RU76183U1 - CONSTANT VOLTAGE CONVERTER TO VARIABLE (OPTIONS) - Google Patents
CONSTANT VOLTAGE CONVERTER TO VARIABLE (OPTIONS) Download PDFInfo
- Publication number
- RU76183U1 RU76183U1 RU2008119921/22U RU2008119921U RU76183U1 RU 76183 U1 RU76183 U1 RU 76183U1 RU 2008119921/22 U RU2008119921/22 U RU 2008119921/22U RU 2008119921 U RU2008119921 U RU 2008119921U RU 76183 U1 RU76183 U1 RU 76183U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- demodulator
- keys
- inverter
- voltage
- frequency
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к силовой преобразовательной технике, и может быть использована при разработке источников электропитания. Техническая сущность: постоянное напряжение преобразуют в высокочастотное с помощью высокочастотного управляемого инвертора 1, выходное напряжение которого трансформируют, а затем преобразуют в напряжение низкой частоты с помощью демодулятора 2. Демодулятор 2 выполнен по инверторной схеме на полностью управляемых ключах 3-8 с двухсторонней проводимостью. По первому варианту выполнения между полуволнами выходного напряжения инвертора 1 вводят нулевую паузу, в течение которой переключают прогивотактно работающие ключи демодулятора. Во втором варианте выполнения блок управления 17 обеспечивает одновременное проводящее состояние всех противотактно работающих ключей демодулятора при их переключении, реализуя принудительный режим перекрытия, длительность которого меньше длительности указанной нулевой паузы между полуволнами высокочастотного напряжения инверторного узла. Техническим результатом по обоим вариантам выполнения является повышение надежности работы схемы путем исключения возникновения перенапряжений на ключах демодулятора при сопутствующем эффекте исключения динамических потерь в демодуляторе. 2 н.з.п. ф-лы, 6 ил.The utility model relates to electrical engineering, in particular, to power converting equipment, and can be used in the development of power supplies. Technical essence: DC voltage is converted to high-frequency using a high-frequency controlled inverter 1, the output voltage of which is transformed, and then converted to low-frequency voltage using a demodulator 2. Demodulator 2 is made according to the inverter circuit on fully controlled keys 3-8 with two-side conductivity. According to the first embodiment, a zero pause is introduced between the half-waves of the output voltage of the inverter 1, during which the pro-tactfully working keys of the demodulator are switched. In the second embodiment, the control unit 17 provides the simultaneous conductive state of all counter-working demodulator keys when they are switched, realizing a forced overlap mode, the duration of which is less than the duration of the specified zero pause between the half-waves of the high-frequency voltage of the inverter unit. The technical result for both options is to increase the reliability of the circuit by eliminating the occurrence of overvoltages on the keys of the demodulator with the concomitant effect of eliminating dynamic losses in the demodulator. 2 n.a.s. f-ly, 6 ill.
Description
Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к силовой преобразовательной технике, и может быть использована при разработке источников электропитания.The utility model relates to electrical engineering, in particular, to power converting equipment, and can be used in the development of power supplies.
Известен трехфазный инвертор напряжения, в котором для согласования уровней входного и выходного напряжений используется трехфазный трансформатор [1]. Недостатком известного устройства являются низкие массогабаритные показатели из-за выходного трансформатора, работающего на относительно низкой частоте.Known three-phase voltage inverter, in which to match the levels of input and output voltages, a three-phase transformer is used [1]. A disadvantage of the known device is the low overall dimensions due to the output transformer operating at a relatively low frequency.
Наиболее близким к устройством по первому и второму вариантам полезной модели является трехфазный инвертор напряжения [2], выполненный в виде последовательно соединенных высокочастотного управляемого инвертора, трансформаторного узла и выходного демодулятора, выполненного по мостовой схеме инвертора на полностью управляемых ключах.The closest to the device according to the first and second variants of the utility model is a three-phase voltage inverter [2], made in the form of series-connected high-frequency controlled inverter, transformer unit and output demodulator, made according to the bridge circuit of the inverter on fully controlled keys.
