SU1023590A1 - Способ преобразовани посто нного напр жени в квазисинусоидальное и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ Преобразовани  посто нного напр жени  в квазисинусоидальное путем инвертировани  посто нного напр жени  в переменные пр моугольные напр жени , которые модулируют по фазе относительно одного пр мо- с угольного напр жени , затем суммированием модулируемых и опорного напр (Л жений фор мируют одно результирующее напр жение, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности преобразовани  при повышенном напр жении питани , упом нутые модулируемые и опорное напр жение дублируют , фазы вторых кюдулйруемых напр жений измен ют на противоположные по отношению к фазе первых модулиру 4ых напр жений из вторых напр ю жений, вырабатывают второе результируюЕ ёе напр жевйе, затем каждое из о:) упом нутых результиругщих напр жений сд шлтр мл ют причем с помощью одного выпр мленного напр жени  задают потенциал ;е на нагрузке в положительном направлении относительно отрицательного вывода источника питани , а с помс иью другого выпр мленного напр жени  - потенциал на нагрузке в отрицательном направлении относительно положительного вывода источник ка питани. . 2. Устройство дл  преобразовани  посто нного напр жений в квазисинусоидапьное с многофазным выходом, содержащее инвёрторные  чейки и генератор опорного напр; жени , под

Description

ключанные к шинам питани , а также блок управлени , состо щий из синхронизированных генератором опорного напр жени  фазовых модул торов и дискриминатора уровн , причем к выходу каждой  чейки подключена перва  обмотка соответствующего трансформатора , вторые обмотки которых объединены в общем контуре, отличающ е е с   тем, что, с целью повышени  надежности при одновременном улучшении массогабаритных и стоимостных показателей и при отсутствии требований по гальванической разв зке питающего и выходного напр жений, на каждую фазу введены по два диодных выпр мител , дополнительный трансформатор , перва  обмотка которого соединена с силовым выходом упом нутого генератора, а втора  обмотка объединена с вторыми обмотками трансформаторов  чеек в последовательную цепь, в которой половина обмоток упом нутых трансформаторов включена согласно с обмоткой дополнительного трансформатора, а половина встречно , концы цепи соединены с входами первого выпр мител ,входы вто .рого выпр мител  св заны с последовательной цепью,составленной из третьих обмоток трансформаторов  чеек,в которой также половина обмоток включена встречно, а половина - согласно с третьей обмоткой дополнительного трансформатора, причем втора  и треть  обмотки каждого трансформатора  чейки включены в последовательные цепи во взаимно противоположном между собой направлении по отношению к соответствующей обмотке дополнительного трансформатора, два разнопол рных вывода выпр мителей соединены между собой и образуют соответствующий выход устройства, два других подключены в непровод щем направлении к шине1м питани .

