерительным выводам коммутаторов 9, 10. Эти коммутаторы предназначены для коммутации силовых цепей питания обмоток 6, 7 трансформатора 5 инвертора. Кроме того, каждый из них содержит средства, которые при разомкнутой этим коммутатором силовой цепи передают на выходные измерительные выводы данного коммутатора сигналы с соответствующей обмотки трансформатора, соединенной с входом этого коммутатора, например полупроводниковые ключи. Коммутаторы 9, 10 имеют входные выводы, соединенные соответственно с второй обмоткой 7 и первой обмоткой 6 трансформатора 5, выходные силовые выводы, соединенные с входным выводом питания 2, а также выходные измерительные выводы, соединенные с входами каналов 13, 14 контроля, измерения и управления формированием напряжений первого и второго полупериодов. Выходы каналов 13 и 14 соединены с входами средства 11, предназначенного для управления коммутаторами.The input of the
Канал 13 контроля, измерения и управления формированием напряжения первого полупериода содержит средство выявления напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, и следующие схемы.
Источник 15 опорного напряжения, пропорционального заданной величине действующего значения напряжения, которое должно быть сформировано в первый полупериод.The
Средство вычисления 16, предназначенное для вычисления действующего значения текущего напряжения первого полупериода.The means of
Средство сравнения 17, предназначенное для сравнения действующего значения текущего напряжения первого полупериода с опорным напряжением источника опорного напряжения 15.
Средство 18, предназначенное для вычисления среднего значения напряжения, формируемого в первый полупериод в первой обмотке 6.Means 18, designed to calculate the average voltage generated in the first half-period in the first winding 6.
Входы средства 16 вычисления действующего значения текущего напряжения первого полупериода и средства 18 вычисления среднего значения напряжения первого полупериода подсоединены к коммутатору 9. Выход средства 17 сравнения действующего значения текущего напряжения первого полупериода с опорным напряжением источника 15 подключен на вход средства 11 управления коммутаторами 9, 10 и ключом 22.The inputs of the
Канал 14 контроля, измерения и управления формированием напряжения второго полупериода содержит средство выявления напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, и следующие схемы.
Средство 19, предназначенное для вычисления среднего значения текущего напряжения второго полупериода, формируемого во второй обмотке 7.Means 19, designed to calculate the average current value of the second half-cycle generated in the second winding 7.
Запоминающее средство 20, предназначенное для запоминания среднего значения напряжения, сформированного в первый полупериод.A storage means 20 for storing an average voltage value generated in a first half-cycle.
Средство 21, предназначенное для сравнения среднего значения текущего напряжения второго полупериода с запомненным средним значением напряжения первого полупериода.Means 21, designed to compare the average value of the current voltage of the second half-cycle with the stored average voltage value of the first half-cycle.
Вход средства 19 вычисления среднего значения текущего напряжения второго полупериода подсоединен к выходному измерительному выводу коммутатора 10.The input of
Выход средства 21 сравнения среднего значения текущего напряжения второго полупериода с запомненным средним значением напряжения первого полупериода подключен на вход средства 11, управляющего коммутаторами 9, 10 и ключом 22.The output of the
Вход средства 20, запоминающего среднее значение сформированного напряжения первого полупериода, подсоединен к выходу средства 18 вычисления среднего значения сформированного напряжения первого полупериода.The input of the
Ключ 22 предназначен для короткого замыкания последовательно соединенных обмоток 6 и 7 в те промежутки времени, когда они отключены от источника питания.The key 22 is designed to short circuit the series-connected
Каждое из средств выявления напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, содержит активное сопротивление, находящееся в каналах 13, 14 и подключаемое через соответствующий коммутатор параллельно обмотке, с которой снимаются сигналы, необходимые для дальнейшей обработки в каналах 13, 14.Each of the means for detecting the voltage proportional to the EMF of the magnetization of the transformer core contains an active resistance located in the