Недостатком известного устройства [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 цепей для протекания реактивного тока индуктивной нагрузки).A disadvantage of the known device [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 switch (due to the lack of circuits for the reactive current of the inductive load).
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели по ее обоим вариантам, является повышение надежности работы устройства.The technical result that can be achieved using the utility model for both of its options is to increase the reliability of the device.
Технический результат по первому варианту полезной модели достигается за счет того, что, в преобразователе постоянного напряжения в переменное, содержащем высокочастотный управляемый инверторный узел, выход которого через трансформаторный узел подсоединен к входным выводам трехфазного управляемого демодулятора, выполненного по схеме инвертора, преобразующего напряжение высокой частоты в напряжение низкой частоты в соответствии с алгоритмом, задаваемым блоком управления, полностью управляемые ключи демодулятора обладают двухсторонней проводимостью, а блок управления выполнен обеспечивающим формирование нулевой паузы между полуволнами выходного напряжения инверторного узла, в течение которой переключаются противотактно работающие ключи демодулятора, причем длительность нулевой паузы αΔ выбрана из условия:The technical result according to the first embodiment of the utility model is achieved due to the fact that, in a DC-to-AC converter containing a high-frequency controlled inverter unit, the output of which through the transformer unit is connected to the input terminals of a three-phase controlled demodulator made according to an inverter circuit that converts high-frequency voltage to low frequency voltage in accordance with the algorithm specified by the control unit, fully controllable demodulator keys have a two-way nney conductivity, and the control unit ensures the formation of zero pause between half waves of the output voltage of the inverter unit, for which operating keys protivotaktno switched demodulator, wherein the zero pause duration α Δ is chosen from the condition:
αΔ=(θΔ+α)[эл.град.],α Δ = (θ Δ + α) [electric city],
где: θΔ - фиксированная минимальная нулевая пауза, α - угол регулирования управляемого инвертора.where: θ Δ is the fixed minimum zero pause, α is the angle of regulation of the controlled inverter.
Технический результат по второму варианту полезной модели достигается за счет того, что в преобразователе постоянного напряжения в переменное, содержащем высокочастотный управляемый инверторный узел, выход которого через трансформатор подсоединен ко входным выводам трехфазного управляемого демодулятора, выполненного по схеме инвертора, преобразующего напряжение высокой частоты в напряжение низкой частоты в соответствии с алгоритмом, задаваемым блоком управления, причем полностью управляемые ключи демодулятора обладают двухсторонней проводимостью, а блок управления выполнен обеспечивающим формирование нулевой паузы между полуволнами выходного напряжения инверторного узла, в течение которой переключаются противотактно работающие ключи демодулятора, и вместе с этим одновременное проводящее состояние всех противотактно работающих ключей демодулятора при их переключении, длительность которого меньше длительности нулевой паузы яд между полуволнами выходного напряжения инверторного узла, которая выбирается из условия:The technical result according to the second embodiment of the utility model is achieved due to the fact that in the DC-to-AC converter containing a high-frequency controlled inverter unit, the output of which through a transformer is connected to the input terminals of a three-phase controlled demodulator made according to the inverter circuit that converts high-frequency voltage to low voltage frequencies in accordance with the algorithm specified by the control unit, moreover, fully controlled demodulator keys have two-way conduction, and the control unit is configured to create a zero pause between the half-waves of the output voltage of the inverter unit, during which the counter-working demodulator keys are switched, and at the same time the concurrent state of all counter-working demodulator keys when they are switched, the duration of which is less than the duration of the zero pause poison between the half-waves of the output voltage of the inverter unit, which is selected from the condition:
αΔ=(θΔ+α)[эл.град.]α Δ = (θ Δ + α) [electric city]
где: θΔ - фиксированная минимальная нулевая пауза, α - угол регулирования управляемого инвертора.where: θ Δ is the fixed minimum zero pause, α is the angle of regulation of the controlled inverter.
