RU2366068C1 - Method of converting direct voltage to alternating voltage - Google Patents

Method of converting direct voltage to alternating voltage Download PDF

Info

Publication number
RU2366068C1
RU2366068C1 RU2008119922/09A RU2008119922A RU2366068C1 RU 2366068 C1 RU2366068 C1 RU 2366068C1 RU 2008119922/09 A RU2008119922/09 A RU 2008119922/09A RU 2008119922 A RU2008119922 A RU 2008119922A RU 2366068 C1 RU2366068 C1 RU 2366068C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
demodulator
frequency
inverter
keys
Prior art date
Application number
RU2008119922/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Вячеславович Бериллов (RU)
Андрей Вячеславович Бериллов
Сергей Федорович Коняхин (RU)
Сергей Федорович Коняхин
Геннадий Сергеевич Мыцык (RU)
Геннадий Сергеевич Мыцык
Мин У. Хлаинг (RU)
Мин У. Хлаинг
Виталий Александрович Цишевский (RU)
Виталий Александрович Цишевский
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь"
Priority to RU2008119922/09A priority Critical patent/RU2366068C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2366068C1 publication Critical patent/RU2366068C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electronics, particularly to power transformation technology, and can be used in designing electrical power supplies. Direct voltage is converted to high-frequency voltage using a high-frequency controlled inverter (1), output voltage of which is transformed and then converted to low-frequency voltage using a demodulator (2). The demodulator (2) is made from an inverter circuit on fully controlled switches (3-8) with two-way conductivity. Between half-waves of output voltage of the inverter (1) a zero pause is created using a control unit (17), during which anti-stroke operating switches of the demodulator are switched. Duration of the zero pause includes a fixed minimum component and a varying component, which depends on the regulation angle of the high-frequency inverter. The control unit (17) also provides for simultaneous conducting state for all anti-stroke operating switches of the demodulator during their switching, duration of which is less than duration of the zero pause.
EFFECT: increased reliability of operation by prevention of excess voltage across demodulator switches during their switching with by-effect of reducing dynamic loss in the demodulator.
2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано при разработке источников электропитания с улучшенными показателями качества.The invention relates to electrical engineering, in particular to power converting equipment, and can be used in the development of power supplies with improved quality indicators.

Известен способ преобразования постоянного напряжения в переменное, заключающийся в том, что с помощью инвертора формируют трехфазное переменное напряжение прямоугольной формы, которое трансформируют и передают в нагрузку [1]. Согласование уровней входного и выходного напряжений производят с помощью трехфазного трансформатора, работающего на выходной низкой частоте (50 Гц, 400 Гц), что ведет к ухудшению массогабаритных показателей устройства.A known method of converting DC voltage to AC, which consists in the fact that using an inverter form a three-phase AC voltage of a rectangular shape, which is transformed and transferred to the load [1]. Coordination of input and output voltage levels is carried out using a three-phase transformer operating at an output low frequency (50 Hz, 400 Hz), which leads to a deterioration in the overall dimensions of the device.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ преобразования постоянного напряжения в переменное, заключающийся в том, что постоянное напряжение преобразуют в высокочастотное с помощью управляемого инвертора, выходное напряжение которого трансформируют и затем снова преобразуют в напряжение низкой частоты в соответствии с алгоритмом, заданным блоком управления. Преобразование высокочастотного напряжения в низкочастотное осуществляют при помощи демодулятора, выполненного по инверторной схеме на полностью управляемых ключах переменного тока с двусторонней проводимостью [2].Closest to the invention, the technical solution is a method for converting direct voltage to alternating voltage, which means that the direct voltage is converted to high-frequency using a controlled inverter, the output voltage of which is transformed and then again converted to low-frequency voltage in accordance with the algorithm specified by the control unit. The conversion of high-frequency voltage to low-frequency is carried out using a demodulator made according to the inverter circuit on fully controllable keys of alternating current with two-sided conductivity [2].

Недостатком известного способа преобразования [2] является низкая надежность работы, обусловленная возможностью возникновения аварийной ситуации в схеме из-за высоких перенапряжений на управляемых ключах переменного тока демодулятора, возникающих при их переключении (из-за отсутствия в эти моменты цепей протекания реактивного тока индуктивной нагрузки).The disadvantage of this method of conversion [2] is the low reliability due to the possibility of an emergency in the circuit due to high overvoltages on the controlled keys of the AC demodulator that occur when they are switched (due to the absence of reactive current circuits of the inductive load) .

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании изобретения, является повышение надежности работы устройства.The technical result that can be achieved by using the invention is to increase the reliability of the device.

Технический результат достигается за счет того, что в способе преобразования постоянного напряжения в переменное, заключающемся в том, что постоянное напряжение преобразуют в высокочастотное с помощью высокочастотного управляемого инвертора, выходное напряжение которого трансформируют, а затем преобразуют в напряжение низкой частоты, изменяющееся в соответствии с заданным блоком управления алгоритмом с помощью демодулятора, выполненного по инверторной схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью (2), между полуволнами выходного напряжения высокочастотного инвертора с помощью блока управления вводят нулевую паузу, в течение которой переключают противотактно работающие ключи демодулятора, причем длительность нулевой паузы αΔ выбирают из условия:The technical result is achieved due to the fact that in the method of converting dc voltage to ac, which consists in converting dc voltage to high frequency using a high-frequency controlled inverter, the output voltage of which is transformed, and then converted to low frequency voltage, changing in accordance with a given the algorithm control unit using a demodulator made according to an inverter circuit on fully controlled keys with two-sided conductivity (2), between the floor by the output voltage waves of the high-frequency inverter, a zero pause is entered using the control unit, during which the counter-working demodulator keys are switched, and the duration of the zero pause α Δ is selected from the condition:

αΔΔ+α [эл. град],α Δ = θ Δ + α [el. hail],

где α - угол регулирования выходного напряжения управляемого инвертора,where α is the angle of regulation of the output voltage of the controlled inverter,

θΔ - фиксированная минимальная нулевая пауза.θ Δ is a fixed minimum zero pause.

