SU688970A1 - Преобразователь посто нного напр жени в ступенчатое переменное - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области преобразовательной техники и может быть использовано дл  построени  вторичных источников питани  устройств электроавтоматики и электроприводов переменного тока малой мощности (до единиц кВА), работающих как на переменную, так и на посто нную нагрузку, в тех случа х, когда требуетс  согласование уровней напр жений питающей сети и потребител , а также повыщенное качество преобразованной электрической энергии и приемлемые массо-габаритные показатели источника.

Регулирование частоты и напр жени  нагрузки , а также повышение качества энергии на выходе статических преобразователей реализуетс  путем применени  различных видов модул ций. Наибольшее распространение получили широтно-импульсна  модул ци  (ШИМ) и амплитудно-импульсна  модул ци  (АИМ). Эти методы формировани  напр жени  основаны или на изменении (модул ции) длительности отдельных импульсов равной амплитуды (ШИМ), или на изменении (модул ции) амплитуды и длительности ступеней (АИМ).

Перспективным способом улучшени  гармонического состава выходного напр жени  инверторов  вл етс  АИМ. АИМ дл  обеспечени  одинакового с ШИМ качества преобразованной электрической энергии реализует с меньшими коммутационными потер ми за счет меньшего числа тактовых интервалов и имеет более простую систему управлени .

Инверторы с АИМ по схемному признаку можно разделить на три класса. К первому классу относ тс  инверторы, в которых ступенчатое напр жение формируетс  путем

поочередного подключени  с помощью ключей обмоток трансформатора, работающего на выходной частоте 1.

Ко второму классу относ тс  инверторы, формирующие ступенчатое напр жение за

счет использовани  нескольких источников питани  с различными уровн ми напр жени  питани  2.

К третьему классу относ тс  схемы инверторов с промежуточным звеном высокой

частоты 3J.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению  вл етс  преобразователь , относ щийс  к третьему классу. Этот преобразователь содержит инвертор

с высокочастотным согласующим трансформатором , вторична  обмотка которого выполнена со средним выводом и отпайками, расположенными симметрично относительно среднего вывода, коммутатор на управл емых ключах, поочередно переключающий

обмотки на вторичной стороне трансформатора , и блок управлени , включающий в себ  задающий генератор, фазосдвигающий узел и многоканальный распределитель импульсов , св занный с управл ющими входами ключей коммутатора. При использовании этого преобразовател  можно повысить частоту напр жени  на первичной обмотке трансформатора и, следовательно, улучщить его массо-габаритные показатели. Рабоча  частота трансформатора в известном рещении превыщает частоту напр жени  в нагрузке в 2/V раз (где Л - число ступеней на четверти периода выходного напр жени  преобразовател ), причем, увеличива  число вторичных обмоток с ключами, получить напр жение с любым числом ступеней и, следовательно, получить сколь угодно малый коэффициент гармоник и улучщить при этом массо-габаритные показатели трансформатора. К недостаткам таких преобразователей следует отнести сложность его силовой части (число ключей коммутатора равно 2N).

Целью изобретени   вл етс  упрощение известного преобразовател  при получении выходного напр жени  с малым коэффициентом гармоник.

Дл  достижени  поставленной цели коммутатор выполнен на Л управл емых ключах , а многоканальный распределитель им-, пульсов выполнен (2N-1)-канальным, каждый его i-ый канал из числа (N-1) совместно с {2N-t)-biM каналом св зан с управл ющим входом соответствующего ключа коммутатора через логический элемент ИЛИ, а число витков i-ro выходного вывода трансформатора с числом витков его N-ro выходного вывода св зано соотнощением

.Wi . ()u - - sm - --

w

2(2N-i)

N

где /V - число ступеней на четверти периода выходного напр жени  преобразовател ;

f 1, 2, ..., N - номер выходного вывода трансформатора при отсчете от среднего вывода его вторичной обмотки попеременно в одну и другую от него сторону.

На фиг. 1 дана принципиальна  схема предлагаемого преобразовател ; на фиг. 1,6 - блок управлени  этим преобразователем; на фиг. 2 - временное диаграммы, но сн ющие принцип работы преобразовател ; на фиг. 3 - зависимость коэффициента гармоник выходного напр жени  преобразовател  от числа ступеней (Л) на четверти его периода.

Предлагаемый преобразователь содержит промежуточное высокочастотное инвертирующее звено, выполненное в виде мостового инвертора 1 на ключах 2-5. Инвертор 1 нагружен на первичную обмотку 6 согласующего трансформатора 7. Вторична  обмотка 8 трансформатора выполнена со средним выводом 9 и отпайками 10, 11, образующими вместе с двум  концами 12, 13 этой обмотки выходные выводы трансформатора. Выходные выводы трансформатора 7 соединены с силовыми концами ключей 14-17 коммутатора 18. Выходные выводы преобразовател  образованы средним выводом 9 вторичной обмотки 8 трансформатора и точкой объединени  других силовых концов управл емых ключей коммутатора 18.

