Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное

 

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является упрощение формирования многоступенчатого выходного напряжения с за- . данным гармоническим составом. Устр-во содержит источник 6 питания, расчлененный на п секций 1 - 5. К секциям подключено N ключей 7 - 14 переменного тока. Первичная обмотка силового тр-ра разбита на п секций 16-20, Используя алгоритм ступенчатой аппроксимации при равномерном квантовании по уровню и неравномерном квантовании по времени, возможно формирование любой формы выходного напряжения , в частности по синусоидальнос му закону, с любым заданным коэффициентом гармоник, 6 ил. (Л / 11 Р Ito о tsD yL Фиг.4

C0}03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Л0 1302402 (51)4 Н 02 M 7/48

ВСесОклр я

П ° .:

Т: -" . „: }

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

21. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3854375/24-07 (22) 05.02.85 (46) 07.04.87. Бюл, Ф 13 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) К, А. Липковский, А. В. Новосельцев, О. В. Лялько, С, В. Непогодьев и А. П. Заболотный (53) 621.314.572(088,8) (56) Тонкаль В. Е. Синтез автономных инверторов модуляционного типа.

Киев: Наукова думка, 1979, с. 81-83, рис. 48, 49, 51.

Авторское свидетельство СССР

Ô 944025, кл. Н 02 М 7/48, 1982. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ПЕРЕМЕННОЕ (57) Изобретение относится к преоб° разовательной технике. Целью является упрощение формирования многоступенчатого выходного напряжения с заданным гармоническим составом. Устр-во содержит источник 6 питания, расчлененный на и секций 1 — 5. К секциям подключено N ключей 7 — 14 переменного тока. Первичная обмотка силового тр-ра разбита на и секций 16-20.

Используя алгоритм ступенчатой аппроксимации при равномерном квантовании по уровню и неравномерном квантовании по времени, возможно формирование любой формы выходного напряжения, в частности по синусоидально- д му закону, с любым заданным коэффициентом гармоник. 6 ил.

Э(п-2)

Е E

E Е

Е . E

2 i-1; - = 5

Е, Е, Еа

= Э;

Е.1

Е

10 Е, W

W гр

Е а

= п-2=3

t где! 13

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в системах вторичных источников питания для преобразования постоянного напряжения в многоступенчатое переменное Напряжение с заданным гармоническим составом.

Целью изобретения является упрощение при формировании многоступенчатого выходного напряжения с заданным гармоническим составом, На фиг. 1 изображена электрическая схема преобразователя; на фиг. 2 электрическая схема преобразователя при числе секций источника питания

n=5; на фиг. 3 — диаграмма работы преобразователя, реализующего функцию преобразования напряжения в ступенчатое переменное заданной формы (на примере треугольной формы) при числе секций источника питания п=5; на фиг, 4 — кривая выходного напряжения, формируемая по синусоидальному закону; на фиг. 5 — блок-схема аналоговой системы управления; на фиг, 6 блок-схема цифровой системы управления.

Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое перемен-. ное содержит расчлененный на и секций 1-5 источник 6 питания постоянного напряжения, N ключей 7-14 переменного тока (12 и 13 — дополнительные ключи), силовой трансформатор

l5, первичная обмотка которого разбита на и секций 16-20 и две дополнительные: первую 21 и вторую 22, вторичную обмотку 23 силового трансформатора 15 и нагрузку 24.

Возможным вариантом использования преобразователя постоянного напряжения в многоступенчатое переменное является вариант с числом секций источника питания n=5 (фиг. 2). Устройство в данном случае содержит источник 6 питания, разделенный на пять секций 1-5, ключи 7-14 переменного тока (12,13 — дополнительные ключи), силовой трансформатор 15, первичная обмотка которого разделена на пять основных 16-20 и две допол-. нительные 21 и 22 секции, вторичную обмотку 23 и нагрузку 24.

Величина ЭДС источника питания в и-й секции 5 определяется из соотношения

Е Е и

5(п-2) 45.

Е, Е, 02402 2

Аналогично в (n-l )-й секции 4

= 27, в секциях 1,2 и 3 соответственно где i=1, (n-2) — порядковый номер секции; .Е =Е /$ — величина ЭДС еди15 ничного источника;

Š— амплитуда формируемого напряжения;

S — число формируемых уровней.