При этом блок управления дополнительно может обеспечивать одновременное проводящее состояние всех противотактно работающих ключей демодулятора при их переключении, длительность которого меньше длительности нулевой паузы между полуволнами высокочастотного напряжения инверторного узла.Moreover, the control unit can additionally provide a simultaneous conductive state of all counter-working demodulator keys when they are switched, the duration of which is less than the duration of the zero pause between the half-waves of the high-frequency voltage of the inverter unit.

Из источников информации известен способ повышения надежности работы противотактно работающих ключей инвертора с помощью введения нулевой паузы между командами на их переключение (см. кн. B.C.Моин и Н.Н.Лаптев «Стабилизированные транзисторные преобразователи» М.: Энергия, 1972 г.) Однако этот способ направлен на решение задачи исключения сквозных токов, возникающих при переключении противотактно работающих ключей. Его нельзя использовать в данной схеме демодулятора, т.к. введение пауз между управляющими сигналами неизбежно ведет к появлению перенапряжений на ключах, приводящих к аварийному состоянию элементов схемы (из-за индуктивного характера нагрузки). На ключах же данного модулятора принципиально невозможно появление перенапряжений, т.к. они переключаются при напряжении на них, равном нулю. Таким образом, из известных источников информации не следует очевидность использования известной технической методики в данном изобретении, что позволяет сделать вывод о соответствии данного способа критерию «изобретательский уровень».From sources of information, there is a known way to increase the reliability of operation of counter-working inverter keys by introducing a zero pause between the commands to switch them (see. BC BC Moin and NN Laptev “Stabilized Transistor Converters” M .: Energy, 1972) However This method is aimed at solving the problem of eliminating the through currents that occur when switching counter-working keys. It cannot be used in this demodulator circuit, because the introduction of pauses between control signals inevitably leads to the appearance of overvoltages on the keys, leading to an emergency state of the circuit elements (due to the inductive nature of the load). On the keys of this modulator, the appearance of overvoltages is fundamentally impossible, because they switch when the voltage on them is zero. Thus, from the known sources of information does not follow the obviousness of using the well-known technical methods in this invention, which allows us to conclude that this method meets the criterion of "inventive step".

На фиг.1 представлена схема трехфазного преобразователя постоянного напряжения в переменное, реализующего данный способ преобразования.Figure 1 presents a diagram of a three-phase DC-AC to AC converter that implements this conversion method.

На фиг.2 приведена функциональная схема блока управления преобразователя.Figure 2 shows the functional diagram of the control unit of the Converter.

На фиг.3 и фиг.4 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип формирования выходного напряжения и алгоритмы работы элементов блока управления.Figure 3 and figure 4 shows the timing diagrams explaining the principle of formation of the output voltage and the algorithms of the elements of the control unit.

На фиг.5 приведены временные диаграммы работы расширителя импульсов.Figure 5 shows the timing diagrams of the operation of the pulse expander.

Устройство (фиг.1) содержит два последовательно соединенных преобразующих звена - высокочастотный управляемый инвертор 1 с трансформаторным выходом и демодулятор 2, выполненный на полностью управляемых ключах 3÷8 переменного тока с двухсторонней проводимостью. Высокочастотный инвертор 1 состоит из двух инверторных ячеек, выполненных по нулевой схеме. Первая из ячеек содержит полупроводниковую часть 9 и трансформатор 10 с первичной 11 и вторичной 12 обмотками, а вторая - полупроводниковую часть 13 и трансформатор 14 с первичной 15 и вторичной 16 обмотками. Вторичные обмотки 12 и 16 соединены последовательно и подключены к силовым входным выводам m, l демодулятора 2. Точка соединения обмоток 12, 16 образует нулевой вывод О1 схемы. Ключи высокочастотного инвертора 1 и демодулятора 2 переключаются сигналами, формируемыми блоком управления 17 (ψ1…ψ4 и A,

Figure 00000001
, B,
Figure 00000002
, C,
Figure 00000003
соответственно). Для улучшения качества преобразованной электроэнергии на выходе демодулятора может устанавливаться трехфазный Г-образный LC фильтр 18. Трехфазную нагрузку 19 (с нулевым выводом O2) подключают или к трехфазному выходу (A2, B2, C2) фильтра 18, или непосредственно к трехфазному выходу (A1, B1, C1) демодулятора 2.The device (Fig. 1) contains two series-connected converting links - a high-frequency controlled inverter 1 with a transformer output and a demodulator 2, made on fully controllable switches 3 ÷ 8 of alternating current with two-side conductivity. High-frequency inverter 1 consists of two inverter cells, made according to the zero circuit. The first of the cells contains a semiconductor part 9 and a transformer 10 with primary 11 and secondary 12 windings, and the second contains a semiconductor part 13 and transformer 14 with primary 15 and secondary 16 windings. The secondary windings 12 and 16 are connected in series and connected to the power input terminals m, l of the demodulator 2. The connection point of the windings 12, 16 forms the zero output O1 of the circuit. The keys of the high-frequency inverter 1 and demodulator 2 are switched by the signals generated by the control unit 17 (ψ 1 ... ψ 4 and A,
Figure 00000001
, B,
Figure 00000002
, C,
Figure 00000003
respectively). To improve the quality of the converted electricity, a three-phase L-shaped LC filter 18 can be installed at the output of the demodulator 18. The three-phase load 19 (with zero output O2) is connected either to the three-phase output (A2, B2, C2) of the filter 18, or directly to the three-phase output (A1, B1, C1) demodulator 2.

