SU955460A1 - Преобразовательна установка - Google Patents

Description

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

1

Изобретение относитс  к преобразовательной техиике и можетбыть .использовано в различного рода энергосистемах (например , в энергосистемах автономных объектов ) дл  преобразовани  напр жени  первичного источника электроснабжени  в посто нное напр жение требуемого уровн .

Известны преобразовательные установки, содержащие низкочастотный выпр митель, низкочастотный сглаживающий фильтр, модул тор , высокочастотный выпр митель, высокочастотный сглаживающий фильтр и систему управлени , обеспечивающую заданный алгоритм переключени  ключей модул тора (1J и 2.

Недостатком известных устройств  вл ютс  низкие энергетические характеристики , обусловленные повышенными динамическими потер ми в ключах модул тора, нагруженного на выпр митель со сглаживающим фильтром на выходе.

Из известных преобразовательных установок наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой  вл етс  преобразовательна  установка, котора  содержит соединенные последовательно низкочастотный выпр митель, низкочастотный сглаживающий фильтр, модул тор, выполненный в виде N однофазных инверторов, нагруженных на трансформаторы, выходные обмотки которых соединены последовательно и образуют общий выход модул тора, высокочас5 тотный выпр митель и высокочастотный сглаживающий фильтр, выход которого образует общий выход преобразовательной установки, а также систему управлени , содержащую блок формировани  задающих напр жений,

,Q св занный с ним фазосдвигаюЩий блок и усилительно-разв зывающий узел, выполненный в виде 2N оконечных усилителей мощности с трансформаторным выходом и св занных с управл ющими входами силовых ключей модул тора 3.

5 Недостатком известной преобразовательной установки  вл ютс  низкие энергетические характеристики, обусловленные повышенными динамическими потер ми в ключах модул тора , возникающими при демодул ции

