SU997208A1

SU997208A1 - Dc voltage-to-ac sinusoidal voltage converter

Info

Publication number: SU997208A1
Application number: SU813317967A
Authority: SU
Inventors: Владимир Тимофеевич Барабаш; Вячеслав Викторович Сазонов
Original assignee: Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1981-07-17
Publication date: 1983-02-15

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики и электропривода дл преобразовани посто нного напр жени в переменное синусоидальное напр жение.The invention relates to electrical engineering and can be used in automation and electric drive systems for converting a constant voltage to an alternating sinusoidal voltage.

Известны преобразователи, содержащие широтнорегулируемый инвертор с выходным трансформатором и формирующим выходным.фильтром LllConverters are known that contain a width-controlled inverter with an output transformer and a forming output filter. Lll

При работе таких преобразователей на низкой частоте масса и габариты выходных трансформаторов и преобразовател в целом станов тс большими.When such converters are operated at low frequency, the mass and dimensions of the output transformers and the converter as a whole become large.

Дл устранени этого недостатка на входе инвертора включают высокочастотный коммутатор с высокочастотным трансформатором и выпр мит ел ем 2.To eliminate this drawback, a high-frequency switch with a high-frequency transformer and rectifier 2 are turned on at the input of the inverter.

Однако многократное преобразова-. .ние в силовой цепи приводит к снижению КПД и сложности выполнени устройства .However, multiple conversion. .The power circuit leads to a decrease in the efficiency and complexity of the device.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс преобразователь;содержащий в силовой части последовательно соединенные высокочастотный коммутатор и мостовой инвертор, выполненный на ключах переменного тока, а в системе управлени - задающий генератор с выходным трансформатором, вторичныеThe converter is the closest to the one proposed; it contains a series-connected high-frequency switch and a bridge inverter in the power section, made on AC switches, and in the control system — a master oscillator with an output transformer, secondary

обмотки которого соединены с управл ющими входами указанных ключей переменного тока, модул тор ширины импульсов и блок обратной св зи, на один вход которого подключен выход формировател опорного синусоидального сигнала, а другой вход.соединен с выходом преобразовател fBj.windings of which are connected to the control inputs of the indicated AC switches, a pulse width modulator and a feedback unit, to one input of which the output of the reference sine wave shaper is connected, and the other input is connected to the output of the fBj converter.

В этом преобразователе на выходе This output converter

10 инвертора формируетс двухпол рное импульсное напр жение, в котором модул ции подвергаетс один фронт импульса. Вследствие этого коэффициент гармоник выходного напр жени , данного 10, an inverter is formed by a bipolar pulse voltage in which one front of the pulse is modulated. As a result, the harmonic coefficient of the output voltage given

15 преобразовател высок, а из-за значительных динамических потерь в ключах переменного тока инвертора преобразователь имеет низкий КПД.15 converter is high, and due to significant dynamic losses in the inverter AC keys, the converter has low efficiency.

Цель изобретени - повышение КПД The purpose of the invention is to increase efficiency

20 и уменьшение коэффициента гармоник выходного напр жени .20 and reducing the harmonic ratio of the output voltage.