Блок управления (фиг.2) содержит задатчик частоты 20, выход которого подключен ко входу делителя частоты 21, парафазными выходами подсоединенного ко входу первого распределителя импульсов 22, который выполнен по кольцевой пересчетной схеме. Высокочастотный узел содержит второй распределитель импульсов 23, входом подключенный к парафазным выходным выводам задатчика частоты 20. Модулятор ширины импульсов 24 выполнен в виде генератора пилообразного напряжения (ГПН) 25 и задатчика напряжения 26, выходы которых подключены ко входам первого компаратора 27. Вход задатчика напряжения 26 подключен к выходу узла сравнения 28 двух напряжений - напряжения уставки U0 и напряжения UДН от датчика выходного напряжения (при его стабилизации). Для логического инвертирования сигнала S (с выхода первого компаратора) используется логический элемент «НЕ» 29. Логический блок перемножения 30 выходных импульсов узла 23 и выходных импульсов распределителя импульсов 22 выполнен в виде 6 логических элементов «2И» 31…36, трех логических элементов «2ИЛИ» 37, 38, 39 и трех логических элементов «НЕ» 40, 41, 42. Связи между узлами 22, 23, 30 и между логическими элементами внутри блока 30 определяются логическими выражениями:The control unit (figure 2) contains a frequency adjuster 20, the output of which is connected to the input of the frequency divider 21, by the paraphase outputs connected to the input of the first pulse distributor 22, which is made according to a ring conversion circuit. The high-frequency unit contains a second pulse distributor 23, connected to the paraphase output terminals of the frequency adjuster 20. The pulse width modulator 24 is made in the form of a sawtooth voltage generator (GPN) 25 and voltage regulator 26, the outputs of which are connected to the inputs of the first comparator 27. Input of voltage regulator 26 connected to the output of the comparison node 28 of two voltages - the set voltage U 0 and voltage U DN from the output voltage sensor (when it is stabilized). For the logical inversion of the signal S (from the output of the first comparator), the logical element "NOT" 29 is used. The logical unit of multiplying 30 output pulses of the node 23 and the output pulses of the pulse distributor 22 is made in the form of 6 logical elements "2I" 31 ... 36, three logical elements " 2OR ”37, 38, 39 and three logical elements“ NOT ”40, 41, 42. The connections between nodes 22, 23, 30 and between logical elements inside block 30 are determined by logical expressions:

Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006

Логический узел распределения импульсов 43 выполнен в виде 4-х логических элементов «2И» 44…47, 2-х логических элементов «2ИЛИ» 48, 49 и двух логических элементов «НЕ» 50, 51. Связи узла 43 с узлами 23, 24 и логическими элементами внутри узла 43 определяются следующими логическими выражениями:The logical node of the distribution of pulses 43 is made in the form of 4 logical elements "2I" 44 ... 47, 2 logical elements "2OR" 48, 49 and two logical elements "NOT" 50, 51. Communication node 43 with nodes 23, 24 and logical elements inside node 43 are defined by the following logical expressions:

Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010

Расширитель импульсов 52 выполнен в виде задатчика минимальной фиксированной паузы 53, второго компаратора 54 и шести логических элементов ИЛИ 55…60. Один вход компаратора 54 подключен к выходу ГПН 25, второй вход - к выходу элемента 53, а выход - к одним из входов логических элементов «2ИЛИ» 55…60, на другие входы которых поступают соответствующие сигналы с выходов логического блока перемножения 30. Выходной сигнал ΔS компаратора 54 имеет вид узких импульсов длительностью θΔ (фиг.5). Описанные логические связи определяются следующими логическими выражениями:The pulse expander 52 is made in the form of a setter minimum fixed pause 53, the second comparator 54 and six logical elements OR 55 ... 60. One input of the comparator 54 is connected to the output of the GPN 25, the second input to the output of the element 53, and the output to one of the inputs of the logic elements “2OR” 55 ... 60, the other inputs of which receive the corresponding signals from the outputs of the logical multiplication unit 30. The output signal ΔS of the comparator 54 has the form of narrow pulses of duration θ Δ (Fig. 5). The described logical relationships are determined by the following logical expressions:

Figure 00000011
Figure 00000011

С выходов расширителя импульсов 52 снимают расширенные импульсы А1,

Figure 00000012
, В1,
Figure 00000013
, С,
Figure 00000014
для управления ключами переменного тока 3…8 демодулятора 2. Принцип работы расширителя поясняется на фиг.6 на примере расширения импульсов f1 и
Figure 00000015
. В реальной блок-схеме на фиг.2 вместо сигналов f1 и
Figure 00000016
используются сигналы А,
Figure 00000017
, В,
Figure 00000018
, С,
Figure 00000019
.From the outputs of the pulse expander 52 remove the extended pulses And 1 ,
Figure 00000012
, In 1 ,
Figure 00000013
, FROM,
Figure 00000014
to control the AC keys 3 ... 8 demodulator 2. The principle of operation of the expander is illustrated in Fig.6 on the example of the expansion of pulses f 1 and
Figure 00000015
. In the real block diagram of FIG. 2, instead of signals f 1 and
Figure 00000016
signals A are used,
Figure 00000017
, AT,
Figure 00000018
, FROM,
Figure 00000019
.

При идеальном синхронном противофазном переключении ключей каждой пары в каждой из трех стоек моста демодулятора 2 расширитель импульсов 52 в принципе не требуется. Если же это условие не реализуется, что имеет место на практике, то с помощью расширителя импульсов 52 вводится принудительный режим перекрытия, при котором обеспечивается одновременное проводящее состояние противотактно работающих ключей демодулятора при их переключении. Длительность данного режима δ выбирается меньше длительности минимальной нулевой паузы θΔ между полуволнами высокочастотного напряжения инверторного узла. Введение режима перекрытия при переключении противотактно работающих ключей демодулятора 2 позволяет исключить перенапряжения, обусловленные реактивным током нагрузки с индуктивным характером.With perfect synchronous antiphase switching of the keys of each pair in each of the three pillars of the bridge of the demodulator 2, a pulse expander 52 is in principle not required. If this condition is not realized, which is the case in practice, then with the help of the pulse expander 52, a forced overlap mode is introduced, which ensures the simultaneous conductive state of the counter-working demodulator keys when they are switched. The duration of this mode δ is chosen less than the duration of the minimum zero pause θ Δ between the half-waves of the high-frequency voltage of the inverter unit. The introduction of the overlap mode when switching the counter-operating keys of the demodulator 2 eliminates overvoltages caused by the reactive load current with an inductive nature.