Оба варианта полезной модели, различающиеся функциональными возможностями блока управления (во втором варианте полезной модели блок управления дополнительно формирует принудительное перекрытие проводящего состояния всех ключей демодулятора при их переключении), объединены единым техническим замыслом, направленным на достижение одного и того же технического результата - повышение надежности работы устройства путем исключения возникновения перенапряжений на ключах демодулятора.Both variants of the utility model that differ in the functionality of the control unit (in the second embodiment of the utility model, the control unit additionally forms a forced overlap of the conductive state of all the keys of the demodulator when they are switched), are combined by a single technical concept aimed at achieving the same technical result - increasing the reliability of operation devices by eliminating the occurrence of overvoltages on the keys of the demodulator.
На фиг.1 представлена схема преобразователя постоянного напряжения в переменное (для обоих вариантов).Figure 1 presents a diagram of a DC-to-AC converter (for both options).
На фиг.2 приведена схема блока управления преобразователя для первого варианта выполнения. Для первого варианта выходными сигналами блока управления являются импульсы .Figure 2 shows a diagram of a control unit of the Converter for the first embodiment. For the first option, the output signals of the control unit are pulses .
На фиг.3 приведена схема блока управления преобразователя для второго варианта выполнения. Для второго варианта выходными сигналами блока управления являются импульсы .Figure 3 shows a diagram of a control unit of the Converter for the second embodiment. For the second option, the output signals of the control unit are pulses .
На фиг.4 и фиг.5 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип формирования выходного напряжения и алгоритмы работы элементов блока управления.Figure 4 and figure 5 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.6 приведены временные диаграммы работы расширителя импульсов.Figure 6 shows the timing diagrams of the pulse expander.
Устройство по обоим вариантам выполнения (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 () соответственно). Для улучшения качества преобразованной электроэнергии на выходе демодулятора может устанавливаться трехфазный Г образный LC фильтр 18. Трехфазную нагрузку 19 (с нулевым выводом О2) подключают или к трехфазному выходу (А2, В2, С2) фильтра 18 или непосредственно к трехфазному выходу (A1, B1, С1) демодулятора 2.The device according to both embodiments (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 keys 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 ( ) 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. A three-phase load 19 (with zero output О2) 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 по обоим вариантам выполнения (фиг.2, 3) 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 according to both variants of execution (Figs. 2, 3) comprises a frequency adjuster 20, the output of which is connected to the input of the frequency divider 21, with 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 adjuster 26, the outputs of which are connected to the inputs of the first comparator 27. Input of the voltage adjuster 26 is 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 block 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 “2OR” elements 37, 38, 39 and three “NOT” logical elements 40, 41, 42. The connections between nodes 22, 23, 30 and between logical elements inside block 30 are determined by logical expressions:
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 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
логическими элементами внутри узла 43 определяются следующими логическими выражениями:logical elements inside node 43 are determined by the following logical expressions:
Блок управления 3 (по второму варианту выполнения), полностью повторяя схему по фиг.2, содержит дополнительно расширитель импульсов 52, который расширяет функции блока управления, обеспечивая дополнительные возможности повышения надежности устройства путем исключения перенапряжений на ключах демодулятора.The control unit 3 (according to the second embodiment), completely repeating the circuit of FIG. 2, further comprises a pulse expander 52, which extends the functions of the control unit, providing additional opportunities to increase the reliability of the device by eliminating overvoltages on the demodulator keys.
Расширитель импульсов 52 (фиг.3) 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 δ (фиг.6). Описанные логические связи определяются следующими логическими выражениями:The pulse expander 52 (Fig. 3) is made in the form of a setter of a minimum fixed pause 53, a 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 is connected to the output of the element 53, and the output is connected to one of the inputs of the “2OR” logic elements 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 δ (Fig.6). The described logical relationships are determined by the following logical expressions:
С выходов расширителя импульсов снимают расширенные импульсы управления ключами переменного тока 3...8 демодулятора 2. Принцип работы расширителя поясняется на фиг.6 на примере расширения импульсов и . В реальной блок-схеме на фиг.2 вместо сигналов и используются сигналы .Extended pulses are removed from the outputs of the pulse expander key management AC 3 ... 8 demodulator 2. The principle of operation of the expander is illustrated in Fig.6 on the example of pulse expansion and . In the real block diagram of FIG. 2, instead of signals and signals are used .