Поставленна цель достигаетс тем, что указанный высокочастотный коммутатор выполнен на двух синхронизи25 руемых инверторных чейках, указанн - модул тор ширины импульсов выполнен в виде двух магнитных усилителей, указанный блок обратной св зи выпол нен с двум гальванически св занны30 ми противофазными выходами, указанинП выходной трансформатор задающего ген ратора снабжен дополнительной обмоткой , отвод от средней точки крторой соединен с общим выводом выходов бло ка обратной св зи, а крайние выво да через введенные ключи соединены с первыми выводами каждой из рабочих и управл ющих обмоток магнитных усилителей , вторые выводы рабочих соеди нены с синхронизирующими входами инвекторных чеек,а вторые выводы управл ющих обмоток магнитных усилителей соединены с противофазными выходами блока обратной св зи. Кроме того, формирователь синусоидального опорного сигнала и задающий генератор могут быть соедийены между собой цепью взаимной синхронизации . На фиг. 1 приведена схема предлагаемого преобразовател ; на фиг. 2временные диаграммы, по сн ющие его работу, 1 Преобразователь состоит из силовой части и системы управлени . Силова часть содержит высокочастотный коммутатор, состо щий из двух иденти нах высокочастотных синхронизируемых инверторных чеек 1 и 2 с трансформа торами 3 и 4 и мостовой инвертор, выполненный на транзисторных ключах 5-8 переменного тока. Вторичные об мотки трансформаторов 3 и 4 соединены последовательно и подключены к .входной диагонали инвертора. Выходна диагональ инвертора через фильтр 9 подключена к нагрузке 10. Система управлени содержит формирователь 11 опорного напр жени синусоидальной формы блок 12 обратной св зи, задаюг щий генератор 13 с выходным транс форматором 14 и модул тор ширины импульсов в виде двух магнитных усилителей ( МУ. МУ выполнены по схеме с, диодным разделением интервалов и, используютс в качестве фасосдвигающих устройств. Их рабочие обмотки 15 - 18 через ограничивающие резисторы 19-22 подключены .к синхронизи рующим входам инверторных чеек 1 и 2и к дополнительной обмотке трансформатора 14. Управл ющие обмотки 23 26 МУ подсоединены к двум противофазным выходам блока обратной св зи к той же дополнительной обмотке 27 трансформатора 14. Третий, средний. выход блока обратной св зи подключен к .отводу от средней точки обмотки 27 трансформатора 14 и к положительному полюсу источника питани . Входы блока обратной св зи подключены к выходу формировател 11 опорного напр жени и к выходу фильтра 9 Выходные обмотки трансформатора 14 подключены к управл ющим входам ключей 5-8 переменного тока. Питание инверторных чеек 1 и 2 задающего генератора 13 производитс от источника входного посто нного напр жени и. Схема работает следующим образом. Задающий генератор 13 формирует на .обмотках трансформатора 14 пр моуголь ные импульсы с длительностью полупериода Тц,. На обмотке 27 относительно отвода от средней точки формируютс пр моугольные импульсы напр жени противоположной пол рности .с амплитудой nU|,, где п - коэффициент трансформации трансформатора 14, Форма напр жени на обмотке 27 показана на фиг. 2а. Инверторные чейки 1 и 2 работают в режиме синхронизации с частотой генератора 13. Их синхронизаци осуществл етс через магнитные усилители. Напр жени Uj и Цд , формируемые на выходных обмотках трансформаторов 3 и 4 инверторных чеек 1 и 2, сдвинуты по фазе относительно напр жени генератора 13 соответственно на врем и tn-i (фиг. 2г, д). Когда пол рность напр жени на обмотке 27 трансформатора 14 соответствует рабочим интервалам МУ., к их рабочим обмоткам 15 и 17 или 16 и 18 через синхронизирующие входы чеек 1 и 2, ограничивающие резисторы и открытые диоды прикладываетс напр жение nU(,. При этом сердечники соответствующих дросселей перемагничиваютс от индукций В(Э4 ДО индукции насыщени By, где BOI и Вддначальные значени индукций, устанавливаемые в управл ющих полупериодах (фиг. 26.в При насыщении сердечников ток в рабочей цепи МУ резко возрастает, что приводит к переключению ключей инверторных чеек 1 и 2 и смене пол рности их выходных напр жений U и Ц. Врем перемагничивани сердечников МУ от значений Воддо В. ..определ ет временной сдвиг между импульсамИ ), формируемыми генератором 13, и импульсами U-, и U. Врем перемагничивани св зано с параметрами сердечников соотношени ми . Bft tvjj: WpQjbatWJMt. -5 всгъ- ° йог 1 NNpQj i3y,at, (.1.) Во4 ° где WP. и Q - соответственно число витков рабочих обмоток и площадь поперечного сечени сердечников дросселей МУ. После насыщени сердечников дросселей и переключени чеек 1 и 2 в течение оставшейс части рабочего интервала состо ние схемы не измен етс . В следукмдем полупериоде работы генератора 13 дл сердечников, намагничейных до наступает управл ющий интервал. В течение этого интервала к управл ющим обмоткам 23 и 25 или 24 и 26 МУ прикладываетс сумма напр жений nlly, и напр жени , формируемого на соответствующих выходах блока 12 обратной св зи. На выходах блока 12 относительно среднего вывода формируютс противофазные управл ющие напр жени U Эти напр жени по форме повтор ют синусоидальное опорное напр жение с периодом Tg г а по величине пропорциональны разности между средними значени ми выходного напр жени .пре образовател и опорного напр жени UOH . В управл ющих интервалах сердечн ки МУ размагничиваютс от +Вт до зн чений BO, и БОД. Величина В jj, и В определ ютс из соотнесений . w,,Q f eQt--I v Uv,-u,3at, съ) Ъоъ ° .,Qrlbdt-riwUv,-U,3dt, U); Wi- число витков обмотки упX р влени .. После сложени выходных напр жен и и Цд. получим импульсное напр жение и (фиг. 2е), среднее за Т значение которого равно u., ,,,. (6 где m - .