20 его выходного напр жени , формируемого в вйДе пр моугольного импульсного напр жени . Повышенные динамические потери в ключах вызваны возникновением режимов кратковременного короткого замыкани  дл  модул тора в моменты времени коммутации тока вентилей высокочастотного выпр мител . При этом силовые транзисторы, на которых , как правило, выполн ютс  высокочастотные модул торы, переход т из режима насыщени  в активный режим работы, и на них выдел етс  значительна  мгновенна  мощность. Цель изобретени  - улучшение энергетических характеристик путем уменьшени  динамических потерь. Поставленна  цель достигаетс  тем, что преобразовательна  установка, содержаща  соединенные последовательно низкочастотный выпр митель, низкочастотный сглаживающий фильтр, модул тор, выполненный в виде N однофазных инверторов, нагруженных на трансформаторы, выходные обмотки которых соединены последовательно и образуют общий выход модул тора, высокочастотный выпр митель и высокочастотный сглаживающий фильтр, выход которого образует общий выход преобразовательной установки, а также систему управлени , содержащую блок формировани  задающих напр жений, св занный с ним фазосдвигающий блок и усилительно-разв зывающий узел, выполненный в виде 2N оконечных усилителей мощности с трансформаторным выходом и св занный с управл ющими входами силовых ключей модул тора, дополнительно снабжена двум  N-канальными распределител ми импульсов, входы одного из которых подключены к выходам блока формировани  задающих напр жений, другого - к выходам фазосдвигающего блока, а выходы - обоих к соответствующим входам усилительно-разв зывающего узла. При этом каждый N-канальный распределитель импульсов выполнен в виде соединенных последовательно схемы удвоени  частоты и К-отводной линии задержки, N выводов которой подключены соответственно к тактовым входам N триггеров и, кроме того, выходы К-го триггера соединены с управл ющими входами К-1-го триггера, а управл ющие входы N-ro триггера св заны с входом N-канального распределител  импульсов , при этом входы схемы удвоени  частоты образуют входы N-канального распределител  импульсов, а выходы каждого из N триггеров образуют выходы N-канального распределител  импульсов. На фиг. ,1 представлена структурна  схема предлагаемой установки; на фиг. 2 - структурна  схема N-канальных распределителей импульсов; на фиг. 3 - структурна  схема блока формировани  задающих напр жений и фазосдвигающего блока; на фиг. 4 - диаграммы, по сн ющие принцип работы установки; на фиг. 5 - диаграммы, по сн ющие принцип формировани  выходных напр жений блока формировани  задакт щих напр жений и фазосдвигающего блока. Преобразовательна  установка содержит соединенные последовательно низкочастотный выпр митель 1, низкочастотный сглаживающий фильтр 2, модул тор 3, выполненный в виде N однофазных инверторов 4, нагруженных на трансформаторы 5, выходные обмотки которых соединены последовательно и образуют общнй выход модул тора, высокочастотный выпр митель 6 и высокочастотный сглаживающий фильтр 7, выход которого образует общий выход преобразовательной установки, а также систему 8 управлени , содержащую блок формировани  задающих напр жений 9, св занный с ним фаЗосдвигающий блок 10, и усилительно-разв зывающий узел 11, выполненный в виде 2N оконечных усилителей мощности с трансформаторным выходом и св занный с управл ющими входами силовых ключей 12 модул тора. В состав системы управлени  вход т также два N-канальных распределител  13 импульсов, входы одного из которых подключены к выходам блока 9 формировани  задающих напр жений, а другого - к выходам фазосдвнгающего блока 10, каждый N-канальный распределитель 13 импульсов (фиг. 2) выполнен в виде соединенных последовательно схемы 14 удвоени  частоты и К-отводной лннии 15 задержки, N выводов которой подключены соответственно к такто вым входам N триггеров 16 и, кроме того, выходы К-го триггера соединены с управл ющими входами К-1-го триггера, а входы N-ro триггера св заны с входом Н-канального распределител  13 импульсов. При этом выходы каждого из N триггеров 16 св заны с соответствующими входами усилительно-разв зывающего узла 11. Блок 9 формировани  задающих напр жений (фиг. 3) выполнен в виде соединенных последовательно задающего генератора 17 и L-отводной линии 18 задержки к входу 19 и выходам, 20-24 которой подключена входами схема 25 совпаденн , первые выходы 26 и 27 которой св заны соответственно с входом фазосдвигающего блока 10 и входом синхронизирующего триггера 28 выходы 29 и 30 которого образуют выход блока 9 формировани  задающих напр жений. Фазосдвигающий блок Ю выполиен в виде соединенных последовательно генератора 31 пилообразного напр жени , схемы 32 сравнени , на один вход которой поступает управл ющее напр жение, первой 33 и второй 34 двухвходовых схем И- НЕ и синхронизируемого триггера 35, выходы 36 и 37 которого образуют выход фазосдвигающего блока 10. Вторые входы первой 33 и второй 34 схем И-НЕ св заны с вторыми выходами 38 и 39 схемы 25 совпаденн , а управл ющие входы 40 синхронизируемого триггера 35 св заны с выходами снихроннзирующего триггера 28. Рассмотрим