Числа витков w в первичной обмотке силового трансформатора 15 для первой 16, и-й 20 и обеих дополнительных секций 21 и 22 равны между собой и определяются из соотношения

-- единичное число витков в обмотке; — число вольт на виток силового трансформатора 15.

Числа витков w в остальных одина» ковых секциях 17"19 первичной обмот35 ки определяются из соотношения

-- « l о

Устройство работает следующим об40 разом.

Секции 1-5 источника 6 питания постоянного напряжения посредством ключей 7-14 переменного тока подключаются к основным и дополнительным

21 и 22 секциям первичной обмотки силового трансформатора 15, в результате на вторичной обмотке 23 наводит" ся переменное выходное напряжение, прикладываемое к нагрузке 24. Реали50 зация требуемой функции преобразования достигается заданием алгоритма переключения ключей 7-14.

Наиболее просто реализуемым вариантом формирования переменного на55 пряжения является преобразование постоянного напряжения в ступенчатое переменное треугольной формы. Заданный закон преобразования реализуется следующим образом.

3 13024

При замыкании ключей 7 и 8 переменного тока к секции 17 первичной обмотки силового трансформатора 15 прикладывается ЭДС секции 1 источника 6 питания постоянного напряжения, принятая за единичную ЭДС. При этом

5 на нагрузке 24 посредством вторичной обмотки 23 силового трансформатора формируется первая ступень единичного уровня многоступенчатого переменного напряжения (фиг. 3), При замыкании ключей 7 и 8 сумма ЭДС 1-й и 2-й секций источника питания постоянного напряжения, равная 4 Е,, прикладывается к согласно-последовательно включенным секциям 17 и 18 первичной обмотки силового трансформатора 15.

В результате на нагрузке формируется вторая ступень, равная удвоенному единичному уровню, Аналогично при 2р замыкании ключей 8 и 9 формируется третья ступень; ключей 8 и 10 — четвертая; ключей 9 и 10 — пятая; ключей 7 и 11 — шестая; ключей 8 и 11 седьмая; ключей 9 и 11 — восьмая, ключей 10 и 11 — девятая ступени восходящей части положительной полуволны. Нисходящая часть положительной полуволны формируется путем замыкания ключей в обратном порядке 3р (фиг, 3) .

При замыкании ключей 9 и 12 формируется первая ступень; ключей 8 и

12 — вторая; ключей 7 и 12 — третья; ключей 9 и 13 — четвертая; ключей

8 и 13 — пятая; ключей 7 и 13— шестая; ключей 9 и 14 — седьмая; ключей 8 и 14 — восьмая; ключей 7 и 14 — девятая ступени нисходящей

02 4 части отрицательной полуволны. Восходящая часть отрицательной полуволны .формируется путем замыкания ключей в обратном порядке.

Используя алгоритм ступенчатой аппроксимации при равномерном квантовании по уровню и неравномерном квантовании по времени, возможно формирование любой другой формы выходного напряжения, в частности по синусоидальному закону, с лЮбым заданным коэффициентом гармоник, при этом алгоритм переключения ключей переменного тока остается тот же, а изменяется только момент времени переключения.

Момент времени перехода с j-1-ro

HG g-é уровень (момент коммутации) определяется из следующего выражения

cL,;= с,+

tg -- †--- >

2 где d.i arcsin ();

1-1

g. = arcsin ("--) — соответственно

i-1

m моменты времени пересечения синусоиды с j-м и

j-1-м уровнями;

m — число аппроксимирующих уровнеи (уровней квантования), включая нулевой, Для случая реализации девяти ступеней (уровней квантования) выходного напряжения моменты переключения в радионах равны: а = 0 055614; с а = 0 ю 399677; с о 01808150

= 0,167531; с1, = 0,523994; ы„= 0,987650; д.„= 0,281639; Ы„= 0,658080; с „= 1,25518.