Инвертор по фиг.1 работает следующим образом. Постоянное напряжение поступает с источника питания на входные выводы 1, 2, подается на точку соединения обмоток 6, 7 трансформатора 5 и на силовые входы коммутаторов 9 и 10. Коммутаторы 9 и 10, управляемые средством 11 управления коммутаторами и ключами, поочередно подключают к выводу 2 концы обмоток 7 и 6, преобразуя постоянное напряжение в переменное, частота которого задается тактовым генератором 12. Один выход тактового генератора 12 предназначен для управления началом формирования первого полупериода, а второй выход - для управления началом формирования второго полупериода. Выходное переменное напряжение, стабилизированное по величине действующего значения с заданной погрешностью и лежащее в диапазоне от минимального до максимального значения, снимается с выходной обмотки 8 трансформатора 5, подсоединенной к выходным выводам 3, 4.The inverter of figure 1 works as follows. A constant voltage is supplied from the power source to the input terminals 1, 2, and is supplied to the connection point of the
Первый полупериод выходного напряжения формируется в первой обмотке 6. Формирование первого полупериода начинается с поступления сигнала с выхода тактового генератора 12 на вход средства 11 управления коммутаторами и ключами, затем с выхода этого средства 11 управляющий сигнал подается на вход коммутатора 10, переключая его в состояние, при котором начинает протекать ток через первую обмотку 6, подключенную через коммутатор 10 к выводу 2. Первая обмотка 6 в течение первого полупериода выполняет функции входной силовой обмотки трансформатора 5 инвертора.The first half-cycle of the output voltage is formed in the first winding 6. The formation of the first half-cycle begins with a signal from the output of the
В течение первого полупериода вторая обмотка 7 нагружена на активное сопротивление и выполняет функции измерительной обмотки, и с подсоединенного к ней активного сопротивления снимается текущее напряжение, пропорциональное ЭДС намагничивания сердечника трансформатора. При этом вторая обмотка 7 через выходные измерительные выводы коммутатора 9 подключена к средству выявления напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, далее - на вход средства 16 вычисления действующего значения текущего напряжения первого полупериода, формируемого в первый полупериод в первой обмотке 6, и на вход средства 18 вычисления среднего значения напряжения первого полупериода.During the first half-cycle, the second winding 7 is loaded on the active resistance and performs the functions of a measuring winding, and the current voltage proportional to the magnetization EMF of the transformer core is removed from the active resistance connected to it. In this case, the second winding 7 through the output test leads of the
Средство вычисления действующего значения напряжения 16 выполняет вычисления действующего значения текущего напряжения первого полупериода, обрабатывая сигналы, которые снимаются с второй обмотки 7 силового трансформатора 5. С выхода средства 16 результаты измерений и вычислений действующего значения текущего напряжения поступают на первый вход средства сравнения 17, а на второй вход средства сравнения 17 с источника опорного напряжения 15 подается напряжение, пропорциональное заданной величине действующего значения напряжения, которое должно быть сформировано в первый полупериод. Средство сравнения 17 сравнивает действующее значение текущего напряжения, формируемого в первый полупериод, с заданной опорной величиной.The means for calculating the effective value of
При достижении равенства вычисляемого действующего значения текущего напряжения, формируемого в первый полупериод, с заданной опорной величиной с выхода средства 17 сравнения действующего значения текущего напряжения первого полупериода с опорным напряжением источника опорного напряжения на вход средства 11 управления коммутаторами и ключами подается сигнал на завершение формирования первого полупериода. После этого с выхода упомянутого средства 11 на вход коммутатора 10 поступает сигнал, по которому первая обмотка 6 силового трансформатора 5 отключается от источника питания, вывода 2.Upon reaching the equality of the calculated effective value of the current voltage generated in the first half-cycle with a given reference value from the output of the
Помимо этого, средство вычисления среднего значения напряжения 18 вычисляет среднее значение напряжения, сформированного в первый полупериод. С выхода средства вычисления среднего значения напряжения 18 результат вычислений среднего значения напряжения, сформированного в первый полупериод, подается на вход запоминающего средства 20 канала 14 контроля, измерения и управления формированием напряжения второго полупериода, где этот результат запоминается на время, необходимое для формирования второго полупериода.In addition, the means for calculating the
После завершения формирования первого полупериода коммутатор 9 разомкнут, а коммутатор 10 еще не замкнут; в этот промежуток времени замыкается ключ 22, который размыкается до замыкания коммутатора 9. При этом ликвидируется возможное остаточное намагничивание магнитопровода трансформатора.After completion of the formation of the first half-period, the
