Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное с промежуточным высокочастотным преобразованием

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в устройствах автоматики и электроприводов переменного тока. Целью является улучшение массогабаритных показателей. Устройство содержит инвертор 1 с тр-ром 2. Вторичная обмотка 4 тр-ра состоит из секций 5-10, а дополнительная обмотка 11 - из секций 12, 13. К секциям обмоток подключены ключи переменного тока 15-24. Алгоритм переключения ключей, задаваемый устройством управления 27, и формирование уровней квазисинусоидального напряжения при нечетных четвертях периода выполняются в соответствии к. таблицей. 3 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУбЛИК (19) (11) (5D4 Н 02М 7 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ HOMHTET СССР. ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4085391/24-07 (22) 03.07.86 (46) 15.08 .88. Бюл. 9 30 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) В.Е. Тонкаль, К.А. Липковский, А.В. Новосельцев, М.Т. Стрелков и В.О, Костюк (53) 621.314.572(088.8) (56) Тонкаль В,Е. Синтез автономных инверторов модуляционного типа. Киев:

Наукова думка, 1979, с. 87 °

Авторское свидетельство СССР

9 688970, кл. Н 02 М 3/48, 1979.

Авторское свидетельство СССР

У 904143, кл. Н 02 М 1/12, 1982., Авторское свидетельство СССР

9 705626. кл. Н 02 М 7/515, 1979 . (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО . НАПРЯЖЕНИЯ В КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в устройствах автоматики и электроприводов переменного тока. Целью является улучшение массогабаритных показателей. Устройство содержит инвертор 1 с тр-ром 2. Вторичная обмотка 4 тр-ра состоит из секций 5-10, а дополнительная обмотка 11 — из секций 12, 13. К секциям обмоток подключены ключи переменного тока 15-24.

Алгоритм переключения ключей, зада@ ваемый устройством управления 27, и формирование уровней «нввнсннусондадь. Q) ного напряжения при нечетных четвертях периода выполняются в соответствии с таблицей. 3 ил ° ° табл.

1417144

2,, Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке вторичных источников питания с приемлемыми

5 массогабаритными показателями для устройств электроавтоматики и элект-. роприводов переменного тока.

Пель изобретения — улучшение массогабаритных показателен преобразователя.

На фиг. 1 представлены схема преобразователя, формирующего 12 уровней квазисинусоидального напряжения посредством 10 ключей коммутатора, 6 секций основной и 2 секций дополнительной вторичных обмоток высокочастотного трансформатора, и блок-схема устройства для его управления; на фиг, 2 — принципиальная схема устрой- 20 ства управления преобразователем; на фиг, 3 — временные диаграммы работы устройства управления .

Преобразователь постоянного напряжения в квасизинусоидальное с промежуточным высокочастотным преобразованием (фиг„ 1) содержит высокочастотные инвертор 1 и трансформатор 2 с максимальным коэффициентом трансформации Ктр, перв чная 3 обмотка кото= 3() рого с числом витков 2N является

1 нагрузкой инвертора 1, а вторичная состоит из основной 4 с секциями

5-10 дополнительной 11 с секциями

5-10 и дополнительной 11 с секциями

12 и 13 обмоток, четные числа секций которых И и N связаны с числом уровней И квазисинусоидального напряжения соотношениями: И (М „+2) = 2N и (N -1)>

x(N + 2) = 2N при четном и нечетном

N/2 соответственно, причем N — - N >2, о

N + N = min числа витков любой из секций основной Ы и дополнительной

W обмоток выбирают из соотношений:

2Н /И, 4 = Ктр, ком- 45

N+ 1 мутатор 14, содержащий ключи 15-24 переменного тока, образующие верхнюю (ключи 15, 17 и 19) и нижнюю(ключи