При строго 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, а практически оно не реализуется, 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 выбирается меньше длительности нулевой паузы αΔ 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 strictly synchronous antiphase switching of the keys of each pair in each of the three racks of the bridge of the demodulator 2, a pulse expander 52 is in principle not required. If this condition is not realized, but practically it is not realized, then using 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 is selected less than the duration of the zero pause α 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.4 представлены временные диаграммы рабочих процессов для случая, когда кратность высокой частоты f промежуточного преобразования Figure 4 presents the timing diagrams of work processes for the case when the multiplicity of the high frequency f of the intermediate conversion
относительно выходной частоты F взята небольшой . Эквивалентное модулирующее воздействие (ЭМВ) для каждой фазыrelative to the output frequency F taken small . Equivalent modulating effect (EMW) for each phase
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.4 показаны:Figure 4 shows:
- два варианта импульсов (6F и 3F) на входе делителя частоты 21, иллюстрирующие два возможных варианта построения распределителя импульсов 22;- two versions of the pulses (6F and 3F) at the input of the frequency divider 21, illustrating two possible options for the construction of the pulse distributor 22;
- - импульсы на выходе распределителя импульсов 22, (сдвинутые между собой последовательно на угол 2π/3);- - 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;
- UA1О1, UB1О1, UC1О1 - фазные напряжения на трехфазной нагрузке при наличии нулевого провода 01-0,- U A1О1 , U B1О1 , U C1О1 - phase voltages at a three-phase load in the presence of a neutral wire 01-0,
- ψ1...ψ4 - эквивалентные алгоритмы переключения противотактно работающих ключей 3, 4, 5 и 6, 7, 8 демодулятора 2 (без расширения управляющих импульсов);- ψ 1 ... ψ 4 - equivalent algorithms for switching counter-working keys 3, 4, 5 and 6, 7, 8 of demodulator 2 (without extension of control pulses);
- UA2О2 - напряжение и iA2О2 - ток при RL нагрузке одной фазы (А2) при отсутствии нулевого провода 01-02 и выходного фильтра 18.- U A2О2 - voltage and i A2О2 - current at RL load of one phase (A2) in the absence of neutral wire 01-02 and output filter 18.
На фиг.5 представлены:Figure 5 presents:
- - парафазные импульсы на выходе задатчика частоты 34;- - paraphase pulses at the output of the frequency adjuster 34;
- UГПН - выходное напряжение генератора пилообразного напряжения (ГПН) 25 и выходное напряжение Ua задатчика уровня 26 выходного напряжения;- U GPN - the output voltage of the sawtooth voltage generator (GPN) 25 and the output voltage U a of the master level 26 output voltage;
- S - импульсы на выходе компаратора 27;- S - pulses at the output of the comparator 27;
- - импульсы на выходе логического элемента 29;- - pulses at the output of the logic element 29;
- - парафазные импульсы на выходах распределителя импульсов 23, (сдвинутые между собой на угол π\2);- - 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;
- - импульсы на выходе логического элемента 46;- - pulses at the output of the logic element 46;
- - импульсы на выходе логического элемента 47;- - pulses at the output of logic element 47;
- ψA, ψB и ψC - алгоритмы переключения ключей высокочастотных инверторных ячеек 9, 13 соответственно;- ψ A , ψ B and ψ C - 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.6 показан принцип расширения импульсов:Figure 6 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;
- - импульсы, подлежащие расширению;- - pulses to be expanded;
- - импульсы после расширения импульсов и .- - pulses after pulse expansion and .