Второй полупериод выходного напряжения формируется во второй обмотке 7. Формирование второго полупериода начинается с поступления сигнала с выхода тактового генератора 12 на вход средства 11 управления коммутаторами и ключами, затем с выхода этого средства 11 на управляющий вход коммутатора 9 начинает протекать ток через вторую обмотку 7, подключенную через коммутатор 9 к выводу 2.The second half-cycle of the output voltage is formed in the second winding 7. The formation of the second half-cycle begins with a signal from the output of the
Вторая обмотка 7 в течение второго полупериода выполняет функции входной силовой обмотки трансформатора 5 инвертора. Первая обмотка 6 в течение второго полупериода выполняет функции измерительной обмотки, она через выходные измерительные выводы коммутатора 10 нагружена на активное сопротивление, с которого снимается текущее напряжение, пропорциональное ЭДС намагничивания сердечника трансформатора; к выводу питания 2 коммутатором 9 она не подключена. Сигналы с первой обмотки 6 через выходные измерительные выводы коммутатора 10 поступают на вход средства 19 вычисления среднего значения текущего напряжения второго полупериода, формируемого во второй обмотке 7.The second winding 7 during the second half-cycle performs the functions of the input power winding of the
Средство вычисления среднего значения 19 выполняет вычисления среднего значения текущего напряжения второго полупериода, формируемого во второй обмотке 7, и для вычислений используются сигналы, поступающие при этом с выходных измерительных выводов коммутатора 10, подключенного к первой обмотке 6.The means for calculating the
С выхода средства 19 вычисления среднего значения напряжения второго полупериода текущие результаты измерений поступают на первый вход средства сравнения 21, а на второй вход средства сравнения 21 с запоминающего средства 20 подается напряжение, пропорциональное среднему значению напряжения, сформированного в первый полупериод. Средство сравнения 21 сравнивает среднее значение текущего напряжения с запомненной величиной.From the output of the means for calculating the average voltage value of the second half-period, the current measurement results are supplied to the first input of the comparison means 21, and the voltage proportional to the average value of the voltage generated in the first half-time is supplied to the second input of the means of
При достижении равенства вычисляемого среднего значения текущего напряжения с запомненной величиной с выхода средства сравнения 21 на вход средства 11 управления коммутаторами и ключами подается сигнал на завершение формирования второго полупериода. После этого с выхода упомянутого средства 11 на вход коммутатора 9 поступает сигнал, по которому первая обмотка 6 силового трансформатора 5 отключается коммутатором 9 от источника питания, вывода 2.Upon reaching the equality of the calculated average value of the current voltage with a stored value from the output of the
После завершения формирования второго полупериода коммутатор 10 разомкнут, а коммутатор 9 еще не замкнут; в этот промежуток времени замыкается ключ 22, который размыкается до замыкания коммутатора 10. При этом ликвидируется возможное остаточное намагничивание магнитопровода трансформатора.After completion of the formation of the second half-period, the
Частота выходного напряжения инвертора задается тактовым генератором периодических импульсов 12, выход которого подключен на вход средства 11 управления коммутаторами и ключами. Формирование напряжений первого и второго полупериодов начинается при поступлении на упомянутое средство 11 импульсов с выхода тактового генератора 12, а завершается управляющими сигналами с выходов каналов 13 и 14.The frequency of the output voltage of the inverter is set by the clock of
С началом формирования напряжения первого полупериода ток от источника питания начинает протекать через первую обмотку 6 трансформатора 5, а вторая обмотка 7 становится измерительной. С началом формирования напряжения второго полупериода ток от источника питания начинает протекать через вторую обмотку 7 трансформатора 5, а первая обмотка 6 становится измерительной.With the beginning of the formation of the voltage of the first half-cycle, the current from the power source begins to flow through the first winding 6 of the
Измеряемые сигналы первого полупериода с выходного измерительного вывода коммутатора 9 подаются на вход канала 13 контроля, измерения и управления напряжением первого полупериода, содержащего два средства измерения текущего напряжения, формируемого в первый полупериод:The measured signals of the first half-cycle from the output measuring output of the
- на вход средства 16 вычисления действующего значения текущего напряжения, формируемого в первый полупериод в первой обмотке 6;- at the input of the
- на вход средства вычисления среднего значения напряжения первого полупериода, формируемого в первой обмотке 6.- the input means of calculating the average voltage value of the first half-cycle formed in the first winding 6.