принцип работы предложенного технического рещенн  (дл  случа , когда модул тор 3 содержит три однофазных инвертора 4). На выходах блока 9 формировани  задающих напр жений и фазосдвигающего блока 10 формируютс  последовательности импульсных напр жений 41, 42 и 43, 44 типа меандр, сдвинутых относительно друг друга на угол f , определ емого как интервал междуфронтом импульсов 41 и 43, 45 - управл ющее напр жение. В качестве линейноизмен ющегос  напр жени  может быть использовано пилообразное напр жение 46 либо треугольное напр жение дл  случа  симметричного регулировани  выходного напр жени  модул тора 3. В предлагаемом техническом рещении при построении высокочастотных распределителей импульсов предложено использование К-отводной линии 15 задержки, как наиболее простого сдвигающего элемента. Практическа  реализаци  К-отводной линии задержки 15 возможна в виде последовательно соединенных микролиний задержки с высокостабильными характеристиками в широком диапазоне изменени  температуры окружающей среды. При построении таких распределителей импульсов были рассмотрены несколько вариантов из возможной реализации . Первый и наиболее простой из них заключаетс  в том, что на входы соответствующих К-отводных линий 15 задержки подавались импульсы напр жени  последовательностей импульсов 41 и 43 либо 42 и 44 непосредственно с выходов блока 9 формировани  задающих напр жений и фазосдвигающего блока 10, а выходы К-отводных линий 15 задержки через разв зывающие логические элементы соедии лись с соответствующими усилител ми мощноети усилительно разв зывающего узла 11. Однако этот варнант оказалс  неприемлемым из-за возникновени  значительной несимметрии импульсов управлени  (особенно при большом диапазоне изменени  температуры окружающей среды), что приводило к по влению выиужденного подмагничивани  трансформаторов усилителей мощности. Второй вариант заключаетс  в передаче по К-отводным лини м 15 задержки ШИМнапр жени  (импульсного напр жени  47 с выхода схемы 32 сравнени ) с последующим подключением к ее выходам триггеров 16. При этом оказалась невозможной передана по линии задержки коротких импульсов (в моменты времени приближени  величины управл ющего напр жени  45 к нижнему или верхнему уровню линейно-измен ющегос  напр жени  46) из-за ограниченной полосы пропускани  линии задержки. В третьем варианте, выбранном в качестве основного, на вход К-отводной лннни задержки подаютс  последовательности импульсов 48 и 49, полученные соответственно из последовательностей 41 и 43 умножением частот последних на 2. При этом создаютс  услови  дл  неискаженной передачи сигнала по К-отводным лиии м 15 задержки. Последовательность же импульсов управлени  50-52 и 53-55, сдвинутых относительно импульсов соответственно 41 и 43, формируют на выходах триггеров 16 с коэффициентом делени  2, подключенных к соответствующим выходам К-канальных линий задержки и синхронизированных между собой. Последовательности импульсов. и через соответствующие усилители мощности усилительно-разв зывающего узла 11 поступают на соответствующие ключи 12 однофазных инверторов 4, на выходах которых формируютс  последовательности импульсных напр жений 56-58, скважность которых зависит от величины управл ющего напр жени  45. На выходе модул тора 3 при этом формируетс  квазисинусоидальное напр жение 59. Использование в качестве сдвигающих элементов К-отводных линий 15 задержки позвол ет без особого усложнени  схем распределителей получить на выходах последних импульсные напр жени  с оптимальным фазовых сдвигом относительно друг друга, обеспечивающим формирование на выходе модул тора 3 при выбранном количестве инверторов 4 (в зависимости от мощности преобразовательной установки) квазисинусоидального высокочастотного напр жени  59 с наилучщим гармоническим составом. Высокочастотное квазисинусоидальное напр жение выпр мл етс  выпр мителем 6 и после фильтрации поступает на нагрузку. Более подробно рассмотрим принцип формировани  напр жений 41 и 42 блока 9 формировани  задающих напр жен ни, 43 и 44 фазосдвигающего блока 10. На выходе задающего генератора 17 формируетс  последовательность импульсов 60, котора  поступает на вход 19 L-отводной линии 18 задержки. При этом на выходах 20-24 L-отводной линии задержки 18 формируютс  соответственно последовательности импульсов 61-65, а на выходах 26, 27 и 38, 39 схемы 25 совпадени  формируютс  соответственно импульсные напр жени  66-69. Напр жение 66 с выхода 27 схемы 25 совпадени  поступает на запуск синхронизирующего триггера 28, на -выходах 29 30 которого вырабатываютс  последовательности импульсных напр жений 41 и 42 типа меандр, а напр жение 67 с выхода 2|6 поступает на вход генератора 31 линейно измен ющегос  напр жени , на выходе которого формируетс  пилообразное напр жеrine 46, поступающее на один вход схемы 32 Сравнени . На второй вход схемы 32 сравнени  подаетс  управл ющее напр жение 45. Дл  обеспечени  нормальной работы фазосдвнтающего блока 10 необходимо, чтобы при изменении величины управл ющего напр жени  45 выще (диаграмма 70) или ниже (днаграмма 71) уровн  пилообразного напр жени  46 не происходило сбо  в работе