Логическая функция расширения требуемого импульса, например , реализуется путем формирования (с помощью узлов 25, 53, 54) последовательности импульсов ΔS длительностью δ и последующей их подачи на один из входов логического элемента 2ИЛИ, на второй вход которого подают импульсы . На фиг.2 эта функция расширения реализована для шести импульсов () управления ключами 3...8 демодулятора. Для этого используются 6 логических элементов 2ИЛИ 55...60.The logical function of the expansion of the desired pulse, for example is realized by forming (using nodes 25, 53, 54) a pulse train ΔS of duration δ and then feeding them to one of the inputs of a 2 OR logic element, to the second input of which pulses . 2, this expansion function is implemented for six pulses ( ) 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 θ между его полуволнами. Оно формируется высокочастотным инвертором 1, который при низком значении напряжения питания (EП12...30В) целесообразно выполнять в виде двух инверторных ячеек 9, 13 с трансформаторным выходом. Ключи инверторных ячеек управляются сигналами 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 θ 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 ... 30V), it is advisable to perform in the form of two inverter cells 9, 13 with a transformer output. Inverter cell keys are controlled by signals 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 (θΔ+α)/2 в противоположные стороны напряжения одной инверторной ячейки относительно другой с последующим их суммированием в выходной цепи трансформаторов. При таком изменении угла θΔ+α фазовое положение результирующего напряжения Uml не изменяется, благодаря чему появилась возможность осуществлять переключения ключей 3...8 демодулятора (в моменты, соответствующие середине нулевых пауз) при любом значении угла регулирования α. Изменение угла регулирования в пределах αΔ=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) [electric grad.] Is formed due to a symmetric phase shift by an angle (θ Δ + α) / 2 in opposite directions of the voltage of one inverter cell relative to the other with their subsequent summation in the output circuit of the transformers . With such a change in the angle θ Δ + α, the phase position of the resulting voltage U ml does not change, which makes it possible to switch keys 3 ... 8 of the demodulator (at moments corresponding to the middle of zero pauses) for any value of the control angle α. The change in the angle of regulation within α Δ = 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 так же снижению динамических потерь в ключах демодулятора) Minimum pause θ Δ between half-waves of high-frequency voltage (contributing to the reduction of dynamic losses in the demodulator keys)
соответствует максимальному напряжению Uml и определяется задаваемой длительностью сигнала S (фиг.2, 3). На практике она должна составлять от 2 до 4 микросекунд.corresponds to the maximum voltage U ml and is determined by the specified signal duration S (Fig.2, 3). In practice, it should be between 2 and 4 microseconds.
При стабилизации выходного напряжения его уровень задается сигналом (уставкой) U0, подаваемым на один вход узда 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, выполненным по нулевой схеме: положительную полуволну напряжения Uml подключают к фазе А2 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 А2 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. At the same time, the operation of this pair of keys is similar to the work of a pair of diodes in a conventional rectifier made according to the zero scheme: the positive half-wave of voltage U ml is connected to phase A2 using key 3, and its negative half-wave is using 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 A2, 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 UA101, показанный на фиг.4.In the absence of a neutral wire 01-02 (Fig. 1), the voltage of phase A2 takes the form U A101 , shown in Fig. 4.
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:
где ψA, ψB, ψC - эквивалентные алгоритмы переключения ключей 3, 4; 5, 6; 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 (1) легко убедиться путем визуального перемножения соответствующих сигналов на фиг.4.where ψ A , ψ B , ψ C are equivalent key switching algorithms 3, 4; 5, 6; 7, 8 (respectively for phases A1, B1, C1, as already mentioned above), which have the form of alternating rectangular pulses with a unit amplitude. The validity of the description (1) can be easily verified by visually multiplying the corresponding signals in Fig. 4.