На фиг.3 представлены временные диаграммы рабочих процессов для случая, когда кратность высокой частоты f промежуточного преобразования относительно выходной частоты F взята небольшой -

Figure 00000020
. Эквивалентное модулирующее воздействие (ЭМВ) для каждой фазыFigure 3 presents the timing diagrams of work processes for the case when the multiplicity of the high frequency f of the intermediate conversion relative to the output frequency F is taken small -
Figure 00000020
. Equivalent modulating effect (EMW) for each phase

Figure 00000021
,
Figure 00000022
,
Figure 00000023
Figure 00000021
,
Figure 00000022
,
Figure 00000023

в компактной форме характеризующее закон квантования в ней преобразуемого энергетического потока, содержит постоянную составляющую. Такое соотношение ξ неприемлемо, например, в том случае, если в драйверах для ключей демодулятора 2 гальваническая развязка осуществляется с помощью трансформаторов. Во избежание такого режима число ξ в данном случае должно удовлетворять двум условиям: оно должно быть, во-первых, кратным 3, а, во-вторых, быть четным. В случае, если в драйверах гальваническая развязка осуществляется оптическим способом, число ξ может быть и не четным (но, по-прежнему, кратным трем).in a compact form, which characterizes the quantization law of the transformed energy flow in it, contains a constant component. This ratio ξ is unacceptable, for example, if in the drivers for the keys of the demodulator 2 galvanic isolation is carried out using transformers. In order to avoid such a regime, the number ξ in this case must satisfy two conditions: it must be, firstly, a multiple of 3, and, secondly, be even. If the drivers are galvanically isolated optically, the number ξ may not be even (but, as before, a multiple of three).

На фиг.3 показаны:Figure 3 shows:

- два варианта импульсов (6F и 3F) на входе делителя частоты 21, которые отражают два возможных варианта построения распределителя импульсов 22;- two variants of pulses (6F and 3F) at the input of the frequency divider 21, which reflect two possible options for the construction of the pulse distributor 22;

- p1,

Figure 00000024
, p2,
Figure 00000025
, p3,
Figure 00000026
- импульсы на выходе распределителя импульсов 22, (сдвинутые между собой последовательно на угол 2π/3);- p 1 ,
Figure 00000024
, p 2 ,
Figure 00000025
, p 3 ,
Figure 00000026
- pulses at the output of the pulse distributor 22, (shifted between themselves sequentially at an angle of 2π / 3);

- Uml - суммарное напряжение вторичных обмоток 12, 16 трансформаторов 10, 14;- U ml - the total voltage of the secondary windings 12, 16 of the transformers 10, 14;

- UA1O1, UB1O1, UC1O1 - фазные напряжения на трехфазной нагрузке при наличии нулевого провода 01-0;- U A1O1 , U B1O1 , U C1O1 - phase voltages at a three-phase load in the presence of a neutral wire 01-0;

- ψА, ψВ, ψС - эквивалентные алгоритмы переключения противотактно работающих ключей 3 и 4; 5 и 6; 7 и 8 демодулятора 2 (без расширения управляющих импульсов);- ψ A , ψ B , ψ C - equivalent switching algorithms of counter-working keys 3 and 4; 5 and 6; 7 and 8 of demodulator 2 (without expansion of control pulses);

- UA2O2 - напряжение и iA2O2 - ток при RL нагрузке одной фазы (А2) при отсутствии нулевого провода 01-02 и выходного фильтра 18.- U A2O2 - voltage and i A2O2 - current at RL load of one phase (A2) in the absence of neutral wire 01-02 and output filter 18.

На фиг.4 представлены:Figure 4 presents:

- 2f1 и

Figure 00000027
- парафазные импульсы на выходе задатчика частоты 34;- 2f 1 and
Figure 00000027
- paraphase pulses at the output of the frequency adjuster 34;

- UГПН - выходное напряжение генератора пилообразного напряжения (ГПН) 25 и выходное напряжение Uα задатчика уровня 26 выходного напряжения;- U GPN - the output voltage of the sawtooth voltage generator (GPN) 25 and the output voltage U α of the master level 26 output voltage;

- S - импульсы на выходе компаратора 27;- S - pulses at the output of the comparator 27;

-

Figure 00000028
- импульсы на выходе логического элемента 29;-
Figure 00000028
- pulses at the output of the logic element 29;

- f1,

Figure 00000029
и f11,
Figure 00000030
- парафазные импульсы на выходах распределителя импульсов 23, (сдвинутые между собой на угол π\2);- f 1
Figure 00000029
and f 11 ,
Figure 00000030
- paraphase pulses at the outputs of the pulse distributor 23, (shifted between themselves by an angle π \ 2);

- S·f11 - импульсы на выходе логического элемента 45;- S · f 11 - pulses at the output of the logic element 45;

-

Figure 00000031
- импульсы на выходе логического элемента 46;-
Figure 00000031
- pulses at the output of the logic element 46;

-

Figure 00000032
- импульсы на выходе логического элемента 47;-
Figure 00000032
- pulses at the output of logic element 47;

- ψ1, ψ2 и ψ3, ψ4 - алгоритмы переключения ключей высокочастотных инверторных ячеек 9, 13 соответственно;- ψ 1 , ψ 2 and ψ 3 , ψ 4 - key switching algorithms for high-frequency inverter cells 9, 13, respectively;

- Uml - напряжение на входе демодулятора.- U ml - voltage at the input of the demodulator.