16, 18 и 20) основные и верхнюю (клю- 50 чи 21 и 23) и нижнюю (ключи 22 и 24) цополнительные группы, силовые входы которых (кроме ключей 21 и 22) подключены соответственно к верхним и нижним концам секций основной и допол-55 нительной обмоток, выходы ключей 15, 17, 19, 23 и 16, 18, 20, 24 объединены в верхний и нижний узлы коммутатора, связанные посредством кличей 21 и 22 со средней точк;л": "5 дополнительной обмотки 11, .:оразующей первый выходной вывод преобразователя, вторым выводом которого является средняя точка 26 основной обмотки 4 высокочастотного трансформатора 2, Устройство 27 управления преобразователем постоянного напряжения в квазисинусоидальное с промежуточным высокочастотным преобразованием (фиг. 1) содержит последовательно связанные между собой задающий генератор 28 .с парафазным выходом, связанный по выходу с управляющими входами ключей высокочастотного инвертора 1, блок 29 опорных импульсов, реверсивный регистр 30 сдвига, сумматор 31 по ИЛИ и распределитель 32 импульсов, выходами связанный с управляющими входами ключей переменного тока коммутатора 14.

Блок 29 опорных импульсов (фиг.2) содержит двухвходовой мультиплексор

33, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с прямым и инверсным выходами задающего генератора 28, счетчик с коэффициентом счета К = N/2 и скважС4 ностью импульсов N/2, реализованный на двоично-десятичном счетчике 34 и логическом элементе 2И 35, вход которого (первый счетный вход счетчика

34) подключен к прямому выходу мультиплексора 33,. а выход (выход элемента 34) — к входу первого делителя 37 с К = 2, выполненного на основе

D-тригг ера в счетном режиме, прямой и инверсный выходы которого связаны с управляющими входами S u S реверсивного регистра 30 сдвига, второй делитель Зо с К „= 2, выполненный на основе D-триггера в счетном режиме, по входу соединенный с прямым выходом первого делителя 37, а прямьм и инверсным выходами — с вторым и первым управляющими входами мультиплексора 33, восьмивходовой мультиплексор 38, информационные входы

D0, D2 которого подключены к прямому, 01, D3 — к инверсному выходам мультиплексора 33, входы D5 и D7 к выходам счетчика (выход элемента

2И 35), управляющие входы А, В, С соответственно к прямым выходам делителей 36 и 37 и выходу элемента 2И

39, объединяющего по первому и второi 4 i 7 i 4 му входам выход счетчика (выход элемента 2И 35) и прямой выход делителя

37, а выход мультиплексора 38 — к счетному входу реверсивного регистра

30 сдвига, Сумматор 31 по ИЛИ (фиг. 2) содержит основную 40, 41, 42 и дополнительную 43, 44 групг1ы элементов 2ИЛИ и ЗИЛИ соответственно, где 1-й вход

i-го элемента основной и К вЂ” и вход

1-ro элемента дополнительной групп соединены соответственно с (i + N, <

° (j — 1)/2)-.м и (E + N (1 — 1)/2)-и выходами реверсивного регистра 30 116 сдвига, число выходов которого равно . N/2.

Распределитель 32 импульсов (фиг.2) содержит основную 45, 46, 47, 48, 49, 50 и дополнительную 51, 52, 53 2г1 и 54 группы элементов 2И, каждая из которых разбита на верхние основную

45, 46, 47 и дополнительную 51, 52 и нижние основную 48, 49, 50 и дополнительную 53, 54 групппы, где первые 25 входы i-го элемента основной и 1-го элемента дополнительной групп соединены с выходами одноименных элементов одноименных групп сумматора по

ИЛИ, а вторые входы верхних основной з0 и дополнительной и нижних основной и дополнительной групп связаны соответственно с прямым.и инверсным выходами мультиплексора 33 блока ?9 опорных импульсов, выходы элементов основных верхней 45, 46, 47 и нижней

48, 49, 50 групп и элементов дополнительной верхней 51, 52 и нижней 53, 54 групп соединены соответственно с управляющими входами-ключей переменного тока основных верхней 15, 17, 19 и нижней 16, 18, 20 и дополнитель ных верхней 21, 23 и нижней 22, 24 групп ключей коммутатора 14. На фиг,3 позициями 55-77 обозначены сигналы ча выходах соответствующих блоков системы управления.

Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное с проме- 50 жуточным высокочастотным преобразованием и устройство для его управления работают следующим образом.

При запуске единичный уровень 58 на инверсном выходе триггера 36 и нулевые уровни 57, 58 и 59 на прямых выходах триггеров .37 и 36 и элемента 2И 39 позволяют последовательности

55 частотой

1 -ДЕ 1 à —:Iiiei OTB ЗЯЯЯ!С1 ЕГ .?с bvx

НЕРЯТОПЯ ".! В:-",;:,НЯЯ

-1ястотя прео бра -;овяте-ля с пр я и О Г О II î1õ oä ÿ з яда ю щ е Г О i» p.: ep 3 T n ря 28 через пергый инфорияцио!и!ы"

1 вход мультиплексора-селектора ?3

ПРЯЬ!О О PT 0 ВЫХС«ЦЯ В Ii! Д О "»1П "«".11 .СВ

6, постуг1ать ня первы., P .P; нь:й 1:»сод счетчика 34 и -Iepез Гул»с»зой 00 ".!!ф:.р- ;. цИОННЫС1 ВХО-, «!1> IF,T IГ1?IBKCO, я 38 вице иипульссв 6. Iia счет:."ш г1»101-; реверс!!нного рс! Ic.ð;: 30 с";в ;.-а, Пя г1ервой чеl kkåp TI, периода состсягггe триггера 36 обеспечивает сцв !г и11форияции на вькоце ре-истра 3(, ппр;.:-:О (импульсы 63- - з,) . С !Отчих 34 зя с ".. : обратной связи рея-лизует кс»з-ффпциент счета К = 6 ki="-, выхok!e; рет -ег О рязс ряця севажнс? L 11мп . ьс >! я .0 i ..""

У рои становится равно - 6 НО .;10 элеме1". та 2И 35 (псслсцо-.р. Terai 100 г--. 56) .

В момент обнуления с:1ет 11 :кя 34;"-. -»ÿk!чивается:!етверть г1ер110дя „триг=ep

37 меняет cLop. cc"..; îekг1!е FI;i протпвnполож ое, «!еня -тся уровнг-; на первом упрiiнляющеи вхО!, 1 i "пьг. . i.pкс;?р "; ,8 и ог;Оих г!Ос вляюIп, 1«г и . Од "х 1

;?еГистра ":0 в Зезультятс;еГО ня с-;етный вход регистра; роход1; —...с?слс?довятельность 75 с пряиогn выховзадяющеГО Генерятй-,;. 28 гег? ез !1е!?Вые

D 1 и нф Îp MG Ци 0 1! ьIь! е в х 0» « " 11 ь т I I 0 i О к со;?Ов 3 FI 38 „Вьгсодное .Oc .,».!L. триггера 37 Обеспечивает сдшгг инфг?г?-. мации на пыхал е ?? eгис ",Пя 30 г!ггево (импульсы 65 — 68) . В конце втаг:o« четверти пер!, 0:;-. меняется сс: тоя1псе на управляющем С вЂ” в?сn;ie иул?зтиплег«cnра 38 (последовятсльность 5с?) 11 чер сз егÎ пятый 05 инфориацио:!Пый вход !а счетнь!й вхоц реги. Тре 30 п гу —.,я=:е=-т четньгй ии1 упг с по цe i 02 Tель1!Ос". - 1 56 р

kT0 ПО ЗВО:IЯ ЕТ ИЗМЕНЯ! 1 Ь Я "Г ОТ«11

cKBBiKFIocTü импульсов в интервяле одного периода II с!1?Ор:.гипс?Нять в-:рлг.!в ну выходного няпряжения, Второе Обнуление счетчика 34 соОТВетствует 01сoki I:-I!Гию первОГО полупер11 ода, когда состоягп1е триггера 37 с0ответствует начя ló,".oã:!I ериодя я состояние тригг е1? я 36 «Ii»11я ется ня ITD 0 ги" воположнос, в результяте чего ня счетные входы счет-I;;1«I? 3 и рег,стря 30 поступает последовятельност1- «5 с ип

ВЕРСНОГО Г=.: С;,"..ЗЯДЯ!с?Г1Е1.С? ГЕНЕ ЯTOря 2Я через «"1 Опс и I!I;<. г?1?ия.гис н,!! ?й

1417144

40

6 45 45 хohх3 ьо

X42 " Х

Х4 Л Хбо

„„ 260 9 с 4 гР

19

Xvo

Х, =Х„Х

74 T5

Х,—,= Х, вход мультиплексора 33 с прямого его выхода в третьей четверти и инверсного выхода в четвертой соответственно через второй D2 и третий D3 инфор5 мационные входы мультиплексора 38.