Дополнительно поясним физическую суть сигналов и эквивалентных алгоритмов переключения ключей. Сигналы А, В, С в коде «0-1» определяют алгоритмы переключения ключей 3, 5, 7, а сигналы в том же коде - алгоритмы переключения ключей 4, 6, 8 демодулятора. Поскольку ключи одной стойки переключают в противотакте (в случае отсутствия перекрытий в переключениях), то для алгоритмов переключения ключей одной фазы справедливы следующие выражения:In addition, we explain the physical essence of the signals 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 in the same code, demodulator key switching algorithms 4, 6, 8. Since the keys of one rack are switched in counter-tactic (in the absence of overlap in the switchings), the following expressions are valid for the switching algorithms of keys of one phase:
Выражения (2) говорят о том, что проводимость преобразующего тракта демодулятора остается неизменной.Expressions (2) indicate that the conductivity of the transforming path of the demodulator remains unchanged.
Разность же этих сигналов является знакопеременным сигналом:The difference of these signals is an alternating signal:
и представляет 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 is an equivalent key switching algorithm (quantization algorithm or changing the sign of the energy flow) 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 (фиг.3) напряжение Uml на входе демодулятора имеет отрицательную полярность (при этом знак «-» - вверху, в точке т, знак «+» - внизу, в точке l на фиг.1). В соответствии с эквивалентными алгоритмами ψA, ψB, ψC включены следующие ключи демодулятора: в фазе A1 - ключ 4, в фазе В1 - ключ 5, в фазе С1 - ключ 8. В момент θ1 (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, в течение следующего импульса напряжения Uml уже другой, положительной полярности (знак «+» - вверху, знак «-» - внизу) 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.On the 1st interval θ 0 ÷ θ 1 (Fig. 3), the voltage U ml at the input of the demodulator has a negative polarity (with the “-” sign at the top, at point t, the “+” sign at the bottom, at point l in FIG. .one). 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 a zero pause α Δ ) keys 4, 5, 8 are turned off, and keys 3, 6, 7 are turned on. Keys 3, 6, 7 remain switched on in the interval θ 1 ÷ θ 2 that is: during the remaining half pause, during the next voltage pulse U ml, it is already of another, positive polarity (the “+” sign is at the top, the “-” sign is at the bottom ) 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.
Переключения ключей происходят при нулевых значениях коммутируемого напряжения. В результате этого перенапряжения на ключах отсутствуют, (что повышает надежность работы схемы), а динамические потери в ключах сводятся к нулю.Switching of keys occurs at zero values of the switched voltage. As a result of this overvoltage on the keys are absent (which 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 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, описанный во втором варианте полезной модели.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 the increase in the resulting key resistance for the load current. For this purpose, the control unit 17 provides the simultaneous conductive state of the counter-working demodulator keys when they are switched, realizing the forced overlap mode described in the second embodiment of the utility model.
Режим гарантированного перекрытия (длительность которого меньше длительности нулевой паузы αΔ 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 The guaranteed overlap mode (the duration of which is shorter than the length of the zero pause α Δ 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 by an angle δ / 2, and the switching pulse with a delay pulse ahead of the same angle δ / 2. Technology
формирования таких импульсов поясняется на фиг.6, а реализация - на фиг.3 (в блоке расширения импульсов 52).the formation of such pulses is illustrated in Fig.6, and the implementation is shown in Fig.3 (in the 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, в результате чего перенапряжения на ключах не возникают.In the middle of zero pauses in the switched voltage U ml on the interval δ, the simultaneous open state of all six keys of the demodulator is realized, which provides a path for the free flow of the load for the reactive current, as a result of which overvoltages do not occur on the keys.
Таким образом, (в схеме полезной модели по первому варианту), за счет введения нулевой паузы между полуволнами выходного напряжения высокочастотного инвертора появилась возможность переключения ключей демодулятора при нулевых значениях напряжения Uml, что исключает возникновение перенапряжений на их силовых электродах, и, следовательно, повышает надежность работы устройства.Thus, (in the scheme of the utility model according to the first embodiment), by introducing a zero pause between the half-waves of the output voltage of the high-frequency inverter, it became possible to switch the demodulator keys at zero voltage values U ml , which eliminates the occurrence of overvoltages on their power electrodes, and, therefore, increases reliability of the device.