На фиг.5 показан принцип расширения импульсовFigure 5 shows the principle of pulse expansion

- UГПН, UΔ - напряжения на выходе ГПН 25 и на выходе задатчика паузы 53;- U GPN , U Δ - voltage at the output of the GPN 25 and at the output of the pause master 53;

- ΔS - импульсы на выходе компаратора 54 длительностью δ;- ΔS - pulses at the output of the comparator 54 of duration δ;

- f1 и

Figure 00000033
- импульсы, подлежащие расширению;- f 1 and
Figure 00000033
- pulses to be expanded;

- (f1+ΔS), (

Figure 00000034
) - импульсы после расширения импульсов f1 и
Figure 00000035
.- (f 1 + ΔS), (
Figure 00000034
) - pulses after the expansion of pulses f 1 and
Figure 00000035
.

Логическая функция расширения требуемого импульса, например f1, реализуется путем формирования (с помощью узлов 25, 53, 54) последовательности импульсов ΔS длительностью δ (фиг.5) и последующей их подачи на один из входов логического элемента 2ИЛИ, на второй вход которого подают импульсы f1. На фиг.2 эта функция расширения реализована для шести импульсов (А,

Figure 00000036
, В,
Figure 00000037
, С,
Figure 00000038
) управления ключами 3…8 демодулятора. Для этого используются 6 логических элементов 2ИЛИ 55…60.The logical function of expanding the required pulse, for example, f 1 , is realized by forming (using nodes 25, 53, 54) a pulse train ΔS of duration δ (Fig. 5) and then feeding them to one of the inputs of the 2 OR gate, to the second input of which pulses f 1 . In figure 2, this expansion function is implemented for six pulses (A,
Figure 00000036
, AT,
Figure 00000037
, FROM,
Figure 00000038
) key management 3 ... 8 demodulator. For this, 6 logical elements 2 OR 55 ... 60 are used.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Высокочастотное напряжение Uml на входных выводах m, l демодулятора 2 имеет форму прямоугольных импульсов с нулевой паузой αΔ≥θΔ между его полуволнами. Оно формируется высокочастотным инвертором 1, который при низком значении напряжения питания (ЕП=12…30 В) целесообразно выполнять в виде двух инверторных ячеек 9, 13 с трансформаторным выходом. Ключи инверторных ячеек управляются сигналами ψ1, ψ2, ψ3, ψ4, которые формируются узлами 23, 24, 43 блока управления 17.The high-frequency voltage U ml at the input terminals m, l of demodulator 2 is in the form of rectangular pulses with a zero pause α Δ ≥θ Δ between its half-waves. It is formed by a high-frequency inverter 1, which at a low value of the supply voltage (E P = 12 ... 30 V), it is advisable to perform in the form of two inverter cells 9, 13 with a transformer output. The keys of the inverter cells are controlled by the signals ψ 1 , ψ 2 , ψ 3 , ψ 4 , which are formed by the nodes 23, 24, 43 of the control unit 17.

Трансформаторы 10, 14 обеспечивают повышение напряжения до требуемого уровня. Нулевая пауза αΔ=(θΔ+α) [эл. град] формируется за счет симметричного фазового сдвига на угол αΔ/2 в противоположные стороны напряжения одной инверторной ячейки относительно другой с последующим их суммированием в выходной цепи трансформаторов. При таком изменении угла αΔ фазовое положение результирующего напряжения Uml не изменяется, благодаря чему появляется гарантированная возможность осуществлять переключения ключей 3…8 демодулятора (в моменты, соответствующие середине нулевых пауз) при любом значении угла регулирования αΔ. Изменение его в пределах α=θΔ÷(π/2-θΔ) обеспечивает изменение напряжения Uml от максимального значения до 0.Transformers 10, 14 provide voltage increase to the required level. Zero pause α Δ = (θ Δ + α) [email. deg] is formed due to a symmetric phase shift by an angle α Δ / 2 in opposite directions of the voltage of one inverter cell relative to another, followed by their summation in the output circuit of the transformers. With such a change in the angle α Δ, the phase position of the resulting voltage U ml does not change, which makes it possible to switch 3 ... 8 keys of the demodulator (at the moments corresponding to the middle of zero pauses) at any value of the control angle α Δ . Changing it within α = θ Δ ÷ (π / 2-θ Δ ) provides a change in voltage U ml from the maximum value to 0.

Минимальная пауза θΔ между полуволнами высокочастотного напряжения (способствующая также снижению динамических потерь в ключах демодулятора) соответствует максимальному напряжению Uml и определяется задаваемой длительностью сигнала S (фиг.2). На практике она должна составлять от 2 до 4 микросекунд (в зависимости от частотных свойств транзисторов).The minimum pause θ Δ between the half-waves of the high-frequency voltage (also contributing to the reduction of dynamic losses in the keys of the demodulator) corresponds to the maximum voltage U ml and is determined by the set signal duration S (Fig. 2). In practice, it should be from 2 to 4 microseconds (depending on the frequency properties of the transistors).

При стабилизации выходного напряжения его уровень задается сигналом (уставкой) U0, подаваемым на один вход узла сравнения 28, на другой вход которого подается сигнал UДН от датчика выходного напряжения (на схемах он не показан).When the output voltage is stabilized, its level is set by the signal (setpoint) U 0 supplied to one input of the comparison unit 28, to the other input of which the signal U ДН is supplied from the output voltage sensor (it is not shown in the diagrams).