Изобретение относитс  к области преобразовательной техники и может быть использовано в частотно-управ л емых электроприводах и вторичных источниках питани . Известны инверторы, в которых пр образование напр жени  осуществл е без гальванической трансформаторно разв зки, т.е. без согласовани  уровней питающего напр жени  и напр жени  нагрузки. Известен инвертор с питанием от источника посто нного напр жени выходы которого образованы парами полупроводниковых (обычно транзисто ных) ключей, переключающихс  в прот вофазе в режиме широтно-импульсной модул ции 1. При увеличении мощности и перехо к бестрансформаторному питанию чере выпр митель от сети переменного ток 380 Несущественного увеличиваютс  трудности.на пути создани  таких пр образовательных устройств. Известны устройства 2 и з , в которых реальные преобразователи с широтно-импульсным управлением от личаютс  очень большой сложностью построени  управл ющей цепи и силовой цепи, где требуетс  введение большого количества дополнительных реактивных элементов, значительно ухудшающих технологичность издели  повьаиаюших его стоимость. Кроме того, очень высока стоимос сильноточных высоковольтных транзисторов , необходимых при создании мощных приводов с непосредственным питанием от переменной сети 380 В. Если же сильноточные ключи собирать на базе параллельных сборок относительно слаботочных транзисторов,то по вл ютс  дополнительные трудности из-за неравномерности распределени  токов в динамике, в момент выключени . Это резко снижает надежность работы ключей на высоких напр жени х и требует снижени  максимально допустимой величины питающего напр жени . Высоковольтные транзисторы имеют обычно низкий козффициент усилени  по току, и при управлении ключами в режиме широтно-импульсной модул ции расходуетс  больша  мощность в цепи управлени . Дл  обеспечени  нормальной работы ключей нужны дополнительные гальванически разв занные источники, от которых и забираетс  мощность на управление. Проблема создани  алстродействующей и разв занной от силовой цепи системы управлени  силовыми ключами  вл етс  сложной. Силовые транзисторы крайне чувствительные к перегрузкам, поэтому необходима исключительно быстродействующа  система защиты инвертора от различных видов перегрузок. Известны преобразователи, содержащие промежуточное звено повышенной частоты 43 ,1(1. ; При использовании промежуточного эвена повышенной частоты легко организуетс  режим АШИМ, при этом в несколько раз умеиьшаетс  уровень нелинейных искажений по сравнению с режиме ШИМ. Этот принцип примениетс  и в приводах 5}. Инверто с промежуточным высокочастотным преобразованием разв зывают нагрузку от цепи питани  и одновременно согласовывают уровни входных и выходных напр жений с помощью демодул торного узла, выполненного на активных приборах с двусторонней проводимостью р и Ц. Применение активных приборов в де модул торе сильно снижает надежность работы и увеличивает потери мощности В некотОЕнлх случа х не требуютс  согласование и разв зка, поэтому демодул тор может быть упрощен. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  способ преобразовани  с промежуточным повыаением частоты в преобразовател х с су шированием в общем контуре , эаключакнцийс  в преобразовании посто нного напр жени  источника питани  в переменные пр моугольные напр жени , которые модулируют по фазе относительно одного пр моугольного опорного напр жени , затем из модулируе а 1х и опорного напр жений путем их суммировани  формируют результиру ющее напр жение {71. Известно устройство дл  осуществлени  способа П Е еббразовани  посто нного напр жени  в квазисинусоидальное содержащее инверторные  чейки и генератор опорного напр жени , подключенные к шинам источника посто нного напр жени , а также блок управлени , состо щий из синхронизированных генераторов опорного напр жени  фазрк х модул торов уровн ,при э-к л к выжолу каждой  чейки подключе на перва  оамотка соответствующего трансформатора, вторые обмотки которых объединены в обшем контуре . Недостатком известного технического решени   вл етс  невысока  надежность работы и сравнительно высокие массогабаритные и стоимостные показатели устройства на его осно|ве , обусловленные построением демощул торов на ключах с двусторонней {Проводимостью. Цель изобретени  - повьйиение надежности преобразовани  при повышенном капр жении питани  и одновремен ное снижение массогабаритных и стоимостных показателей. Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу преобразовани  посто нного напр жений в квазисинусо идальное, заключающемус  в инвертироваиии посто нного напр жени  в пе р менные пр моугольные напр жени , которые модулируют по фазе относи тельно одного опорного пр моугольного напр жени , затем су1«4ированием модулируемых и опорного напр жений формируют одно результирующее напр жение,упом нутые модулируемые и опорное напр жени  дублируют,фазы вторых модулируемых напр жений измен ют на противоположные по отношению к фазе первых модулируемых напр жений , из вторых напр жений вырабатывают второе результирующее напр жение , затем каждое из упом нутых напр жений выпр мл ют,причем с помощью одного выпр мленного напр жени  задают потенциал на нагрузке в положительном направлении относительно отрицательного вывода источника питани , а с помощью другого выпр мленного напр жени  потенциал на нагрузке в отрицательном направлении относительно положительного вывода источника питани . В устройство, реализующее предлагаемаК способ и содержащее инверторные  чейки и генератор опорного на пр жени , подключенные к шинам питани , а также блок управлени , состо щий из синхронизированных генераторе опорного напр жени  фазовых модул торов и диксримйнатора уровн , йричем к выходу