коэффициент трансформации ;трансформаторов 3 и 4. Ключи 5-8 переменного тока управ л ютс генератором 13. Одновременно включены либо ключи 5 и 8, либо 6 и Пол рность импульсов напр жени Uy в диагонали моста определ етс пол рностью управл ющих напр жений, поэтому на выходе инвертора Формиру етс импульсное напр жение U (фиг. Из выражени (5) с учетом выражений (1) - (4) ,-lSjV . (« T-ili u 6L V4V«/.. VJV. ; v V-YXuvat среднее за Tj 1 где . значение Uy Отсюда видно, что при прин тых допу щени х среднее за период значение выходного напр жени инвертора проп ционально среднему значению управл щего напр жени , т. е. полезна средн составл юща U повтор ет по форме среднюю составл ющую напр жени управлени . Поскольку U по форме повтор ет синусоидальное опор ное напр жение, средн составл юща и 6 также измен етс по синусоидаль ному закону. После выделени этой составл ющей фильтром 9 на выходе преобразовател получаем синусоидальное напр жение с низким содержанием высоких гармоник (фиг. 2,3. В предлагаемом преобразователе помимо пропорциональ ности между средними за т значени ми выходного и опорного напр жени модул1здии подвергаютс оба фронта импульсов Ug , что соответствует модул ции третьего рода (ШИМ-З). Кроме того, поскольку переключение ключей 5-8 переменного тока инвертора происходит в моменты времени, когда к диагонали моста приложено нулевое напр жение, динамические потери на переключение ниже, а КПД выше, ч&л в прототипе. изобретени 1. Преобразователь посто нного напр жени в переменное синусоидальное напр жение, содержгиций а части последовательно соеданенные высдкочастотный KONBjyTaTop и мостовой инвертор, выполненный на ключах переменного тока, а в сист&4б управлени - задающей генератор с выходным трансформатором, вторичные обмотки которого соединены с управл ю-. щими входами указанных ключей переменного тока, модул тор ширины импульсов , блок обратной св зи, иа рдин вход которого подключен дыхсщ формировател опорного синусоидального сигнала, а другой вход соеда1ней с ВЫХОДСИ4 преобразовател , о т л ичаю14ийс тем, что, с целью повышени КПД и уменьшени коэффициен та гармоник выходного напр жени указанный высокочастотный кокмутатор вь полнен на двух синхронизируемых ииверторных чейках, указанный модул тор ишрины импульсов выполнен в виде двух магнитных усилителей, указанный блок обратной св зи выполнен с двум гальванически св занными противофазными выходами, укаэаН1а1й выходной трансформатор задающего генератора снабжен дополнительной обмоткой , отвод от средней точки которой соединен с общим выводом выходов блока обратной св зи, а крайние выводы через введенные ключи сое;Е: нены с первыми выводг1ми Кс1ждой из рабочих и управл кицих обмоток магнитных усилителей , вторые «выводы рабочих обмоток соединены с синхронизирующими входами инверторных чеек, а вторые выводы управл ющих обмоток магнитных усилителей соединены с противофазными выходами блока обратной св зи .. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийс тем, что формирователь синусоидального опорного сигнала и задающий генератор соединены между собой цепью взаимной синхронизации .The goal is achieved by the fact that the specified high-frequency switch is made on two synchronized inverter cells, indicated - the pulse width modulator is made in the form of two magnetic amplifiers, the specified feedback unit is implemented with two galvanically coupled 30 antiphase outputs, indicating the output transformer setting The generator of the generator is provided with an additional winding, the outlet from the midpoint is connected to the common output of the feedback unit, and the extreme leads are connected through the entered keys to first terminals of each of the working and winding magnetic steering amplifiers, the second terminals are joined by working with the clock inputs invektornyh cells, and second terminals of the windings of the actuating magnetic amplifiers are connected to the antiphase outputs of the feedback unit. In addition, the driver of the sinusoidal reference signal and the master oscillator can be interconnected by a mutual synchronization circuit. FIG. 1 shows the scheme of the proposed converter; in fig. 2 time diagrams explaining its operation, 1 The converter consists of a power unit and a control system. The power part contains a high-frequency switch consisting of two identifiers of high-frequency synchronized inverter cells 1 and 2 with transformers 3 and 4 and a bridge inverter made on transistor switches 5-8 AC. The secondary windings of transformers 3 and 4 are connected in series and connected to the input diagonal of the inverter. The output diagonal of the inverter through the filter 9 is connected to the load 10. The control system contains the driver of the sinusoidal reference voltage unit 11 feedback unit 12, which sets the generator 13 with the output transformer 14 and modulates the pulse width in the form of two magnetic amplifiers (MU. MU They are made according to the circuit with diode separation of intervals and are used as face-shifting devices Their working windings 15-18 through limiting resistors 19-22 are connected to the synchronizing inputs of the inverter cells 1 and 2 and to transformer 14. The control windings 23 26 MU are connected to two anti-phase outputs of the feedback unit to the same additional winding 27 of the transformer 14. Third, average output of the feedback unit is connected to the lead from the middle point of the winding 27 of the transformer 14 and to the positive pole of the power source The inputs of the feedback unit are connected to the output of the driver 11 of the reference voltage and to the output of the filter 9 The output windings of the transformer 14 are connected to the control inputs of the alternating current keys 5-8. The power supply of the inverter cells 1 and 2 of the master oscillator 13 is made from a source of input DC voltage and. The scheme works as follows. The master oscillator 13 forms on the windings of the transformer 14 rectangular pulses with a half-cycle duration TC. On the winding 27 relative to the removal from the midpoint, rectangular voltage pulses of opposite polarity are formed with amplitude nU | ,, where n is the transformer ratio of the transformer 14, the form of the voltage on the winding 27 is shown