Измеряемые сигналы второго полупериода с измерительного вывода коммутатора 10 подаются на вход канала 14 контроля, измерения и управления напряжением второго полупериода, содержащего только одно средство измерения текущего напряжения, формируемого во второй полупериод, - на вход средства 19 вычисления среднего значения текущего напряжения второго полупериода, формируемого во второй обмотке 7.The measured signals of the second half-cycle from the measuring output of the
Средства вычисления 16, 18, 19 начинают выполнять измерения практически с момента начала сигнала на выходе средства 11 управления коммутаторами и ключами.The computing means 16, 18, 19 begin to measure almost from the moment the signal starts at the output of the switch and key management means 11.
Источник опорного напряжения 15 задает величину действующего значения напряжения, которое должно быть сформировано в первый полупериод. Его выход соединен с первым входом средства сравнения 17 действующего значения текущего напряжения первого полупериода с опорным напряжением источника опорного напряжения. На второй вход этого средства сравнения 17 поступает сигнал со средства 16 вычисления действующего значения напряжения, формируемого в первый полупериод в первой обмотке 6, и выполняется сравнение измеренного действующего значения напряжения на выходе средства 16 с опорным сигналом. При достижении равенства действующего значения напряжения с опорным с выхода средства сравнения 17 на первый управляющий вход средства 11 управления коммутаторами и ключами поступает сигнал на прекращение формирования напряжения; происходит завершение измерений и установка в исходное состояние готовности к очередным измерениям.The
Процессы измерений средством 18 вычисления среднего значения напряжения первого полупериода, формируемого в первой обмотке 6, и средством 16 вычисления действующего значения напряжения, формируемого в первый полупериод в первой обмотке 6, начинаются и завершаются одновременно.Measurement processes by
Измеренное среднее значение напряжения с выхода упомянутого средства вычисления 16 поступает на первый вход содержащегося в канале 14 средства 20, запоминающего среднее значение напряжения, сформированного в первый полупериод, где оно хранится по меньшей мере до завершения процесса формирования напряжения второго полупериода. Когда измеряемые сигналы второго полупериода с выходного измерительного вывода коммутатора 10 поступают на вход средства вычисления среднего значения напряжения 19, последний начинает выполнять вычисления с момента поступления начала сигнала. Напряжение с выхода средства вычисления 19, пропорциональное среднему значению напряжения, сформированного во второй полупериод, поступает на первый вход средства 21 сравнения среднего значения текущего напряжения второго полупериода с запомненным средним значением напряжения первого полупериода; на его второй вход с выхода запоминающего средства 20 подается напряжение, пропорциональное среднему значению напряжения, сформированного в первый полупериод. При равенстве этих напряжений на выходе средства 21 сравнения среднего значения текущего напряжения второго полупериода с запомненным средним значением напряжения первого полупериода формируется сигнал, который поступает на второй вход средства 11 управления коммутаторами и ключами, и формирование напряжения второго полупериода завершается. Одновременно с выхода упомянутого средства сравнения 21 сигнал подается также на второй вход запоминающего средства 20, устанавливая его в исходное состояние готовности к очередному запоминанию.The measured average voltage value from the output of the aforementioned calculation means 16 is fed to the first input of the
Равенство вольт-секундных площадей первого и второго полупериода, которое обеспечивается при формировании второго полупериода, предотвращает возникновение и накапливание одностороннего насыщения магнитопровода трансформатора.The equality of the volt-second areas of the first and second half-periods, which is ensured by the formation of the second half-period, prevents the occurrence and accumulation of one-sided saturation of the transformer magnetic circuit.
