SU855900A1

SU855900A1 - Dc voltage-to-multistep ac voltage converter

Info

Publication number: SU855900A1
Application number: SU792793747A
Authority: SU
Inventors: Юрий Александрович Мордвинов; Станислав Иванович Королев
Priority date: 1979-07-09
Filing date: 1979-07-09
Publication date: 1981-08-15

Description

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ПЕРЕМЕННОЕ(54) CONSTANT VOLTAGE CONVERTER TO MULTISTORCED VARIABLE

Изобретение относитс к преобразовательной технике, а именно к преобразовател м посто н ного напр жени в переменное, и может быть использовано в качестве вторичных источников питани переменного тока. Известен преобразователь посто нного напр жени , содержащий задающий генератор, фазосдвигающее устройство, два инвертора, выходной фильтр и формирователь сигнала рассогласовани . Задающий генератор формирует напр жение пр моугольной формы и определ ет рабочую частоту и фазу одного из инверторов. Цепи управлени другого инвертора соединены с фазосдвигающим устройством, которое формирует пр моугольное напр жение той же часто ты, что и задающий генератор, сдвинутое по фа эе на угол, пропорциональный сигналу указанного формировател . На вход фильтра подаетс суммарное напр жение двух инверторов с регулируемым фазовым сдвигом. На выходе фильтра напр жение имеет си1гусоидальную фор му и поступает на нагрузку и на схему сравнени . Если его амплитуда превышает опорное напр жение, то сигнал поступает на одновибратор , а фильтр нижних частот выдел ет посто н ную составл ющую, величина которой и определ ет фазовый сдвиг меж.цу двум инверторами 1. Недостатком данного устройства вл етс низкое качество электроэнергии в переходных режимах (сброс или наброс нагрузки), когда из-за наличи больщого фильтра (шжних частот в первоначальный момент замкнута система ведет себ как разомкнута . Кроме того, в процессе регулировани (стабилизации) выходного напр жени измен етс фаза выходного напр жени . Известен также статический преобразователь, содержащий инвертор повыщенной частоты с выходным трансформатором, отводы вторичной обмотки которого подключены к тиристорному циклоконвертору, задающий генератор, pacni eделитель импульсов, кольцевую пересчетную схему и Делитель частоты. Задающий генератор формирует напр жение пр моугольной формы, которое поступает на управл ющие электроды тиристорюв инвертора и на делитель частоты, на выходе которого форшфуетс пр моуго.п,38 ное напр жение частоты в К раз ниже рабочей частоты задающего генератора. Выход делител частоты соединен с кольцевой пересчетной схе мой, на выходе которой формируетс несколько импульсов напр жени , распределенных во времени. Сигналы с кольцевой пересчетной схемы и задающего генератора поступают на распределитель импульсов, выходы которого соеди нены с управл ющими электродами тиристоров циклоконвертора 2. Недостатком этого преобразовател вл етс то, что в нем не предусматриваетс регулирова ние величины выходного напр жени . Ижестен преобразователь, содержащий высокочастотный инвертор, подключенный к первичной обмотке трансформатора, вторична обмотка которого вместе с отводами через ключи подключена к выходным выводам преобразовател 3. Недостатком такого устройства вл етс несколько пониженный КПД из-за того, что в любой момент времени в выходной цепи включено последовательно два ключа. Наиболее близким к изобретению техническим рещением вл етс преобразователь посто нного напр жени в многоступетттое переменное , содержащий основной и вспомогательный инверторы с выходными трансформаторами , вторичные обмотки которых выполнены с отводами, управл емые ключи с двухсторонней проводимостью, одними концами подключенные к отводам вторич шй обмотки трансфо матора основного инвертора, а также блок управлени , включающий в себ первую систему управлени основным И1юертором и упом нутыми ключами и вторую систему управлени вспомогательным инвертором, управл ющими входами св занную с выходом преобразовател и с первой системой управлени . При этом ко цы вторичной обмотки трансформатора основного инвертора и ее отводы подключены к др гим концам соответствующих ключей с двухсторонней проводимостью 4. Данный преобразователь эффективно примен етс при узком диапазоне регулировани величины выходного напр жени fper. VyiaK 2-3 С увеличением диапазона регулировани возрас тает величина высоких гармонических составл ющих в выходном напр жении. Например, при fperwiOT (ступенчата модул ци напр жени ) и при количестве подинтервалов в каждом тактовом интервале К 1 (худший вариант) амплитуда одиннадцатой и тринадцатой гармоник (количество тактовых интервалов i 6) равна соответственно 0,0909 0,0769 U где Ui - амплитуда первой гармоники. При perVYin-jT (отношение амплитуд регулируемо го и нерегулируемого напр жени 7 0,33) максимальное значение одиннадцатой и тринадцзтой гармоник увеличиваетс приблизительно до 0,22 и, и 0,18 U) что приводит к необ-, ходимости увеличени мощности выходного фильтра. С увеличением ерл „..