Введение принудительного режима перекрытия δ (по второму варианту выполнения) в середине нулевой паузы организует цепи замыкания реактивного тока индуктивной нагрузки, что также исключает возникновение перенапряжений на ключах и дополнительно повышает надежность работы устройства.The introduction of a forced overlap mode δ (according to the second embodiment) in the middle of a zero pause organizes the inductive load reactive current circuit, which also eliminates the occurrence of overvoltage on the keys and further increases the reliability of the device.
Высокая надежность работы элементов схемы позволяет ему быть наиболее предпочтительным при разработке схем источников электропитания широкого назначения.The high reliability of the circuit elements allows it to be most preferable when developing schemes of power supplies for a wide range of purposes.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:Sources of information taken into account when compiling the description:
1. B.C.Моин «Стабилизированные транзисторные преобразователи» М., ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1986 г.1. B.C. Moin “Stabilized Transistor Converters” M., ENERGOATOMIZDAT, 1986
2. Там же, с.364.2. Ibid., P. 344.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008119921/22U RU76183U1 (en) | 2008-05-21 | 2008-05-21 | CONSTANT VOLTAGE CONVERTER TO VARIABLE (OPTIONS) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008119921/22U RU76183U1 (en) | 2008-05-21 | 2008-05-21 | CONSTANT VOLTAGE CONVERTER TO VARIABLE (OPTIONS) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU76183U1 true RU76183U1 (en) | 2008-09-10 |
Family
ID=39867377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008119921/22U RU76183U1 (en) | 2008-05-21 | 2008-05-21 | CONSTANT VOLTAGE CONVERTER TO VARIABLE (OPTIONS) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU76183U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2747222C1 (en) * | 2020-09-04 | 2021-04-29 | Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" | Converter of dc voltage to three-phase ac voltage |
-
2008
- 2008-05-21 RU RU2008119921/22U patent/RU76183U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2747222C1 (en) * | 2020-09-04 | 2021-04-29 | Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" | Converter of dc voltage to three-phase ac voltage |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0903841B1 (en) | Ac/ac converter | |
Pulikanti et al. | Voltage balancing control of three-level active NPC converter using SHE-PWM | |
US7808125B1 (en) | Scheme for operation of step wave power converter | |
CN103178733A (en) | High-efficiency, three-level, single-phase inverter | |
US20150049530A1 (en) | Power electronic converter | |
RU2014108669A (en) | SYSTEM AND METHOD FOR ENERGY CONVERSION | |
Sujitha et al. | A new hybrid cascaded h-bridge multilevel inverter-performance analysis | |
JP5072097B2 (en) | Three-phase voltage type inverter system | |
Draxe et al. | A cascaded asymmetric multilevel inverter with minimum number of switches for solar applications | |
JP5060962B2 (en) | Method and inverter for converting DC voltage to three-phase AC output | |
JP2015012750A (en) | Power conversion device | |
KR101034263B1 (en) | DC-DC Convert for the Photovoltaic System | |
Arrillaga et al. | A current reinjection scheme that adds self-commutation and pulse multiplication to the thyristor converter | |
RU76183U1 (en) | CONSTANT VOLTAGE CONVERTER TO VARIABLE (OPTIONS) | |
US10978959B2 (en) | Capacitive-based power transformation | |
RU2366068C1 (en) | Method of converting direct voltage to alternating voltage | |
Kim et al. | PWM methods for high frequency voltage link inverter commutation | |
US6885569B2 (en) | Energy converting device | |
RU2461950C1 (en) | Low-frequency converter | |
WO2016194712A1 (en) | Isolated-type electric power converting device | |
KR101292593B1 (en) | Interleaving type grid-connected module type photovoltaic power conversion apparatus | |
Kim et al. | THD analysis for a high frequency link SCR-based PWM inverter | |
KR20120079754A (en) | Multilevel inverter | |
SU754635A1 (en) | Voltage controller with intermediate high-frequency conversion | |
Loh et al. | Topological and modulation design of three-level Z-source inverters |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20090522 |