Средства вычисления 16, 18, 19 после каждого завершения измерений за соответствующий полупериод автоматически устанавливаются в исходное состояние готовности к очередным измерениям.The
Средства выявления напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, содержатся в каналах 13 и 14, но в других вариантах исполнения средства выявления напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, могут быть установлены в других местах, например в коммутаторах 9, 10, а не в каналах 13 и 14.Means for detecting a voltage proportional to the EMF of the magnetization of the transformer core are contained in
В схеме инвертора фиг.2 применен сдвоенный ключ 22, подсоединенный к концам последовательно соединенных обмоток 6, 7. Это уменьшает коммутируемые напряжения на ключах. При отключенных коммутаторами 9, 10 от источника питания обмотках 6, 7 ключом 22 осуществляется короткое замыкание каждой из обмоток 6, 7. В остальном устройство и работа аналогичны фиг.1.In the circuit of the inverter of figure 2, a
В схеме инвертора фиг.3 введены средства 23 и 24, которые входят в состав каналов 13 и 14.In the circuit of the inverter of figure 3 introduced means 23 and 24, which are part of the
Первое средство 23 предназначено для выделения с второй обмотки 7 напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора при формировании в первой обмотке 6 первого полупериода напряжения. Второе средство 24 предназначено для выделения с первой обмотки 6 напряжения, пропорционального ЭДС намагничивания сердечника трансформатора при формировании во второй обмотке 7 второго полупериода напряжения. Средства 23, 24 подсоединены входами непосредственно к обмоткам 7 и 6 соответственно с первой обмотки 6 при формировании во второй обмотке 7 напряжения второго полупериода. Средство 23 выполнено с возможностью воспринимать сигналы со второй обмотки 7 при формировании в первой обмотке 6 напряжения второго полупериода. Оба средства 23, 24 содержат схемы с полупроводниковыми ключами, которые управляются средством 11, и активные сопротивления, подсоединяемые как нагрузка к обмоткам. Активные сопротивления в частном случае могут быть подсоединены к обмоткам постоянно, а не через упомянутые ключи.The first means 23 is designed to isolate from the second winding 7 a voltage proportional to the EMF of the magnetization of the transformer core when forming the first half-period of voltage in the first winding 6. The second means 24 is designed to isolate from the first winding 6 a voltage proportional to the EMF of the magnetization of the transformer core when forming a second half-period of voltage in the second winding 7. Means 23, 24 are connected by inputs directly to
При формировании в первой обмотке 6 напряжения первого полупериода коммутатор 10 замкнут, а коммутатор 9 разомкнут, и ключ средства 23 замкнут, а ключ средства 24 разомкнут. По первой обмотке 6 протекает ток источника питания и формируется первый полупериод, а индуцируемые во второй обмотке 7 сигналы обрабатываются в канале 13. После завершения формирования первого полупериода коммутатор 10 разомкнут, а коммутатор 9 еще не замкнут; в этот промежуток времени замыкается ключ 22, который размыкается до замыкания коммутатора 9. Возможное остаточное намагничивание магнитопровода трансформатора при этом ликвидируется.When forming in the first winding 6 the voltage of the first half-period, the
При формировании во второй обмотке 7 напряжения второго полупериода коммутатор 9 замкнут, а коммутатор 10 разомкнут, и ключ средства 24 замкнут, а ключ средства 23 разомкнут. По второй обмотке 7 протекает ток источника питания и формируется второй полупериод, а индуцируемые в первой обмотке 6 сигналы обрабатываются в канале 14. После завершения формирования коммутатор 9 разомкнут, а коммутатор 10 еще не замкнут; в этот промежуток времени замыкается ключ 22, который размыкается до замыкания коммутатора 10.When the voltage of the second half-cycle is generated in the second winding 7, the
Затем циклы повторяются.Then the cycles are repeated.