(увеличиваетс 7) соответственно увеличиваетс и мощность выходного фильтра, что приводит к ухудшению динамических свойств преобразовател . В случае отсутстви выходного фильтра увеличение диапазона регулировани выходного напр жени приводит к ухудшению качества электрической энергии. Анализиру особенности рассматриваемой структуры преобразовател , приходим к выводу, что максимальное напр жение, прикладываемое к ключевым элементам, находитс в режиме почти максимальной вольтоотбавки и с увеличением диапазона регулировани величина резко возрастает. Например , напр жение первой гармоники Uj 315В. 51« 6 (7 0,715). В режиме максима ь per .wtcix ной вольтодобавки указанное напр жение формируетс от основного - 184 В, а от вспомогательного - 131 В. В режиме максимальной вольтоотбавки (напр жение на входе повысилось примерно в шесть раз) указанные напр жени повысились тоже в шесть раз, а мгновенное максимальное значение напр жени определ етс только напр жением основного инвертора , т.е. 184 X 6 П04 В. Вели учитывать особенности построени схемы преобразовател (к крайним тиристорам прикладываетс двойное напр жение), то практическа реа шзаци таких преобразователей встречает затруднени , вследствие чего необходима разработка структур преобразователей, обеспечиваюпшх снижение напр жени , прикладываемою к ключевым элементам демодул тора, при широком диапазоне изменени напр жени питани . Таким образом, недостатком данного решени при большом диапазоне изменени напр жени питани вл етс низкое качество электрической энергии и ограниченна область применени . Цель изобретени - повышение качества электрической энергии за счет уменьшени коэффициента гармоник при регулировании величины выходного напр жени . Поставленна цель достигаетс тем, что в известном преобразователе посто нного напр жени в многоступенчатое переменное, содержащем основной и р вспомогательных инверторов с выходными трансформаторами, однотипные вторичные обмотки которых соединены последовательно , управл емые ключи с двухсторонней проводимостью, одни концы которых подключены ко вторичным обмоткам трансформаторов , а другие - к выходным выводам преобразовател , и схему управле1ш , св занную с цеп ми управлени ключей и указанными выводами | число витков W2(j)omfOTHnHb x вторичных обмоток выходных трансформаторовThe invention relates to a converter technique, namely converters of direct voltage to alternating voltage, and can be used as secondary sources of alternating current power. A known DC / DC converter is used, comprising a master oscillator, a phase shifter, two inverters, an output filter, and a misalignment driver. The master oscillator generates a square wave voltage and determines the operating frequency and phase of one of the inverters. The control circuits of the other inverter are connected to a phase-shifting device, which forms a square voltage of the same frequency as the master oscillator, shifted in phase by an angle proportional to the signal of the specified driver. A total voltage of two inverters with adjustable phase shift is supplied to the input of the filter. At the output of the filter, the voltage has a sinusoidal shape and is applied to the load and to the comparison circuit. If its amplitude exceeds the reference voltage, the signal enters the one-shot, and the low-pass filter selects a constant component, the magnitude of which determines the phase shift between the two inverters 1. The disadvantage of this device is the low quality of power in the transient modes (reset or load ramp), when due to the presence of a large filter (at the initial frequencies, the closed system behaves as open. In addition, in the process of regulating (stabilizing) the output voltage changes There is also a static converter containing a higher frequency inverter with an output transformer, the secondary windings of which are connected to a thyristor cycloconverter, a master oscillator, a pacni pulse splitter, a ring scaling circuit, and a frequency divider. The master oscillator generates a rectangular voltage which goes to the control electrodes of the thyristor of the inverter and to the frequency divider, at the output of which the right-hand voltage is generated, 38 is the frequency voltage K times lower oscillator operating