in FIG. 2a Inverter cells 1 and 2 operate in synchronization with the frequency of the generator 13. They are synchronized through magnetic amplifiers. The voltages Uj and Cd formed on the output windings of transformers 3 and 4 of inverter cells 1 and 2 are phase-shifted relative to the voltage of the generator 13, respectively, by time and tn-i (Fig. 2d, g). When the polarity of the voltage on the winding 27 of the transformer 14 corresponds to the working intervals MU., The operating resistors and open diodes apply a voltage nU to their working windings 15 and 17 or 16 and 18, through the synchronization inputs of cells 1 and 2. the corresponding inductors are reversal from inductions B (E4 to induction of By saturation, where BOI and Intd are initial values of inductions established in control half-periods (Fig. 26.c When the cores are saturated, the current in the MU operating circuit increases sharply, which leads to switching to Inverter cells 1 and 2 and changing the polarity of their output voltages U and C. The time of magnetization reversal of the cores МУ from the values of Voddo V. .. determines the time shift between the pulses AND), generated by the generator 13, and the pulses U-, and U. magnetization reversal is related to the parameters of the cores by ratios. Bft tvjj: WpQjbatWJMt. -5 to-° yogi 1 NNpQj i3y, at, (.1.) Bo4 ° where WP and Q are respectively the number of turns of the working windings and the cross-sectional area of the chokes cores MU After saturating the cores of the chokes and switching the cells 1 and 2 during the remaining part of the working interval, the state of the circuit does not change. In the next half-period of operation of the generator 13 for cores that are magnetized before the control interval occurs. During this interval, the sum of the voltages nlly and the voltages generated at the respective outputs of the feedback unit 12 is applied to the control windings 23 and 25 or 24 and 26 MW. At the outputs of block 12 relative to the average output, antiphase control voltages U are formed. These voltages are shaped like a sinusoidal reference voltage with a period Tg g and are proportional to the difference between the average values of the output voltage of the generator and the reference voltage UOH. In the control intervals, the MU heart is demagnetized from + W to BO, and AML. The magnitude B jj and B are determined from the correlations. w ,, Q f eQt - I v Uv, -u, 3at, σ) (οο °, Qrlbdt-riwUv, -U, 3dt, U); Wi is the number of turns of the winding upX of the phenomenon. After adding the output voltages and and CD. we obtain the impulse voltage and (fig. 2e), the average over T whose value is equal to u., ,,,. (6 where m is the transformation ratio; transformers 3 and 4. Keys 5-8 of alternating current are controlled by generator 13. At the same time, either keys 5 and 8, or 6 are turned on and the polarity of the voltage pulses Uy in the diagonal of the bridge is polarized control voltages, so the pulse voltage U is generated at the output of the inverter (Fig. From the expression (5) with the expressions (1) - (4), -lSjV. ("T-ili u 6L V4V" / .. VJV .; v V-YXuvat average over Tj 1 where. Uy value This shows that under accepted assumptions the period average value of the output voltage of the inverter is proportional to The mean value of the control voltage, i.e., the useful average U, repeats the shape of the average component of the control voltage. Since U is shaped like a sinusoidal reference voltage, the average component also varies along the sinusoidal After separation of this component by filter 9 at the output of the converter, we obtain a sinusoidal voltage with a low content of high harmonics (Fig. 2.3 In the proposed converter, in addition to the proportionality between the average for the output and reference moduli, the moduli of the modulus are subjected to both fronts of pulses Ug, which corresponds to the modulation of the third kind (PIM-3). In addition, since the switching of keys of the inverter AC 5-8 occurs at times when zero voltage is applied to the bridge diagonal, dynamic switching losses are lower, and the efficiency is higher, h & l in the prototype. 1. Inverter of direct voltage to alternating sinusoidal voltage, contents and parts serially connected high-frequency KONBjyTaTop and bridge inverter, made on AC switches, and in system & 4b control - setting generator with output transformer, secondary windings of which are connected to control Yu-. these inputs are the alternating current switches, the pulse width modulator, the feedback unit, and the input of which is connected to the driver of the reference sinusoidal signal, and the other input is connected to the OUTPUT4 of the converter, so that, in order to increase efficiency and reduce the harmonic ratio of the output voltage of the specified high-frequency cocmutator is filled on two synchronized and repeater cells, the specified pulse modulator is made in the form of two magnetic amplifiers, the specified block is back This connection is made with two galvanically connected antiphase outputs, this H1a1i output transformer of the master oscillator is equipped with an additional winding, the outlet from the midpoint of which is connected to the common output of the feedback unit, and the extreme leads through the input keys; Each of the working and control windings of the magnetic amplifiers, the second "terminals of the working windings are connected to the synchronizing inputs of the inverter cells, and the second terminals of the control windings of the magnetic amplifiers connect are coupled to the antiphase outputs of the feedback unit. 2. The converter according to claim 1, characterized in that the driver of the sinusoidal reference signal and the master oscillator are interconnected by a mutual synchronization circuit.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination

1.Устройство преобразовательной техники. Киев, 1970, вып. 4, с. 114.1. Device of converting equipment. Kiev, 1970, vol. 4, s. 114

2.Авторское свидетельство СССР № 492985, кл. Н 02 М 7/537, 1972.2. USSR author's certificate number 492985, cl. H 02 M 7/537, 1972.

3.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2806495/24-07,3. USSR author's certificate for application No. 2806495 / 24-07,

кл. Н 02 М 7/537, 1979.cl. H 02 M 7/537, 1979.

ff

. .

Claims

Claim

1. A DC-DC to AC sinusoidal voltage converter containing, in the power part, a high-frequency switch and a bridge inverter connected in series with alternating current switches, and in the control system, a master generator with an output transformer, the secondary windings of which are connected to the control. by the input inputs of the indicated alternating current keys, a pulse width modulator, a feedback unit, on one input of which the output of the driver of the reference sinusoidal signal is connected, and the other input is connected to the output of the converter, characterized in that, in order to increase the efficiency and reduce the harmonic coefficient of the output voltage, the specified high-frequency switch is made on two synchronized inverter cells, the specified pulse width modulator is made in the form of two magnetic amplifiers, the specified feedback block and executed with. two galvanically coupled antiphase outputs, the specified output transformer of the master oscillator is equipped with an additional winding, the tap from the midpoint of which is connected to the common output of the outputs of the feedback unit, and the extreme terminals through the entered keys are connected to the first terminals of each of the working and control windings of the magnetic amplifiers, the second "The output of the working windings are connected to the synchronizing inputs of the inverter cells, and the second 'output of the control windings of the magnetic amplifiers are connected to antiphase moves feedback unit.

2. The converter according to π. 1, from- *! characterized in that the generator of the sinusoidal reference signal and the master oscillator are interconnected by a mutual synchronization circuit.