В остальном устройство и работа аналогичны фиг.1.The rest of the device and operation are similar to figure 1.
В частном случае коммутаторы 9, 10 могут быть в виде ключей, например, транзисторных, а схемы для измерения напряжений подключены к выводам обмоток постоянно и содержат средства управления их работой в требуемые промежутки времени, а также средства защиты их от перегрузок по входу при подаче питания на обмотки. Возможны и другие способы и средства передачи сигналов на нужное средство в нужное время.In a particular case, the
Кроме того, в частном случае возможно объединение каналов 13, 14 и выполняемых ими функций в одно средство, реализованное с возможностью выполнения в первый полупериод функций одного канала, а во второй полупериод - второго.In addition, in the particular case, it is possible to combine the
Поочередное использования одних и тех же обмоток трансформатора в качестве силовых и измерительных позволяет упростить конструкцию, оптимизировать размеры и массу магнитопроводов трансформаторов.The alternate use of the same transformer windings as power and measuring windings allows to simplify the design, optimize the size and weight of the transformer magnetic cores.
Предложенное решение с раздельным формированием напряжений в первый и второй полупериоды решает задачу стабилизации таким образом, что выходное напряжение за период находится в пределах заданных допусков. Для большинства практических приложений величины действующего напряжения на выходе инвертора по предложенному методу находятся в допустимых пределах.The proposed solution with separate formation of stresses in the first and second half-periods solves the stabilization problem in such a way that the output voltage for the period is within the specified tolerances. For most practical applications, the values of the effective voltage at the inverter output by the proposed method are within acceptable limits.
Для каждой пары импульсов за один период параметры первого импульса соответствуют установленной опорной величине, при которой гарантированно обеспечивается общее действующее значение выходного напряжения за первый и второй полупериоды в пределах требуемых допусков при изменениях входного напряжения в допустимых пределах.For each pair of pulses in one period, the parameters of the first pulse correspond to the established reference value, at which the total effective value of the output voltage for the first and second half-periods is guaranteed within the required tolerances when the input voltage changes within acceptable limits.
Например, при практической реализации данного решения отклонение на 20 процентов среднего значения входного напряжения во время формирования второго импульса по отношению к среднему значению входного напряжения во время формирования первого импульса действующее значение выходного напряжения отличается от заданной величины не более чем на 5 процентов.For example, in the practical implementation of this solution, the deviation by 20 percent of the average value of the input voltage during the formation of the second pulse relative to the average value of the input voltage during the formation of the first pulse, the effective value of the output voltage differs from the set value by no more than 5 percent.
Таким образом, предложенное решение позволяет без введения дополнительных конструктивных элементов исключить громоздкие и сложные функциональные узлы, средства контроля и управления, используемые в известных схемах инверторов для предотвращения одностороннего насыщения трансформатора.Thus, the proposed solution allows without the introduction of additional structural elements to exclude bulky and complex functional units, control and management tools used in known inverter circuits to prevent one-sided saturation of the transformer.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №6617839, Method for detecting current transformer saturation.1. US patent No. 6617839, Method for detecting current transformer saturation.
2. Патент США №4017786, Transformer saturation control circuit for a high frequency switching power supply.2. US Patent No. 4017786, Transformer saturation control circuit for a high frequency switching power supply.
3. Патент США №5317497, Internally excited, controlled transformer saturation, inverter circuitry.3. US Patent No. 5317497, Internally excited, controlled transformer saturation, inverter circuitry.
4. Патент РФ №2027297, МПК Н 02 М 7/539, Преобразователь постоянного напряжения в переменное заданной формы.4. RF patent No. 2027297, IPC N 02 M 7/539, DC / AC Converter of a given shape.