frequency. The output of the frequency divider is connected to a ring scaling circuit, at the output of which several voltage pulses are formed, distributed in time. The signals from the ring scaling circuit and the master oscillator are fed to a pulse distributor, the outputs of which are connected to the control electrodes of the cycloconverter thyristors 2. The disadvantage of this converter is that it does not provide for control of the output voltage. The bitten converter contains a high-frequency inverter connected to the primary winding of the transformer, the secondary winding of which, together with the taps, is connected via keys to the output pins of the converter 3. The disadvantage of such a device is a somewhat lower efficiency due to the fact that successively two keys. The closest technical solution to the invention is a DC voltage converter into a multi-voltage variable, containing a main and auxiliary inverters with output transformers, the secondary windings of which are made with taps, controlled keys with two-way conductivity, connected at the ends of the transformer secondary windings the main inverter as well as the control unit including the first control system of the main driver and the said keys and the second control system tim auxiliary inverter, the gate inputs associated with the output transducer and the first control system. In this case, the coils of the secondary winding of the transformer of the main inverter and its taps are connected to the other ends of the respective switches with two-sided conductivity 4. This converter is effectively used with a narrow control range of the output voltage fper. VyiaK 2-3 As the control range increases, the magnitude of the high harmonic components in the output voltage increases. For example, with fperwiOT (step voltage modulation) and with the number of sub-intervals in each clock interval K 1 (the worst variant), the eleventh and thirteenth harmonics amplitude (the number of clock intervals i 6) is respectively 0.0909 0.0769 U where Ui is the amplitude first harmonic. With perVYin-jT (the ratio of the amplitudes of the regulated and unregulated voltage is 7 0.33), the maximum value of the eleventh and thirteenth harmonics increases to approximately 0.22 and, and 0.18 U), which leads to the need to increase the output filter power. With increasing air pressure (7), the output filter power increases accordingly, which leads to deterioration of the dynamic properties of the converter. In the absence of an output filter, increasing the range of output voltage regulation leads to a deterioration in the quality of electrical energy. Analyzing the features of the considered converter structure, we conclude that the maximum voltage applied to the key elements is in the mode of almost maximum volt jump and the value increases sharply with an increase in the control range. For example, the first harmonic voltage Uj 315B. 51 "6 (7 0.715). In the max. Per .wtcix voltage boost mode, the specified voltage is formed from the main voltage — 184 V, and from the auxiliary voltage — 131 V. In the maximum voltaic mode (the input voltage increased about six times), the indicated voltages also increased by six times, and the instantaneous maximum voltage value is determined only by the voltage of the main inverter, i.e. 184 X 6 П04 V. Veli to take into account the peculiarities of constructing a converter circuit (double voltage is applied to the extreme thyristors), then practical solution of such converters is difficult, as a result of which it is necessary to develop structures of converters that provide a reduction in voltage applied with a wide range of voltage variations. Thus, the disadvantage of this solution with a large range of variation of the supply voltage is the low quality of the electrical energy and the limited scope. The purpose of the invention is to improve the quality of electrical energy by reducing the harmonic coefficient when regulating the magnitude of the output voltage. The goal is achieved by the fact that in a known DC / DC converter a multistage variable containing a main and p auxiliary inverters with output transformers, the same type of secondary windings of which are connected in series, controlled keys with two-way conductivity, one ends of which are connected to the secondary windings of transformers and others to the output pins of the converter, and the control circuit associated with the key control circuits and the specified pins | number of turns W2 (j) omfOTHnHb x secondary windings of output transformers

