Способ преобразования постоянного напряжения в регулируемое низкочастотное квазисинусоидальное напряжение

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения - повышение КПД. Преобразователь, реализующий предложенный способ, содержит четное число инверторных ячеек, выходы которых соединены последовательно и подключены к входу демодулятора. Демодулятор выполнен по мостовой схеме на ключах переменного тока 5 - 8. Выход демодулятора соединен с выходными выводами преобразователя. Ключи инверторных ячеек управляются напряжением низкой частоты F, промодулированным модулирующим сигналом промежуточной частоты F, которая в 3 PL/2 раз выше, чем частота F, где L - число инверторных ячеек, P - любое целое число. Управляющий демодулирующий сигнал, подаваемый в цепь управления ключей переменного тока, имеет также частоту F. По отношению к этому сигналу модулирующие сигналы промежуточной частоты сдвинуты на угол +α/2 и -α/2, определяющий нулевые паузы в выходном напряжении преобразователя. Благодаря этому сдвигу коммутация ключей переменного тока происходит без напряжения. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 Н 02 И 7 5396

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4442498/24-07 (22) 12.05.88 (46) 15.10.90. Бюл. Р 38 ! (71) Московский энергетический институт и Производственное объединение "Прожектор" (72) Г.С.Мьщык, О.Г.Пахомов, В.И.Мамонтов, А.М.Сухинин и Н.Б.Ермолаев (53) 621.314.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 736303, кл. Н 02 М 7/48, 1977.

Моин В.С. 1Стабилизированные транзисторные преобразователи. Энергоатомиздат, 1986, с. 288. рис.8.15. ° (54} СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В РЕГУЛИРУЕМОЕ НИЗКОЧАСТОТНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропринода.,Цель изобретенияповьппение КПД. Преобразователь, реализующий предлагаемый способ, содер-.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания . и электропривода.

Цель изобретения — повьппение КПД устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг. 1 показаны временные диаграммы, иллюстрирующие предлагаемый: способ преобразования при 1.=2; на фиг. 2а,б — структурная схема варианта силовой части устройства, реа„„Я0„„1599958 А 1

2 жит четное число инверторных ячеек, выходы которых соединены последова" .. тельно и подключены к входу демодулятора. Демодулятор выполнен по мостовой схеме на ключах переменного тока.

Выход демодулятора соединен с выходными выводами преобразователя. Ключи инверторных ячеек управляются напряжением низкой частоты F, промодулированным модулирующим сигналом промежуточной частоты f, которая в 3 РЬ/2 раз выше, чем частота f где число инверторных ячеек, P - любое целое число. Управляющий демодулирующий сигнал, подаваемый в цепь управ" ления ключей переменного тока, имеет также частоту 1. По отношению к этому сигналу модулирующие сигналы промежуточной частоты сдвинуты на угол

+o(/2 и -ct/2, определяющий нулевые паузы в выходном напряжении преобразователя. Благодаря этому сдвигу коммутация ключей переменного тока про исходит без напряжения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. лизующего предлагаемый способ, и структурная блок-схема системы управления устройством; на Аиг. 3 — вре-:. менные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства, реализующего способ.

Рассмотрим сущность способа на примере L=2 (Лиг.1). Постоянное напряжение преобразуют в I. последовательно сдвинутых между собой по Фазе

2п на угол ==- переменных напряжений

37.

3 9 низкой частоты F (,, eF ), Число Ь

1599958

I и задают четным. Далее формируют управляющий демодулирующий сигнал типа меандр, промежуточной частоты Г=К Р, обозначенный на Аиг. 1, каК:9, и два аналогичных по Аорме с симметрично встречно изменяемым относительно друг друга Ааэовым сдвигом а модулирующих сигнала частоты f (9g,, 9< ) ..

Затем модулируют низкочастотные на-.... 10 пряжения модулирующими сигналами частоты f причем в каждой паре напряжений низкой частоты, сдвинутых между собой на угол Г/3, положительные полуволны одного напряжения и отри/ цательные полуволны другого напряжения модулируют первым модулирующим сигналом частоты f(9 ), а отрица1 тельные полуволны одйого и положительные другого модулируют вторым 10 э модулирующим сигналом частоты f(gg ) .