5. Патент РФ №2035833, МПК Н 02 М 7/538, Способ ограничения одностороннего насыщения трансформатора импульсного преобразователя напряжения.5. RF patent No. 2035833, IPC N 02 M 7/538, Method for limiting one-sided saturation of a transformer for a pulse voltage converter.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005103673/09A RU2282934C1 (en) | 2005-02-11 | 2005-02-11 | Voltage inverter with protection of transformer from one-sided saturation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005103673/09A RU2282934C1 (en) | 2005-02-11 | 2005-02-11 | Voltage inverter with protection of transformer from one-sided saturation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2282934C1 true RU2282934C1 (en) | 2006-08-27 |
Family
ID=37061393
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005103673/09A RU2282934C1 (en) | 2005-02-11 | 2005-02-11 | Voltage inverter with protection of transformer from one-sided saturation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2282934C1 (en) |
-
2005
- 2005-02-11 RU RU2005103673/09A patent/RU2282934C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU84173U1 (en) | BRIDGE INVERTER WITH OUTPUT TRANSFORMER PROTECTION FROM ONE-SIDED SATURATION | |
US9285400B2 (en) | Method for determining current in a polyphase machine | |
ITTO20110863A1 (en) | DC-DC CONVERSION PROCEDURE WITH PHASE-SHIFT MODULATION AND ITS CONVERSION APPARATUS | |
RU180911U1 (en) | Frequency stand device for Zeeman laser gyroscopes | |
RU2282934C1 (en) | Voltage inverter with protection of transformer from one-sided saturation | |
JP5764517B2 (en) | Switching power supply device and power supply system using the same | |
RU156560U1 (en) | FREQUENCY STAND DEVICE FOR Zeeman LASER GYROSCOPES | |
RU2377712C1 (en) | Bridge inverter with prevention of one-sided saturation of output transformer | |
RU2343623C1 (en) | Bridge voltage inverter with transformer protection against unilateral saturation | |
RU2280313C1 (en) | Method for protecting voltage-inverter transformer from single-ended saturation | |
RU2273087C1 (en) | Method for protecting voltage inverter transformer against single-ended saturation | |
RU87304U1 (en) | VOLTAGE INVERTER WITH PREVENTION OF ONE-SIDED SATURATION OF TRANSFORMER | |
US10379142B2 (en) | Circuit assembly having a transformer with centre tapping and measuring of the output voltage | |
RU87586U1 (en) | INVERTER WITH BRIDGE SWITCH WITH TRANSFORMER PROTECTION AGAINST SINGLE-SIDED SATURATION | |
RU78381U1 (en) | BRIDGE VOLTAGE INVERTER WITH PROTECTION OF THE OUTPUT TRANSFORMER FROM ONE-SIDED SATURATION | |
RU184404U1 (en) | MICROCONTROLLER DEVICE OF DIAGNOSTICS OF INTERVOLTAGE INSULATION OF ELECTRIC MOTOR WINDOWS WITH MEGOMMETER FUNCTION | |
RU75805U1 (en) | BRIDGE VOLTAGE INVERTER WITH PREVENTION OF ONE-SIDED SATURATION OF OUTPUT TRANSFORMER | |
RU92260U1 (en) | BRIDGE INVERTER WITH TRANSFORMER PROTECTION FROM ONE-SIDED SATURATION | |
RU2579529C1 (en) | Device for controlling thyristors of bridge circuit of device for testing electric meters | |
EP4075150B1 (en) | Leakage current detection circuit and fluxgate driver | |
RU71446U1 (en) | DEVICE FOR OPERATIONAL MONITORING THE STATE OF WINDING OF A SINGLE-PHASE TRANSFORMER WITH UNLOADED WINDING | |
JP2019146460A (en) | Vehicle power supply system | |
RU2458450C2 (en) | Method to control autonomous matched inverter with quasi-resonant switching | |
SU1663717A1 (en) | Device for controlling dc voltage converter with thyristor inverter | |
SU100709A1 (en) | Phase meter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110212 |