вспомогательных инверторов выбирают из соотношени auxiliary inverters are chosen from the ratio

2. Li) ) 1 с2. Li)) 1 s

--- - per. W1 а X ;--- - per. W1 and X;

2(1-1) fCin)2 (1-1) fCin)

где j 1, 2, 3д ;where j is 1, 2, 3d;

Wi(.j)- число витков первичной обмотки трансформатора j-ro вспомогатсльгюго инвертора,Wi (.j) is the number of turns of the primary winding of the transformer j-ro auxiliary inverter,

f.,ar .у,д максимальный диапазон регулировани первой гармоники ступенчатого напр жени .f., ar. y, d is the maximum control range of the first harmonic of the step voltage.

На фиг. 1 представлены схемы регулируемого по напр жению преобразовател ; на фиг. 2 диаграммы напр жений на отдельных его элементах .FIG. 1 shows circuits of a voltage-adjustable converter; in fig. 2 stress diagrams on its individual elements.

Преобразователь с многоступенчатой формой выходного напр жени на фиг. 1 содержит основной 1 и /J вспомогательных 2-4 инверторо с выходными трансформаторами 5-8, однотипные вторичные обмотки 9-20 которых соединены последовательно, ключи с двухсторонней проводимостью, выполненные на тиристорах 21-32, одни концы которых подключены ко вторичным обмоткам трансформаторов, а другие - к выходным выводам 33-34 преобразовател , и схему 35 управлени , св занную с цеп ми управлени ключей и указанными выводами (33 и 34). Число витков W2(j)oднoтипных вторичных обмоток 12-20 выходных трансформаторов вспомогательных инверторов выбирают из соотношени .A multistage output voltage converter in FIG. 1 contains the main 1 and / J auxiliary 2-4 inverters with output transformers 5-8, of the same type secondary windings 9-20 of which are connected in series, keys with two-way conductivity, made on thyristors 21-32, one ends of which are connected to the secondary windings of transformers, and the others to the output pins 33-34 of the converter, and the control circuit 35 associated with the key control circuits and the indicated pins (33 and 34). The number of turns W2 (j) of single-type secondary windings 12-20 of the output transformers of auxiliary inverters is chosen from the ratio.

Рассмотрим работу преобразовател при формировании выходного напр жени с количеством тактовых интервалов i 6 и количеством подинтервалов в каждом тактовом интервале К 2. Рабоча 1шстота И геерторов превышает выходную в i К раз (в данном случае в двенадцать раз). Напр жение 36, формируемое основным инвертором, представлено на фиг. 2, а каждый вспомогательный инвертор с зависимости от входного напр жени формирует напр жение 37, длительность которого измен етс (фиг. 2). В результате на нагрузку может поступить напр жение 38 и 39 (режим во;ьтоотбавки), или напр жение с вольтодобавкой (не показано). Законы 40-51 управлени тиристорами при коэффициенте мощности потребител Ck)s 0ц 1,0 представлены на фиг. 2 (тиристору 21 соответствует закон 40 управлени , тиристору 22 - закон 41 и т.д.). Регулирование выходного напр жени осуществл етс при помощи вспомогательных инверторов (в данном случае i 3), причем в любой мо мент времени измен етс напр жение по длительности только одного элементарного инвертора . При максимальном напр жении питани (нагрузка посто нна и на выходе поддерживаетс посто нное напр жение) напр жени однотипных вторичных обмоток 12-20 суммируютс и вычитаютс из соответствующих напр жений обмоток 9-11. При снижении напр жени питани начинает измен тьс длительность напр жени первого вспомогательного инвертора 2, который переходит в режим регулируемой вольтоотбавки, входит второй вспомогательный инвертор и т.д. Мгновенное значение напр жени , прикладываемое к- тиристорам, достигает максимальной величины в режиме почти максимальной вольтоотбавки ( О + + напр жение 38 на фиг. 2).При предлагаемом законе распределени напр жений вторичных обмоток согласующих трансформаторов вспомогательных инверторов во всех режимах максимальной вольтоотбавки (в данном случае в трех режимах) указанные напр жени равны между собой. Кроме того, максимальные амплитуды высших гармонических составл ющих по зонам тоже одинаковые, что в конечном итоге приводит к улучшению качества электрической энергии на выходе преобразовател .Consider the operation of the converter during the formation of the output voltage with the number of clock intervals i 6 and the number of subintervals in each clock interval K 2. The working width and width of the generators exceeds the output one i K times (in this case twelve times). The voltage 36 formed by the main inverter is shown in FIG. 2, and each auxiliary inverter, depending on the input voltage, generates a voltage 37, the duration of which varies (Fig. 2). As a result, voltages 38 and 39 can be applied to the load (i.e. add-on mode), or voltage with a voltage boost (not shown). The thyristors control laws 40-51 with the power factor of the consumer Ck) s 0c 1.0 are presented in FIG. 2 (thyristor 21 corresponds to control law 40, thyristor 22 corresponds to law 41, etc.). The output voltage is controlled by auxiliary inverters (in this case, i 3), and at any time, the voltage varies in duration for only one elementary inverter. At the maximum supply voltage (the load is constant and the output is maintained at a constant voltage), the voltages of the same type secondary windings 12-20 are summed and subtracted from the corresponding voltages of the windings 9-11. When the supply voltage decreases, the duration of the voltage of the first auxiliary inverter 2, which switches to the adjustable volt phase mode, the second auxiliary inverter, etc., starts to change. The instantaneous value of the voltage applied to the thyristors reaches a maximum value in the mode of almost maximum voltaic (O + + voltage 38 in Fig. 2). Under the proposed law of distribution of voltages of secondary windings of auxiliary transformers of auxiliary inverters in all modes of maximum voltootkavka ( in this case in three modes) the indicated voltages are equal to each other. In addition, the maximum amplitudes of the higher harmonic components in the zones are also the same, which ultimately leads to an improvement in the quality of electrical energy at the output of the converter.