В конце второго полупериода четный импульс последовательности 56 поступает через седьмой D7 информационный вход мультиплексора 38; В остальном блок опорных импульсов на втором полупериоде работает аналогично первому полупериоду, В интервале обоих полупериодов элементы основной 40, 41 42 и дополнит ьной 43 44 групп 15 сумматора 31 по ИЛИ реализуют логические функции где индексы у переменных соответствуют фиг. 1-3.

На протяжении всего периода высокочастотный инвертор 1, работающий на частоте Й „ = У., преобразует у постоянное входное напряжение, равное Е, -в переменное типа меандр.

Единичный уровень квазисинусоидального напряжения, равный F/2 при

W„/W, = 2, формируется при положи35 тельной полярности напряжения на вторичных обмотках согласующего трансформатора 2 с использованием ключей

15 и 21, подключающих секцию 5 основ- 10 ной вторичной обмотки 3 к выходу преобразователя. При смене полярности напряжения отключаются ключи 15 и 21 и включаются ключи 16 и 22, подключающие к выходу секцию 6, что формирует на выходе уровень Е/2, Алгоритм переключения ключей коммутатора 14, задаваемый устройством

27 управления импульсами 68-77, и формирование уровней квазисинусоидального напряжения при нечетных четвертях периода (со своим знаком) приведены в таблице, что справедливо для четных четвертей (со своим знаком) только в обратном порядке.

5с

Таким образом, уменьшение числа силовых ключей переменного тока коммутатора позволяет улучшить массогабаритные показатели преобразователя

?, "X; Х„1 Х УХ

Х4Ч Х Х X VХ чх

43 6 63 юг

Х65 Хббх У где индексы у переменных в левых час тях равенств соответствуют фиг.2, а в правых — фиг. 3. Полученные последовательности импульсов Х, Х „

4о

Х4 и Х4, Х „поступают на управля" ющйе входы ключей основной и дополнительной групп коммутатора, распределение которых -на ключи верхних и нижних групп осуществляется распределителем импульсов путем реализации операций:

Х =X=X=XnX

71 48 6 gp

X =X =X =X AX

73 5О 20 М 60

Х =Х =Х „=Х „лХ

t постоянного напряжения в квазисинусоидальное с промежуточным высокочастотным преобразованием.

Формула из обр ет ения

Преобразователь постоянного напря- жения в квазисинусоидальное с промежуточным высокочастотным преобразованием, содержащий последовательно соединенные между собой высокочастотные инвертор и трансформатор с первичной с числом витков 2W „обмоткой и с секционированной основной вторичной обмоткой с максимальным значением коэффициента трансформации К., причем концы N секций этой вторичной обмотки, где N — четное число, через основные ключи переменного тока коммутатора объединены в два промежуточных вывода, которые связаны с первым выходным выводом преобразователя, второй выходной вывод которого образован средней точкой этой вторичной обмотки, а также блок управления, включающий последовательно связанные между собой задающий генератор с парафазным выходом, выходом связанный также с управляющими входами ключей инвертора, и распределитель импульсов, выходом связанныи с управляющими входами ключей коммутатора, обеспечивающего формирование N-ступенчато1417144

Уровень квазисинусоидаль- КО1мутатор, ного напряжения трансформатор

Полярность входного напряжения

1! ! 1

Номер Значение Ключи Секции

+Е

- » 1

Е/2

15 и 21 5

16и 22 6

Е/2

17 и 21 5 и 7 го квазисинусоидального напряжения, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, трансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой со средней точкой, подключенной к первому выходному выводу преобразователя, и с четным числом секций N связанным с четным числом секций*основной вторичной обмотки М и числом N соотношением N (N + 2) = 2N при четном о 4 числе N/2 или (N,-1) (И, + 2) = 2N при нечетном числе И/2, причем должно быть N — И 2, N + И =min, числа 4 о витков любой из секций основной И„ и дополнительной W вторичных обмоток выбирают соответственно из соотноше-!