Блок управлени  19 содержит задающий генератор 20, подключенный к фазосдвигающему устройству 21 и многоканальному распределителю импульсов 22. Распределитель 22 выполнен (2N-1)-канальным, причем каждый его i-ый канал из числа (.V-1) совместно с (2N-г)-ым каналом св зан с управл ющим входом соответствующего ключа коммутатора через логические элементы ИЛИ. Управл ющие входы ключей 2-5 высокочастотного инвертора 1 также св заны с соответствующими выводами блока управлени  через буферные усилители 23.

Принцип формировани  ступенчатого выходного напр жени  с нерегулируемыми и регулируемыми по щирине ступен ми по сн етс  соответственно на фиг. 2, а и 2, б, где ТИ - тактовые имнульсы па выходе генератора импульсов f/a-f/s - сигналы управлени , подаваемые на управл ющие входы ключей 2-5 инвертора 1; Ue - форма напр жени  на первичной обмотке 6 трансформатора 7; бвых - форма выходного напр жени  преобразовател ; (Уи-Un - снгпалы управлени , подаваемые на управл ющие входы ключей 14-17 коммутатора 18.

При подключении питани  к блоку управлени  и силовой части преобразовател  замыкаютс  ключи 2, 5 инвертора 1. На первичной обмотке 6 согласующего в тсокочастотного трансформатора 7 формируетс  положительный импульс напр жени  UQ. Пол рность обмоток трансформатора такова , что при замыкании ключа 16 коммутатора 18 на нагрузке формируетс  нерва  ступень положительной полуволны выходного напр жени . При замыкании ключей 3, 4 инвертора 1, на обмотке 6 формируетс  отрицательный имиульс напр жени  UB. Замыканием ключа 15 формируют вторую ступень выходного напр жени . Дальнейщее формирование ступеней происходит аналогично в соответствии с временными диаграммами, представленными на фиг. 2.

Регулирование длительности импульсов выходного напр жени  может осуществл тьс  в каждом из силовых звеньев преобразовател : в инверторе, в трансформаторе или в коммутаторе. С точки зрени  унрощени  системы управлени , рациональней регулировать напр жение в инверторе.

5

Простейший алгоритм управлени  ключами инвертора, обеспечивающий регулирование длительности импульсов выходного напр жени , по сн етс  временньши диаграммами на фиг. 2,6, где Us, U - пр мой и инверсный сигналы управлени  (эти сигналы с выхода задающего генератора 20 подаютс  на входы ключей 5, 4 высокочастотного инвертора 1); U, U - сигналы управлени , сдвинутые на величину t , относительно сигналов t/5, 4, формируемые на выходе фазосдвигающего устройства 21 и подаваемые на входы ключей 2, 3.

АИМ может осуществл тьс , во-первых, с разным числом ступеней N на четверти периода выходного напр жени  преобразовател  и, во-вторых, с четным или нечетным числом тактовых интервалов п на полупериоде выходного напр жени .

В известном рещении, прин том за прототип , ступенчатое напр жение формируетс  с четным п. В результате количество силовых ключей коммутатора равно удвоенному чнслу ступеней на четверти периода выходного напр жени .

В предлагаемом преобразователе выходное напр жение формируетс  с нечетным числом п. В этом случае преобразователь упрощаетс  за счет уменьшени  числа силовых элементов коммутатора (.V управл емых ключей вместо 2N у прототипа).

При равном числе ступеней, нанример ., известное решение имеет несколько лучший коэффициент гармоник (/(,117) по сравнению с предлагаемым преобразователем (,124), но при этом его коммутатор содержит вдвое большее число силовых ключей. При рассмотрении вариантов с более близким соотношением числа ключей становитс  очевидным, что предлагаемый преобразователь при меньшем числе ключей коммутатора обеспечивает лучшее качество преобразованной электрической энергии (нри ,) и числе ключей у прототипа, равном 6, имеем ,15. В то же врем  в предлагаемом преобразователе при и числе ключей, равном 4, коэффициент гармоник равен 0,124).

Предложенный преобразователь может примен тьс  во всех тех случа х, где требуетс  преобразование посто нного напр жени  одного уровн  в однофазное напр жение другого уровн  заданной фиксированной частоты.

М-фазный преобразователь посто нного напр жени  может быть построен по модульному принципу из т вышеописанных преобразователей или дл  упрошени  - путем подключени  к выходным выводам общего согласующего трансформатора т коммутаторов с последующей синхронизацией их работы.

Целесообразное число ступеней N выбираетс  в каждом случае применени  в за6

висимости от треоовани  к искажению выходного напр жени .

Зависимость коэффициента гармоник выходного напр жени  от числа ступеней, позвол юща  осуществить выбор числа Л, представлена на фиг. 3.

Claims (3)

1.Авторское свидетельство СССР № 280629, кл. Н 02М 7/48, 1968.

2.Авторское сзндетельство СССР Н 414693, кл. Н 02М 5/48, 1971.

3. А. П. Мельничук и др. Об уменьшении весо-габаритных показателей ВИП.-Сб. Повышение эффективности устройств преобразевательной техники. Ч. 4, Киев, «Наукова думка, 1972, с. 127-136.

+

Ч V Щ

фаг . 1

7 j 2

f)