При наличии нулевого провода 01-02 (фиг.1) демодулятор 2 работает следующим образом: в пределах 1-й положительной полуволны выходного напряжения UA101 (фиг.3) демодулятора его ключи 3, 4 переключают с частотой f. При этом работа этой пары ключей аналогична работе пары диодов в обычном выпрямителе, выполненном по нулевой схеме: положительную полуволну напряжения Uml подключают к фазе A1 с помощью ключа 3, а отрицательную его полуволну - с помощью ключа 4. Для изменения полярности низкочастотного напряжения UA101 в пределах 2-й его полуволны порядок работы ключей 3, 4 изменяют на обратный: с помощью ключа 3 к фазе А1 подключают отрицательную полуволну высокочастотного напряжения Uml, а с помощью ключа 4 - его положительную полуволну. По существу схема одной фазы демодулятора представляет собой схему однофазного двухполупериодного реверсивного выпрямителя. Работа ключей двух других фаз демодулятора аналогична, с той лишь разницей, что реверсирование знака полуволн низкочастотных напряжений UB101 и UC101 (с частотой F) осуществляют с последовательным фазовым сдвигом на угол 2π/3 (на выходной низкой частоте) относительно напряжения UA101.In the presence of a neutral wire 01-02 (Fig. 1), the demodulator 2 operates as follows: within the 1st positive half-wave of the output voltage U A101 (Fig. 3) of the demodulator, its keys 3, 4 are switched with a frequency f. In this case, the operation of this pair of keys is similar to the operation of a pair of diodes in a conventional rectifier made according to the zero scheme: a positive half-wave of voltage U ml is connected to phase A1 using a key 3, and a negative half-wave of it is using a key 4. To change the polarity of the low-frequency voltage U A101 within its 2nd half-wave, the order of operation of keys 3, 4 is reversed: with the help of key 3, the negative half-wave of the high-frequency voltage U ml is connected to phase A1, and with the help of key 4, its positive half-wave. Essentially, a single-phase demodulator circuit is a single-phase two-half-wave reversible rectifier circuit. The operation of the keys of the other two phases of the demodulator is similar, with the only difference being that the half-wave sign reversal of the low-frequency voltages U B101 and U C101 (with frequency F) is carried out with a sequential phase shift by an angle of 2π / 3 (at the output low frequency) relative to voltage U A101 .

В случае отсутствия нулевого провода 01-02 (фиг.1) напряжение фазы А2 приобретает вид UA202, показанный на фиг.3.In the absence of a neutral wire 01-02 (Fig. 1), the voltage of phase A2 takes the form U A202 , shown in Fig. 3.

Алгоритм формирования выходных напряжений UA101, UB101, UC101 в формализованном виде может быть описан следующими выражениями:The algorithm for generating output voltages U A101 , U B101 , U C101 in a formalized form can be described by the following expressions:

Figure 00000039
Figure 00000040
,
Figure 00000041
,
Figure 00000042
Figure 00000039
Figure 00000040
,
Figure 00000041
,
Figure 00000042

где ψA, ψB, ψC - эквивалентные алгоритмы переключения ключей 3, 4; 5, 6 и 7, 8 (соответственно для фаз A1, B1, C1, о чем уже было сказано выше), которые имеют вид знакопеременных импульсов прямоугольной формы с единичной амплитудой. В правомерности описания (5) легко убедиться путем визуального перемножения соответствующих сигналов на фиг.3.where ψ A , ψ B , ψ C are equivalent key switching algorithms 3, 4; 5, 6 and 7, 8 (respectively, for phases A1, B1, C1, as was mentioned above), which have the form of alternating rectangular pulses with a unit amplitude. The validity of the description (5) can be easily verified by visually multiplying the corresponding signals in Fig. 3.

Дополнительно поясним физическую суть сигналов A,

Figure 00000043
, B,
Figure 00000044
, C,
Figure 00000045
и эквивалентных алгоритмов переключения ключей. Сигналы A, B, C в коде «0-1» определяют алгоритмы переключения ключей 3, 5, 7, а сигналы
Figure 00000046
,
Figure 00000047
,
Figure 00000048
в том же коде - алгоритмы переключения ключей 4, 6, 8 демодулятора. Поскольку ключи одной стойки переключают в противотакте (в случае отсутствия перекрытий δ в переключениях), то для алгоритмов переключения ключей одной фазы справедливы следующие выражения:In addition, we explain the physical essence of the signals A,
Figure 00000043
, B,
Figure 00000044
, C,
Figure 00000045
and equivalent key switching algorithms. Signals A, B, C in the code "0-1" determine the key switching algorithms 3, 5, 7, and the signals
Figure 00000046
,
Figure 00000047
,
Figure 00000048
in the same code, demodulator key switching algorithms 4, 6, 8. Since the keys of one rack are switched in counter-tact (in the absence of overlap δ in the switchings), the following expressions are valid for the algorithms for switching keys of one phase:

Figure 00000049
,
Figure 00000050
,
Figure 00000051
Figure 00000049
,
Figure 00000050
,
Figure 00000051

Выражения (6) говорят о том, что проводимость преобразующего тракта демодулятора остается неизменной.Expressions (6) indicate that the conductivity of the transforming path of the demodulator remains unchanged.

Разности же этих сигналов являются знакопеременными сигналами:The differences of these signals are alternating signals:

Figure 00000052
;
Figure 00000053
;
Figure 00000054
Figure 00000052
;
Figure 00000053
;
Figure 00000054

и представляют собой эквивалентный алгоритм переключения ключей (алгоритм квантования или изменения знака энергетического потока) соответствующей фазы. Используемая формализация описания удобна для описания процесса преобразования одной (высокой) частоты f в другую (низкую) частоту F.and represent an equivalent key switching algorithm (a quantization algorithm or a change in the sign of the energy flux) of the corresponding phase. The formalized description is convenient for describing the process of converting one (high) frequency f to another (low) frequency F.