HHH! Wo= W = К „э КОНЦЫ ь P одной половины секций дополнительной вторичной обмотки через дополнительно введенные ключи переменного тока подключены к одному промежуточному выводу, концы другой половины секции дополнительной обмотки также через дополнительно введенные ключи переменного тока подключены к другому промежуточному выводу, блок управления снабжен последовательно связанными между собой блоком опорных импульсов, реверсивным регистром сдвига с числом выходов N /2 и суммато-, ром по ИЛИ, причем блок опорных импульсов содержит двухвходовой мультиплексор, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с прямым и инверсным выходами задающего генератора, счетчик с коэффициентом счета К = N/2 ач и скважностью импульсов N/2, вход которого подключен к прямому выходу двухвходового мультиплексора, а выход — к входу первого делителя с

К,1= 2, прямой и инверсный выходы которого связаны с управляющими входами реверсивного регистра сдвига, второй делитель с К = 2, по входу соединенный с прямым выходсм и"-рвого делителя, а по выходу прямым и инверсным выходами — с вторым и первым управляющими входами двухвходового

bIy;lüòèïëåêñoðà, восьмивходовой мультиплексор, информационные входы которого связаны с выходами двухвходоного мультиплексора и счетчика, а

;Л1раВЛяЮщИЕ ВХОЦЫ вЂ” С Пряыь1МП ВЫХОдами первого и второго делителей и

BbIxoIIoM элемента 2И, обьединяющего по входам выход счетчика и прямой

ыход riepaoro делителя выхo1: мульти« плексора подключен к счетному входу р евер сив ног о регистра сдвига,, сумматор по ИЛИ содержит основную с числом элементов N /2 при числе входов И /2 + 1 и дополнительную, с числом элементов

N /2 + 1 при числе входов N /2 группы

А элементов ИЛИ, где j-й вход i-го элемента Основной и К-й вход 1-ro элемента дополнительной группы соединены соответственно с (i + N (j — 1) /)2 -м и fK +

+ И (1 — 1) /-"1-м выходами реверсивного регистра сдвига, распределитель содержит основную и дополнительную группы элементов 2И, каждая из которых разбита на верхнюю и нижнюю группы с числом элементов N /" и о

N 2 + 1 соответственно, где первые. входы i--го элемента основной и 1-го элемента дополнительной групп соедч нены с выхсдами одноименных элементов одноименных групп сумматора по

ИЛИ, а вторые входы верхних основной и дополнительной;; 1п1жних основной и дополнительной групп связаны соответственно с прямым и инверсным выхода1 и двухвходового мультиплексора блока опорных импульсов, выходы i-ro элемента основных верхней и нижней групп и 1-r î элемента дополнительной

45 верхней и нижней групп распределителя связаны с управляющими входами соответствующих основных и дополнительных ключей коммутатора.

1417144

18и22 би8

ЗЕ/2

19 и 21

5, 7 и 9

20и22 6, 8и10

ЗЕ/2

2Е

15 и 23

5н12

2Е

16 и 24 б и 13

SE/2

5Е/2

19и235,7,9и12

ЗЕ

20 и 24

3Е

Уровень квазисинусо ного напряжения

Номер Значение

К 5ысокочастояиону д

17 и 23

18 и 24

5, 7 и 12

6,8и13

6, 8, 10и13

Продолжение таблицы t") 1 1 1

) . c i 1 1, 1

J,. 1 1!

1! I) !

;: 11,,1

),J Л (1

1, ), ф 1 (ОЭС - - 3 а- съ сэ с - " -= с :> 1С- М (Ч М:> - .С: . -С-- Г-» - »- 1»=