Ес;ш же примен ть одинаковые трансформа торы вспомогательных инверторов, т.е. все трансформаторы и напр жение их вторичных обмоток равны, то максимальное напр жение, прикладываемое к тиристорам, находитс в режиме первой почти максимальной вольтоотбавки ( 0 + ),в режиме второй и третьей почти максимальной вольтоотбавки указанные величины напр жений снижаютс ..EU; w, however, apply the same auxiliary inverter transformers, i.e. Since all transformers and the voltage of their secondary windings are equal, the maximum voltage applied to the thyristors is in the first almost maximum volt (0 +) mode, in the second and third almost max volt mode, the specified voltage values decrease.

Реализаци предлагаемого изобретени обеспечивает по зонам неизменное максимальное напр жение, прикладываемое к ключевым элементам демодул тора, и неизменные максимальные амплитуды высших гармонических составл ющих.The implementation of the present invention provides, over zones, a constant maximum voltage applied to the key elements of the demodulator, and a constant maximum amplitude of the higher harmonic components.

Таким образом, предлагаемое изобретение в отличие от известного обеспечивает улучшенное качество электрической энергии на нагрузке и расшир ет функциональные возможности подобных структур статических преобразователей .Thus, the invention, in contrast to the known, provides an improved quality of electrical energy at the load and extends the functionality of such structures of static converters.

Claims

Invention Formula

Constant voltage to multi-variable variable voltage converter containing the main and 1 auxiliary inverters with output transformers, the same type secondary windings of which are connected in series 1, controllable switches with two-way conductivity, one ends of which are connected to the secondary windings of transformers, and others to the output terminals of the converter , and a control circuit associated with the control circuits of the keys and the said terminals 18, characterized in that, in order to improve the quality of the electrical energy and by reducing the harmonics when adjusting the output voltage and expanding the functionality, the number of turns W2 (j) of the same type secondary windings of the output transformers of the auxiliary inverters is chosen from the ratio: L (J) () JUt aO-i) per. vyiQ. where j is 1, 2, 3, ... m; Wi (4 is the code coil of the primary windings of the transformer j-ro of the auxiliary inverter;

g / reg VMd maximum adjustment range of the first harmonic of the output voltage. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 315167, G 05 F 1/10, 1970.

2. USSR author's certificate in accordance with application 2525693/07, cl. H 02 M 7/515, 1978.

3. USSR author's certificate according to the application No. 2691081/07, cl. H 02 M 7/48, H 02 M 7/515, .12.78.

4. USSR author's certificate according to the application No. 2641808/07, cl. H 02 M 7/48, H 02 M 7/515. .07.78 (prototype).

gpmll

ppppppppppp npp

t giz siviJ

-HJJ 111

m P n n

П n П П П П

pn

P

n n n

P P P P P P

P

pn

p p

G1

m

A