На 1-м интервале θ0÷θ1 напряжение Uml на входе демодулятора согласно фиг.3 имеет отрицательную полярность (при этом полярность в схеме на фиг.1 такая: знак «+» - в точке l, знак «-» - в точке m). В соответствии с эквивалентными алгоритмами ψA, ψB, ψC включены следующие ключи демодулятора: в фазе A1 - ключ 4, в фазе B1 - ключ 5, в фазе C1 - ключ 8. В момент θ1 (в середине нулевой паузы αΔ) ключи 4, 5, 8 выключают, а ключи 3, 6, 7 включают. Ключи 3, 6, 7 остаются включенными на интервале θ1÷θ2, то есть в течение оставшейся половины паузы (αΔ/2), в течение следующего импульса напряжения Uml уже другой, положительной полярности (знак «+» - в точке m, знак «-» - в точке l) и в течение следующей половины паузы. В момент θ2 ключи 3, 6, 7 выключают, а ключи 4, 5, 8 снова включают. Таким образом, алгоритм переключения ключей 3…8 полностью определяется функциями ψA, ψB, ψC, причем положительные импульсы определяют алгоритмы переключения нечетных ключей соответствующих фазных стоек демодулятора, а отрицательные импульсы - алгоритмы переключения четных ключей этих же стоек. Переключения ключей происходят при нулевых значениях коммутируемого напряжения. В результате этого перенапряжения на ключах отсутствуют (что кардинально повышает надежность работы схемы), а динамические потери в ключах при этом сводятся к нулю.In the 1st interval θ 0 ÷ θ 1, the voltage U ml at the input of the demodulator according to Fig. 3 has a negative polarity (the polarity in the circuit in Fig. 1 is as follows: the “+” sign is at point l, the “-” sign is at point m). In accordance with the equivalent algorithms ψ A , ψ B , ψ C , the following demodulator keys are included: in phase A1, key 4, in phase B1, key 5, in phase C1, key 8. At time θ 1 (in the middle of the zero pause α Δ ) keys 4, 5, 8 are turned off, and keys 3, 6, 7 are turned on. Keys 3, 6, 7 remain on in the interval θ 1 ÷ θ 2 , that is, during the remaining half pause (α Δ / 2), during the next voltage pulse U ml is already a different, positive polarity (the “+” sign at the point m, the sign “-” - at point l) and during the next half pause. At θ 2, keys 3, 6, 7 are turned off, and keys 4, 5, 8 are turned on again. Thus, the key switching algorithm 3 ... 8 is completely determined by the functions ψ A , ψ B , ψ C , and positive pulses determine the odd key switching algorithms of the corresponding phase racks of the demodulator, and negative pulses determine the even key switching algorithms of the same racks. Switching of keys occurs at zero values of the switched voltage. As a result of this overvoltage on the keys are absent (which dramatically increases the reliability of the circuit), and the dynamic losses in the keys are reduced to zero.

На практике реализовать идеальное синхронное противофазное переключение ключей демодулятора не удается. В результате не исключена такая ситуация, когда на интервале переключения их результирующее сопротивление для тока нагрузки может возрасти. При индуктивном характере тока нагрузки это обстоятельство может приводить к аварийным импульсным перенапряжениям на ключах демодулятора. Для исключения аварийной ситуации необходимо ограничить (или исключить) возрастание результирующего сопротивления ключей для тока нагрузки. Именно с этой целью блок управления 17 обеспечивает одновременное проводящее состояние противотактно работающих ключей демодулятора при их переключении, реализуя принудительный режим перекрытия. Режим гарантированного перекрытия (длительность δ которого меньше длительности нулевой паузы между полуволнами высокочастотного напряжения инвертора 1) осуществляют за счет того, что на выключаемый ключ подают запирающий импульс с задержкой на угол δ/2, а на включаемый - отпирающий импульс с опережением на такой же угол δ/2. Технология формирования таких импульсов поясняется на фиг.5, а реализация - на фиг.3 (в блоке расширения импульсов 52).In practice, it is not possible to realize the ideal synchronous antiphase switching of the demodulator keys. As a result, such a situation is not excluded that, in the switching interval, their resulting resistance for the load current may increase. With the inductive nature of the load current, this circumstance can lead to emergency pulse overvoltage on the keys of the demodulator. To eliminate the emergency situation, it is necessary to limit (or exclude) the increase in the resulting key resistance for the load current. For this purpose, the control unit 17 provides a simultaneous conductive state of the counter-operating demodulator keys when they are switched, realizing a forced overlap mode. The guaranteed overlap mode (whose duration δ is less than the duration of the zero pause between the half-waves of the high-frequency voltage of the inverter 1) is carried out due to the fact that the locking switch is supplied with a delay pulse with a delay of δ / 2, and the switching pulse with a delay pulse with an advance of the same angle δ / 2. The technology for generating such pulses is illustrated in FIG. 5, and the implementation in FIG. 3 (in a pulse expansion unit 52).

В середине нулевых пауз в коммутируемом напряжении Uml на интервале δ реализуется одновременное открытое состояние всех шести ключей демодулятора, что для реактивного тока нагрузки обеспечивает путь для его свободного протекания, и перенапряжения на ключах не возникают.In the middle of zero pauses in the switched voltage U ml in the interval δ, the simultaneous open state of all six keys of the demodulator is realized, which provides a path for the load to flow freely and there is no overvoltage on the keys.

Таким образом, за счет введения нулевой паузы между полуволнами выходного напряжения высокочастотного инвертора появилась возможность переключения ключей демодулятора без возникновения на них перенапряжений (ключи переключаются при нулевом напряжении питания). Исключение перенапряжений на ключах демодулятора при их коммутации повышает надежность работы устройства и сводит к нулю динамические потери в его ключах.Thus, by introducing a zero pause between the half-waves of the output voltage of the high-frequency inverter, it became possible to switch the keys of the demodulator without causing overvoltages (the keys switch at zero supply voltage). The elimination of overvoltage on the demodulator keys during their switching increases the reliability of the device and reduces to zero the dynamic loss in its keys.