После этого трансформируют полученные промодулированные напряжения (11д, 1

Ug ) с последующим суммированием

2 всех напряжений. Затем полученное результирующее напряжение (Б ) демодулируют с помощью демодулирующего сигнала "(. Выбирают кратность час Р тот К=- -ЗЬ, где P - четное число

30 (минимальное значение коэффициента

K=3L определяет минимально возможную частоту промежуточного высокочастот-. ного преобразования, период которой

29 равен Ф= — ). о 31.

Для устранения двойНых вольтсе-. кундных площадей фазирование разночастотных сигналов (ф и « э, М, y< ) э производят, исходя из условия изме- нения полярности низкочастотных на-. пряжений в момент, соответствующий четверти периода цемодулирующего сигнала « (фиг. 3). При этом коэффи» циент P выбирают любым целым числом 45 (минимальное значение коэффициента

К=-1. определяет MHI имально возмож2 ную частоту промежуточного высокочас-, тотного преобразования. полупериод

2fi который равен 1"= †).

31..

Регулирование величины вьясодногд низкочастотного напряжения осуществляют за счет изменения Аазового сдви- га Ы между двумя модулирующими сигна-55 э лами частоты Е(Ч, М, ) ° у

Одним из возможных вариантов практической реализации предлагаемого способа может быть преобразователь, силовая часть и система управления которого показаны на фиг. 2а,б.

Преобразователь содержит инверторный блок 1 (HB, Аиг. 2а), содержащий

Ь идентичных инверторннх ячеек (ИЯ1

ИЯ1) с трансформаторным выходом, выполненных по схеме с нулевой точкой питания. Вторичные обмотки трансАорматоров инверторных ячеек соединены последовательно, образуя контур суммирования выходных напряжений инверторных ячеек,. подключенный к входным выводам 2 и 3 демодулятора 4. Демодулятор 4 может быть выполнен, напри.— мер, по мостовой схеме на полностью управляемых ключах 5-8 переменного тока. Выводы 9 и 10 образуют выход преобразователя., Система управления устройства (Аиг. 2б) содержит задающий генератор 11, выходом подключенный к входу. модулятора 12 ширины импульсов (ИИК), входу первого делителя 13, осуществляющего деление частоты задающего генератора на Р, причем по заднему фронту входного сигнала и инАормационному входу D-триггера 14, осуществляющего деление частоты задающего генератора на два (инверторный выход триггера связан с информационным входом Э), причем по переднему Аронту входного сигнала (« ). Выход делителя 13 подключен к информационному входу регистра 15 сдвига и к входу делителя 16 с коэфАициентом деления.

31 . Выход делителя 16 подключен к . счетному входу регистра 15 сдвига.

Вы од модулятора 12 ширины импульсов подключен к инАормационным входам двух триггеров D- u IK-типа 17 и 18 соответственно, осуществляющих деление выходного сигнала модулятора ши-. рины импульсов (« е„, Аиг. 3) на два (соответственно по переднему — D-триг- гер и заднему — IK-триггер фронтам).

Выходные сигналы триггеров 17 и 18 (9f Ч и ф, ф соответственно), регйстра 15 сдвига (yF IIIF„, фиг. 2б) поступают на вход логического узла 19, реализующего логические выражения:

«I; = «М II g„+ VF; .МУ, где i = 1 — 1,/2 Ь1 Ы „+ QF1 II g, Ч, где j =i+5/2

Выходные сигналы логического узла 19 (p;, p; g1,, Аиг. 2б) посту1пают на вхор, блока 20 развязки и уси45 лителей 13 и 16 с помощью входов сброса и установки (R, 8) осуществляют в соответствии с приведенными временными диаграммами на фиг. 3.

С выхода делителя 13 частоты импульсы прямоугольной формы с частотой (V < ) поступают на счетный зход

5 159995 ления 20, состоящего из 1- идентичных усилительно-развязывающих узлов УРУ1—

УРЛ, (фиг. 26) . Выходные сигналы (9 „„ э . э -s ,..., . g„, у,,фиг. 26) блока 20 пода1 5 ют на соответствующие ключи соответстнующих иннерторных ячеек (ИЯ1-ИЯ1) иннерторного блока 1 (фиг. 26).