каждой  чейки подклю|ч ена перва  обмотка соответствуюЫего трансформатора, вторые обмотки которых объединены в оацем контуре, дополнительно на каждую фазу нагрузки введены по два диодных выпр мител  и дополнительный трансформатор,перва  обмотка которого соединена с си-, ловым выходом упом нутого генератора, а втора  обмотка объединена с вторыми обмотками трансформаторов  чеек в последовательную цепь, в которой половина обмоток упом нутых трансформаторов включена согласно с обмоткой дополнительного трансформатора, а половина - встречно, концы цепи соединены с входами первого выпр мител , входы второго выпр мител  св заны с последовательной цепью, составленнвй из третьих обмоток трансформаторов  чеек, в которой также половина обмоток , включена встречно, а половина - согласно с третьей обмоткой дополнительного трансформатора, причем втора  и треть  обмотки каждого трансформатора  чейки.включены в последовательные цепи во взаимнопротивоположном между собой направлении по отношению к соответствующей обмотке дополнительного трансформатора , два разнопол рных выхода выпр мителей соединены между собой и образуют соответствующий выход устройства , а два других подключены в непровод щем направлении к шинам питани . На фиг. 1 изображена структурна  схема п-фаэного инвертора на четырех  чейках; на фиг. 2 - времен ные диаграммы напр жений в уст- . . роЯстве при Ugj 7 О; на фиг. 3 - то ж при на фиг. 4 временные диа раммы выходных напр жений и тока (Ugbiy , ,i5t J; i На фиг. 1 обозначены инверторные  чейки 1д, генератор опорного напр жени  2, трансформаторы  чеек и генератора Зу, первые обмотки трансформаторов 4 - 4, вторые обмотки трансформаторов 5, третьи обмотки трансформаторов 6 выпр мители Ту- 7, нагрузки блок управлени  9, инверторы дл  одной фазы нагрузки 10,. Инверторные  чейки генератор опорного напр жени  2 включены между шинами источника посто нного напр жени  (+U,-U). Выход инверторной  чейки соединен с первой обмоткой 4. - 4 4 транзформатора 3 - З. / э. выход генератора 2-е первой обмоткой 4 трансформатора . Вторые обмотки трансформатора 5 - 5 подключены к входу выпр мител  7) , а третьи обмотки б5- этих же трансФорматоров - к входу выпр мител  7. Обща  точка выпр мителей подсоединена к одной фазе п-фазной нагрузки 8 Входы  чеек соединены с выходами модул торов блока управлени  9. Способ преобразовани  посто нного напр жени  в квазисинусоидальное осу адествл етс  следующим образом. Посто нное напр жение источника преобразуетс  в пр моугольные напр жени  f которые в зависимости от входного сигнала Ug,x модулируют с  по фазе ошноситель.но опорного пр  моугольного напр жени  5 , Затем модулируемые и опорное напр жение сум мируютс  в первом контуре. Модулируемые и опорное напр жение дублируют таким образом что фазы вторых модулируемых , напр жений 64 по отношению к фазе второго опорного напр жени  6 измен ют на противоположное :по сравнению с фазой первых модулиру ёмых напр жений 5 - 5 по отнс иению к фазе первого опорного напр жени  5 Все вторые напр жени  об един ют во втором контуре, т.е. вырабатывают второе общее напр жение, затем каждое из упом нутых напр жений обоих контуров выпр мл ют и регулируют синхронно и в противофазе. С помощью одного выпр мленного напр жени  опре дел етс  потенциал на нагрузке в положительном направлении относительно отрицательного вывода источника питани  - и (4) f ас помощью другого выпр мленного напр жени  потенциал на нагрузке в отрицательном направлении относительно положи тельного вывода источника питани  + и ( 4 ) . Устройство работает следующим образом . При Ug 0 выходные напр жени   чеек не сдвинуты по фазе относительно опорного напр жени , амплитуда которого равна половине пр жени  источника питани . Так как вторые и третьи обмотки трансформаторов 3 и 3 включены., встречно относительно соответствующих обмоток трансформаторов 3 и 3,2. , то на входы выпр мителей 7 и 7 поступает лишь опорное напр жение, и на выходах выпр мителей получаетс  сигнал равный половине напр жени  источника питани , при этом на нагрузке - нулевой сигнал относительно этого среднего потенциала шин источников питани . При Ug,(,7 О измен етс  фаза выходного напр жени   чейки 1 . Соответственно этому измен ютс  напр жени  на входах и выходах выпр мителей 7 и 7 . Причем, если напр жение на выходе выпр мител  7 относительно шины силового источника питани  +U уменьшаетс , то на выходе выпр мител  7 относительно шины силового источника питани  -U оно на такую же величину увеличиваетс . Эти изменени  во времени происход т синхронно (фиг. 2). Максимальное напр жение фазы напр жени  инверторной  чейки 1 i равно 180°. При дальнейшем увеличении входного напр жени  сдвиг фазы напр жени  инверторной  чейки 1 остаетс  неизменным и максимальным (180) и начинаетс  изменени  фазы напр жени  второй инверторной  чейки 1 . При максимальном входном напр жении сдвигчфазы напр жени  и этой  чейки достигает 180° , что соответствует максимальному значению выходного напр жени  на выходе фазы инвертора. При отрицательном значении напр жени  фазы напр жений первый двух инверторных  чеек неизменны и равны О, а измен ютс  фазы напр жений сначала третьей 1з/ а затем четвертой 1 инверторных  чеек до 180 {ф г.З},, На этой фиг. 4 изображены выходные напр жени  верхнего и нижнего выпр мителей, каждое из которых имеет в качестве опоры потенциал верхней и нижней шины источника питани . Из диаграммы видно, что сумма напр жений выпр мителей в любой момент времени всегда равна или несколько меньше (на 1-2 В) величины напр жени  питани  его источника. Благодар  этому не возникает режим К,3. и в то же врем  обеспечиваетс  вполне определенное положание потенциала выхода в любой момент времени.