Введение принудительного режима перекрытия проводящего состояния противотактно работающих ключей демодулятора в течение нулевой паузы позволяет дополнительно повысить надежность работы за счет исключения перенапряжений на ключах, вызванных отсутствием цепей для замыкания реактивного тока индуктивной нагрузки. Кроме того, изобретение позволяет исключить динамические потери в демодуляторе.The introduction of a forced mode of overlapping the conductive state of counter-operating demodulator keys during a zero pause can further improve operational reliability by eliminating overvoltage on the keys caused by the absence of circuits for closing the reactive current of the inductive load. In addition, the invention eliminates dynamic losses in the demodulator.

Высокая надежность работы элементов устройства позволяет ему быть наиболее предпочтительным при разработке источников электропитания широкого назначения.High reliability of the elements of the device allows it to be most preferable when developing power supplies for a wide range of purposes.

Источники информацииInformation sources

1. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1986 г., с.379.1. Moin B.C. Stabilized transistor converters. M .: ENERGOATOMIZDAT, 1986, p. 379.

2. Там же, с.364.2. Ibid., P. 344.

Claims (2)

1. Способ преобразования постоянного напряжения в переменное, заключающийся в том, что постоянное напряжение преобразуют в высокочастотное с помощью высокочастотного управляемого инвертора, выходное напряжение которого трансформируют, а затем преобразуют в напряжение низкой частоты, изменяющееся в соответствии с заданным блоком управления алгоритмом с помощью демодулятора, выполненного по инверторной схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, отличающийся тем, что между полуволнами выходного напряжения высокочастотного инвертора с помощью блока управления вводят нулевую паузу, в течение которой переключают противотактно работающие ключи демодулятора, причем длительность нулевой паузы су выбирают из условия:
αΔΔ+α [эл. град.],
где α - угол регулирования выходного напряжения управляемого инвертора;
θΔ - фиксированная минимальная нулевая пауза.
1. A method of converting direct voltage to alternating voltage, which means that the direct voltage is converted to high-frequency using a high-frequency controlled inverter, the output voltage of which is transformed, and then converted to low-frequency voltage, which is changed in accordance with a given algorithm control unit using a demodulator, made according to the inverter circuit on fully controlled keys with two-sided conductivity, characterized in that between the half-waves of the output voltage you okochastotnogo inverter by the control unit is administered zero pause, during which the switch protivotaktno demodulator operating keys, and a pause duration zero sous conditions selected from:
α Δ = θ Δ + α [el. hail.],
where α is the angle of regulation of the output voltage of the controlled inverter;
θ Δ is a fixed minimum zero pause.
2. Способ преобразования постоянного напряжения в переменное по п.1, отличающийся тем, что блок управления обеспечивает одновременное проводящее состояние всех противотактно работающих ключей демодулятора при их переключении, длительность которого меньше длительности нулевой паузы между полуволнами высокочастотного напряжения инверторного узла. 2. The method of converting direct voltage to AC according to claim 1, characterized in that the control unit provides a simultaneous conductive state of all counter-working demodulator keys when they are switched, the duration of which is less than the duration of the zero pause between half-waves of the high-frequency voltage of the inverter unit.
RU2008119922/09A 2008-05-21 2008-05-21 Method of converting direct voltage to alternating voltage RU2366068C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008119922/09A RU2366068C1 (en) 2008-05-21 2008-05-21 Method of converting direct voltage to alternating voltage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008119922/09A RU2366068C1 (en) 2008-05-21 2008-05-21 Method of converting direct voltage to alternating voltage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2366068C1 true RU2366068C1 (en) 2009-08-27

Family

ID=41150049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008119922/09A RU2366068C1 (en) 2008-05-21 2008-05-21 Method of converting direct voltage to alternating voltage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2366068C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747743C1 (en) * 2020-11-02 2021-05-13 Павел Ахматович Рашитов Control method for single-phase bridge autonomous voltage inverter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747743C1 (en) * 2020-11-02 2021-05-13 Павел Ахматович Рашитов Control method for single-phase bridge autonomous voltage inverter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7808125B1 (en) Scheme for operation of step wave power converter
CA2689503C (en) Prediction scheme for step wave power converter and inductive inverter topology
WO2011065253A1 (en) Power conversion device
WO2014020898A1 (en) Power converter
US5168437A (en) Phase displaced, multiple inverter bridge circuits with waveform notching for harmonic elimination
US20180241321A1 (en) Voltage source converter and control thereof
JP6140007B2 (en) Power converter
Arnaudov et al. Modeling of multiphase converter for charging of energy storage elements
Arrillaga et al. A current reinjection scheme that adds self-commutation and pulse multiplication to the thyristor converter
US10978959B2 (en) Capacitive-based power transformation
RU2366068C1 (en) Method of converting direct voltage to alternating voltage
EP3591827B1 (en) Power supply control device, power conversion system, and power supply control method
RU76183U1 (en) CONSTANT VOLTAGE CONVERTER TO VARIABLE (OPTIONS)
RU195700U1 (en) SEMICONDUCTOR CONVERTER
Kim et al. PWM methods for high frequency voltage link inverter commutation
Hu et al. A comprehensive dead-time compensation method for a three-phase dual-active bridge converter with hybrid modulation schemes
Mirgorodskaya et al. Method of solving of the problem of the reactive power of the load in multilevel inverters
JP7051599B2 (en) Multi-stage transducer control device
JP4130626B2 (en) Energy converter
RU2461950C1 (en) Low-frequency converter
RU2254658C1 (en) Transistorized tree-phase reactive-current supply
Kim et al. THD analysis for a high frequency link SCR-based PWM inverter
Dan et al. Implementation of phase disposition modulation method for the three‐level diode‐clamped matrix converter
RU2804371C1 (en) Method for regulating sinusoidal voltage on load and device for its implementation
WO2016194712A1 (en) Isolated-type electric power converting device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150522