Выходные сигналы D-триггера 14 подают на вход усилительно-развязывающего узла 21, выходные сигналы (hatt э

» »

9 ) которого подают на соответствующие ключи 5 — 8 переменного тока демодулятора 4 (на ключи 5 и 8 Ч Е

» на кличи 6 и 7) . 5

Усилительно-развязывающие узлы 21 и блок 20 (УРУ1-УРЛ.) могут быть выполнены, например, по одной иэ схем инверторной ячейки с трансформаторным выходом, позволяющей легко осуществ 20 лять тиражиронание требуемого числа управляющих сигналон.

Модулятор 12 ширины импульсов (МНИ) содержит генератор треугольных импульсов симметричной формы (Н,-;„, фиг. 3) и компаратор, на один вход которого поступает напряжение U., а гти» на второй изменяемый (в пределах максимального и минимального значений напряжения Б ) уровень постоянного 30 напряжения.

Рассмотрим работу преобразователя.

На фиг, 3 показан алгоритм формирования выходного регулируемого напряжения устройства, первичная модуляцион35 ная часть которого выполнена на базе двух инверторных ячеек .с нулевой точкой питания, а частота промежуточного высокочастотного преобразования н f 3LF=6F(L=2, Р=2) .

40.

Постоянное напряжение (U„, фиг.2а) преобразуют в два сдвинутых между со1

7(! бой по Ъазе на угол f =- (при Ь=2 3I.

» у= 373) одинаковых по величине напряжений низкой частоты Р. Затем модулируют эти напряжения сигналами типа меандр промежуточной высокой частоты (, ttt » фиг. 3), причем в каждой па2 ре напряжений низкой частоты, сдвинутых между собой на угол Г/3. Положительные полуволны одного напряжения (g ) и отрицательные полуволны э другого (4 g напряжения модупнр»ют сигналом, а отрицательные полувол! Э ны одного (ь э) и положительные другоEt э го (y,) модулируют сигналом

Затем трансформируют полученные промодулированные напряжения (Ug,Ug ) и суммируют все Ь напряжений. Реэуль тирующее напряжение (Ug ) подают на вход демодулятора 4 (выводы 2 и 3).

Фазирование последовательностей высокочастотных сигналов »э, ., г1 УФ относительно низкочастотных напряжений производят, исходя иэ условия изменения полярности низкочастотных напряжений в момент, соответствующий четверти периода сигнала у,.

Необходимый алгоритм управления ключевыми элементами инверторных ячеек (ИЯ1-ИЖ.» фиг. 2а) инверторного блока 1 и демодулятора 4 обеспечивают системой управления, показанной на фиг. 26.

Задающий генератор 11 вырабатывает на своем выходе прямоугольные импульсы со скважностью два („, фиг. 3), следующие с частотой Йзг =2f.

В приведенном на фиг. 3 примере

f „=12Р (I. 2, P.=2). Эти импульсы поступают на вход модулятора 12 ширины импульсов (МИН)» вход делителя 13 и

D-триггера 14. Модулятор 12 ширины импульсов состоит из генератора треугольного напряжения симметричной формы и компаратора. На входы компаратора подают вьгходное напряжение U. т ри и изменяемый (в пределах максимального и минимального значений напряжения

Бгт„) уровень постоянного напряжения (U,). С выхода модулятора ширины импульсов получают сигнал, имеюций частоту задающего генератора с регулиt Н

p eìÎÉ скважностью (g -» 4 p

17 и 18 имеют частоту промежуточного высокочастотного преобразования f со скважностью дна.

Начальную установку (при пуске) триггеров 14,17 и 18 и счетчиков де1599958

20 регистра 15 сдвига и на вход делителя 16 частоты с коэффициентом деления б. Выходные импульсы делителя 16 частоты с частотой Р и со скважностью два .поступают на информационный вход регистра 15 сдвига, на выходах которого происходит формирование последо" вательностей импульсов с частотой (g<, 111„ ... IpF), сдвинутых друг отно- 1O 2 ительно друга на интервал 1/6F (<ф,, УГЗ) °