Формируемая при этом кривая выход- Схема работает следующим образом, ного напряжения показана на фиг. 4. Генератор 25 синусоидального наПриведенный алгоритм формирования пряжения формирует н пряже."-и: стапеременного напряжения по синусои- бильной амплитуды и частоты,. причем дальному закону может быть реализо- частота равна частоте выходного сигван при помощи аналоговой или цифро- 50 нала преобразователя, а амплитуда вой системы управления, выбирается наиболее удобной для реБлок-схема аналоговой системы уп- ализации. Синусоидальное напряжение равления (фиг, 5) содержит интегра- с выхода генератора синусоидального тор 25 синусоидального напряжения; напряжения подается на вход выпрямивыпрямитель 26; блок 27 опорных ис- 55 теля 26, который выпрямляет синусоточников (делитель); схему 28 срав- идальный сигнал, так как импульсы кения; диодную матрицу 29 (схема вы- управления необходимо получать на деления положительных ординат) и обоих полупериодах выходного напряблок 30 одновибраторов, жения .

Е 2

=-0=3- = 3(и-2)

5 130

Блок 27 опорных источников представляет собой делитель напряжения источника постоянного напряжения, причем величина напряжения источника должна быть равна амплитуде сину-соидального сигнала.

Сигналы с выходов выпрямителя и делителя поступают .на вход схемы 28 сравнения, где происходит сравнение выпрямленного сигнала генератора синусоидального напряжения с опорными напряжениями, отличающимися друг от друга на одинаковые уровни, Сигналы с выхода схемы сравнения поступают на схему 29 выделения положительных ординат, выходы которой соединены с входами блока 30 одновибраторов, в котором формируются импульсы, соответствующие началам и концам импульсов с выхода диодной матрицы 29, которые и являются импульсами управления с фазой, соответствующей временному квантованию синусоидального сигнала.

Блок-схема цифровой системы управления (фиг. 6) содержит задающий генератор 31, реверсивный счетчик 32 импульсов и дешифратор 33.

Схема работает следующим образом, Задающий генератор 31 формирует прямоугольные импульсы стабильной, заданной частоты со скважностью, равной двум (частота определяется заданной погрешностью для временного расположения импульсов управления), которые считает реверсивный счетчик

32. С выхода счетчика информация по" ступает на вход дешифратора 33, на выходе которого формируются управляющие импульсы с заданной временной привязкой, После окончания полупериода счетчик считает в обратном направлении, что также дешифрируется, но в обратной последовательности.

Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное содержит N и + 3 ключей переменного тока, из которых в цепи протекания силового тока последовательно включены только два ключа, При этом устройство реализует S = 3(N-5) уровней выходного ступенчатого напряжения.

2402 б

Кроме этого, уменьшается чис :о секций источника питания и число секций первичной обмотки силового трансформатора, В результате упрощается схема преобразователя посто5 янного напряжеиия в многоступенчатое переменное с заданным гармоническим составом, Данные преимущества проявляются при S > 7, 10 формула изобретения

Преобразователь постоянного напря жения и многоступенчатое переменное с использованием секционированного источника питания, каждая из и секций которого, исключая последнюю, посредством ключей переменного тока

20 соединена с соответствующими отводами и-секционированной обмотки сило.:.,вого трансформатора, крайний вывод первой секции которого через ключ переменного тока соединен с крайним выводом и-й секции источника питания, вторичная обмотка которого образует выход преобразователя, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения при формировании многоступенчатого выходного напря1 жения с заданным гармоническим составом, он снабжен двумя дополнительными ключами переменного тока и двумя дополнительными секциями первич35 ной обмотки силового трансформатора, которые соединены между собой согласно последовательно и включены между первой и второй секциями первичной обмотки силового трансформатора, 40 первая дополнительная секция которого посредством упомянутых дополнительных ключей переменного тока соединена с (n- 1}-й секцией источника питания, причем отношения величин

ЭДС источника в (и-1)-й секции

Е, в и-й секции Е„ и в остальных -11

i-х секциях Е. и ЭДС единичного ис1 точника питания Е, выбирают соответственно и з соо":." ношений

Предложенный преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное позволяет повысить эффективность использования ключей переменного тока, = 2i-1

Е

Е 9 а где i=f (n-?), 1302402

7 отношение чисел витков w первичной обмотки силового трансформатора для и-й секции и первой и второй дополнительных секций к единичному числу витков в обмотке г равно

= п-2

9 о а отношение чисел витков w остальных секций и w устанавливают раво

5 ным 1, 1302402

> >>, АО У 1Ф Град2

Фиг, Ф

Фиг. 5

С ос тавит ель Г, Мыцык

Редактор А. Шандор Техред A. Кравчук Корректор М, Самборская

Заказ 1222/54 Тираж бб1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4