На фиг. 4 приведена также диаграмма тока при работе на активноиндуктибную нагрузку и показано, что при одном направлении тока в нагрузке работает только один из выпр мителей независимо от величины выходного напр жени , а при друГ « направлении тока в нагрузке

вступает в рабрту второй выпр мител а предыду1вий переходит в режим холостого хода.

i Число инверторных  чеек определ етс  мощностью инвестора и допустимыми токами через  чейку.

Амплитуды выходных напр жений на второй и третьей обмотке трансформатора генератора опорного напр жени  должны равн тьс  половине напр жени  источника пит.ани  и превышать амплитуды напр жений на второй и третьей обмотках каждого трансформатора инверторной  чейки в число раз равное количеству  чеек в фазе инвертора. Мощность генератора опорного напр жени  на каждую фазу нагрузки должна составл ть половину мощности фазы.

Предлагаемое устройство значительно сокращает число элементов на одну фазу нагрузки, так как демодул ци  в нем осуществл етс  на простых диодных ылпр мител х без ключей .

с двухсторонней проводимостью, поэтому резко повышаетс  надежность работы устройства и снижаютс  массогабаритные и стоимостные его показатели .: .

%i % /

T

.г

Claims (2)

1. СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ И УСТРОЙСТВО Для ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

   (57) 1. Способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное путем инвертирования постоянного напряжения в переменные прямоугольные напряжения, которые модулируют по фазе относительно одного прямо- д угольного напряжения, затем суммиро- ® ванием модулируемых и опорного напря- л жений формируют одно результирующее V/ напряжение, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности преобразования при повышенном напряжении питания, упомянутые моду- ! лируемые и опорное напряжение дублируют, фазы вторых модулируемых напряжений изменяют на противоположные по отношению к фазе первых модулируемых напряжений из вторых напряжений, вырабатывают второе результирующее напряжение, затем каждое из упомянутых результирующих напряжений выпрямляют , причем с помощью одного выпрямленного напряжения задают потенциа/ 'на нагрузке в положительном направлении относительно отрицательного вывода источника питания, а с помощью другого выпрямленного напряжения - потенциал на нагрузке в отрицательном направлении относительно положительного вывода источниг ка питания.
2. 2. Устройство для преобразования постоянного напряжений в квазисинусоидальное с многофазным выходом, содержащее инверторные ячейки и генератор опорного напряжения, под ключенные к шинам питания, а также блок управления, состоящий из синхронизированных генератором опорного напряжения фазовых модуляторов и дискриминатора уровня, причем к выходу каждой ячейки подключена первая обмотка соответствующего трансформатора, вторые обмотки которых объединены в общем контуре, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности при одновременном улучшении массогабаритных и стоимостных показателей и при отсутствии требований по гальванической развязке питающего и выходного напряжений, на каждую фазу введены по два диодных выпрямителя, дополнительный трансформатор, первая обмотка которого соединена с силовым выходом упомянутого генератора, а вторая обмотка объединена с вторыми обмотками транс'форматоров ячеек в последовательную цепь, в которой половина обмо ток упомянутых трансформаторов включена согласно с обмоткой дополнительного трансформатора, а половина встречно, концы цепи соединены с входами первого выпрямителя,входы второго выпрямителя связаны с последовательной цепью,составленной из третьих обмоток трансформаторов ячеек,в которой также половина обмоток включена встречно, а половина — согласно с третьей обмоткой дополнительного трансформатора, причем вторая и третья обмотки каждого трансформатора ячейки включены в последовательные цепи во взаимно противоположном между собой направлении по отношению к соответствующей обмотке дополнительного трансформатора, два разнополярных вывода выпрямителей соединены между собой и образуют соответствующий выход устройства, два других подключены в непроводящем направлении к шинам питания.