Входные сигналы триггеров 17 и 18 (Yg,,

Ч 1

Ч 2=VF.™Å2 VF. Vf 1 2

Выходные сигналы логического узла 19 через усилительно-развяэывающие узлы блока 20 подают на соответствующие ключи инверторных ячеек (ИЯ1, ИЯ2)25 инверторнаго блока 1. D-триггер 14 осуществляет деление импульсов задающего генератора 11 на два (инверсный выход триггера связан с его информационным входом D) по переднему фрон- 3О ту. Выходные прямоугольные импульсы триггера 14 (111, 9<) с частотой промежуточного высокочастотного преобразования и скважностью два через усилительно- развяэывающий узел 21 подают на соответствующие ключи переменного тока демодулятора 4 (ф на ключи 5 и 8,. 17 — на б и 7).

Регулирование выходного напряжения преобразователя осуществляют измене- 4О нием. фазового сдвига между двумя сигналами промежуточной высокой частоты (у, g, ) за счет изменения скважности выходных импульсов модулятора ширины импульсов 12 (91peI-).

На фиг. 3 показан алгоритм формирования выходного напряжения (n ) преобразователя при двух значениях ./ I и

CKBBRHOCTH Q рЕ (Qpe(ф II peI) o

Для повышения надежности работы триггеров 17 и 18 в систему управления устройства может быть введен ограничитель импульсов1 включаемый между выходом модулятора 12 ширины импульсов и входом триггеров 17 и 18. Or)5 раничитель импульсов исключает переход выходного сигнала модулятора 12 ширины импульсов в граничных точках

ll 1У I I II в состояние логическои 1 и О, т е. исключает воэможность срыва. сигналов промежуточного высокочастотного преобразования (11, / ) .

Предлагаемая структурно-алгоритмическая организация преобразователя позволяет переключать транзисторы демодулятора при нулевом значении напряжения, что значительно улучшает их режим работы, устраняя динамические потери (см. фиг. 3) в ключах, т.е. повышает КПД, Формула из обр ет ения

1. Способ преобразования постоянного напряжения в регулируемое низкочастотное кваэисинусоидальное напряжение; при котором постоянное напряжение преобразуют в L переменных напряжений низкой частоты F, взаимно сдвинутых на угол у, модулируют эти напряжения модулирующнм сигналом промежуточной частоты f, в целое число раэ

К превышающей частоту F суммируют промодулированные .напряжения и результирующее напряжение демодулируют . с помощью управляющего демодулирующего сигнала промежуточной частоты f и регулируют значение полученного выходного напряжения введением нулевой паузы шириной на угол И в каждом полупериоде промежуточной частоты f отличающийся тем, что, с целью повышения КПД. устройства, реализующего данный способ, выбирают число ;I. четным, p2(7/3L и К=ЗРЕ/2, а модуляцию осуществляют с помощью двух модулирующих сигналов промежуточчой частоты f первый из которых сдвинут на угол +o(/2, а второй на угол -g/2 относительно управляющего, демодулирующего сигнала промежуточной частоты f, причем в каждой паре переменных напряжений низкой частоты F сдвинутых между собой на угол У/3, первый полупериод первого и второй полупериод второго указанных напряжений модулируют первым модулирующим сигналом промежуточной частоты, а второй полупериод первого напряжения и первый полупериод второго напряжения модулируют вторым модулирующим сигналом промежуточной частоты Е.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что управляющий демодулирующий сигнал промежуточной частоты .f фазируют по одному иэ фронтов переменного напряжения низкой часто9

1599958!

1 и, 02" ты Р, а число P выбирают любым четным, числом.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что управляющий демодулирующий сигнал промежуточной фЗ

Г2!

Ур. ll рея !

3 2 частоты f сдвигают по фазе на четверть периода erо частоты относительно одного из фронтов переменного напряжения низкой частоты F, а число P выбирают любым целым числом. фЯ ф9 а Ь

1599958

Фиг. 2а иг. Zd

1599958 ю" )

Э

Э

Муз и76

Редактор Н.Киштулинец

Заказ 3149 Тираж 502 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ьг 7а и од

" ж

М У7

Фр7 .У7 71

Opg у Э

<а

Ai

v„, Юи иа

{ф э7

17ц (y У) Составитель В.Моин

Техред M.Õîäàíè÷ Корректор И.11ароши