синхронизируемого триггера 35. Предлагаема  структур блока 9 формировани  задающих напр жений и фазосдвигающего блока 10 позвол ет исключить возможность возникновени  таких сбоев. На выходе схемы 32 сравнени  в зависимости от величины управл ющего напр жени  45 формируетс  напр жение, показанное на диаграммах 72- 74. При этом на выходе первой двухвходовой схемы И-НЕ 33, на один вход которой поступает последовательность импульсов 69 с выхода 38 схемы 25 совпадени , вырабатываетс  напр жение 75-77.

Соединение второй двухвходовой схемы И-НЕ 34 с выходом первой двухвходовой схемы И-НЕ 33 и выходом 39 схемы совпадени  25 обеспечивает такой режим работы, при котором в зависимости от уровн  управл ющего напр жени  45 на выходе двухвходовой схемы 34 формируетс  импульсное напр жение (диаграммы 78-80), обеспечивающее выработку последовательностей импульсов 43 и 44 на выходах 36 и 37 синхронизируемого триггера 35.

Дополнительное введение в состав преобразовательной установки двух N-канальных распределителей импульсов позвол ет значительно улучщить энергетические характеристики предлагаемого технического рещени  по сравнению с выбранным прототипом.

На выходе модул тора в предлагаемом техническом рещении, в отличие от прототипа , формируетс  высокочастотное квазисинусоидальное напр жение. При этом в отличие от известного технического рещени , где динамические потери составл ют 5-7% от мощности нагрузки, при выпр млении квазисинусоидального напр жени  значительно уменьшаетс  врем  коммутации тока вентилей высокочастотного напр мител , что приводит к снижению динамических потерь в ключах модул тора до 1% от мощности нагрузки, а следовательно повыщает энергетические характеристики предлагаемой преобразовательной установки.

Следует также отметить, что формирование квазисинусоидального напр жени  на выходе модул тора в предлагаемом техническом рещении (особенно при больщих мощност х преобразовательной установки) приводит к снижению уровн  создаваемых установкой помех, оказывающих нежелательное вли ние на работу окружающей аппаратуры, в результате чего уменьщаетс  масса и габариты помехоподавл ющих фильтров.

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Преобразовательна  установка,содержаща  соединенные последовательно низкочастотный выпр митель, низкочастотный сглаживающий фильтр, модул тор, выполненный в виде N однофазных инверторов, нагружённых на трансформаторы, выходные обмотки которых соединены последовательно и образуют общий выход модул тора, высокочастотный выпр митель и высокочастотный сглаживающий фильтр, выход которого образует общий выход преобразовательиой установки, а также систему управлени , содержащую блок формировани  задающих напр жений, св занный с ним фазосдвигающий блок, и усилительно-разв зывающий узел, выполненный в виде 2N оконечных усилителей мощности с трансформаторным выходом и св занный с управл ющими

   5 входами силовых ключей модул тора, отличающа с  тем , что, с целью улучщени  энергетических характеристик путем уменьшени  динамических потерь, она дополнительно снабжена двум  N-канальными распределител ми импульсов, входы одного из которых подключены к выходам блока формировани  задающих напр жений, другого - к выходам фазосдвигающего блока, а выходы обоих - к соответствующим входам усилительно-разв зывающего узла.
2. 2. Установка, по п. 1, отличающа с  тем, что каждый из N-канальных распределителей импульсов выполнен в виде соединенных последовательно схемы удвоени  частоты и К-отводной линии задержки, N выводов которой подключены соответственно к

   0 тактовым входам N триггеров, кроме того, выходы К-го триггера соединены с управл ющими входами К-1-го триггера, а управл ющие входы N-ro триггера св заны с входами N-канального распределител  импульсов , при этом входы схемы удвоени  частоты

   образуют входы N-канального распределител  импульсов, а выходы каждого из Nтриггеров образуют выходы N-канального распределител  импульсов.

   0Источники информации,

   прин тые во внимание при экспертизе

   1.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2746996/24-07, кл. Н 02 М 7/537, 1979.

   2.Авторское свидетельство СССР по за  вке № 2608660/24-07, кл. Н 02 М 7/537,

   1978.
3. 3.Кобзев А. В. Воспроизведение сигналов методом многозонной импульсной модул ции . В кн. Автоматизаци  управлени  организационными и техническими системами. Изд-во Томского университета. Томск, 1979, с. 44-57, рис. 1.

   Г

   П

   1 I t

   t

   Vy

   риг.1

   I1Щ

   ГЛ/хГ. f3.}0.

   CBbin.f36 ,37 .

   ж I

   1J

   to

   Cput.3

   фиг. 5