Способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное ступенчатое

 

Использование: преобразование постоянного напряжения в квазисинусоидальное ступенчатое переменное напряжение для систем вторичного электропитания и электропривода . Сущность изобретения: преобразователь , реализующий предложенный способ, состоит из нескольких ячеек. Формируемые в каждой ячейке прямоугольные выходные напряжения взаимно сдвинуты на одинаковый угол у. Для регулирования значения выходного напряжения в каждом таком напряжении формируют импульсы противоположной полярности повышенной частоты и регулируемой длительности а При этом данные импульсы формируются в одной половине ячеек L/2 на начальных 2/3 каждого полупериода, а в другой половине ячеек L/2 - на конечной 2/3 каждого полупериода . Полученные выходные напряжения ячеек суммируют в общем контуре. 5 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 02 М 7/5395

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1-3 j:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4655571/07 (22) 05.12.88 (46) 30.05.92. Бюл. N 20 (71) Московский энергетический институт и Производственное объединение "Прожектор" (72) Г.С.Мыцык, Ю.П.Иванов и В.И.Мамонтов (53) 621.314.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1522368, кл, Н 02 М 7/5395, 1989.

Константинов В.Г. Многофазные преобразователи на транзисторах. M.: Энергия, 1972, (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ СТУПЕНЧАТОЕ

Изобретение относится к области преобразователей техники и может быть использовано при построении источников вторичного электропитания централизованного типа с низкочастотным выходом повышенной мощности в тех случаях, когда требуется согласование, с гальванической развязкой, уровней входного и выходного напряжений, повышенное качество преобразованной электрической энергии, техно-. логичность и приемлемые массогабаритные показатели вторичного источника.

Известен способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное, при котором формируют четное число одинаковых по амплитуде знакоперемен-. ных импульсов прямоугольной формы, задают одинаковый по величине и знаку

„, . рЦ „„1 737685 A1 (57) Использование: преобразование постоянного напряжения в квазисинусоидальное ступенчатое переменное напряжение для систем вторичного электропитания и электропривода, Сущность изобретения: преобразователь, реализующий предложенный способ, состоит из нескольких ячеек. Формируемые в каждой ячейке прямоугольные выходные напряжения взаимно сдвинуты на одинаковый угол у. Для регулирования значения выходного напряжения в каждом таком напряжении формируют импульсы противоположной полярности повышенной частоты и регулируемой длительности а, При этом данные импульсы формируются в одной половине ячеек L/2 на начальных 2/3 каждого полупериода, а в другой половине ячеек L/2 — на конечной 2/3 каждого полупериода, Полученные выходные напряжения ячеек суммируют в общем контуре. 5 ил. фазовый сдвиг для всех импульсов и суммируют их. В соответствии с данным способом на определенных интервалах частоту импульсов увеличивают по сравнению с выходной частотой.

Недостатком данного способа являются ограниченные функциональные возможности из-за невозможности регулирования квазисинусоидального напряжения.

Наиболее близким к данному является способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное ступенчатое, согласно которому из постоянного напряжения формируют четное число гальванически развязанных одинаковых по форме переменных с часготой F напряжений, имеющих форму меандра, последовательно сдвигают эти напряжения относительно

1737685 друг друга на угол у и суммируют их, Угол у задают из условия кратности л /3 этому углу.

Недостатком способа также является ограниченность его функциональных возможностей, связанная с невозможностью регулирования выходного напряжения.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет регулирования выходного напряжения по величине.

Поставленная цель достигается тем, что в способе преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное ступенчатое, при котором из постоянного напряжения формируют четное число L гальванически развязанных одинаковых по амплитуде переменных с частотой F напряжений, последовательно сдвигают их на угол у относительно друг друга и суммируют, причем угол у задают из условия кратностил/3 этому углу, в полуволнах каждого из

L указанных напряжений в пределах m регулируемых по длительности интервалов а изменяют с частотой f = 3mF полярность этих напряжений на противоположную, причем в первой половине L/2 напряжений частоты F, образующих первую группу, регулируемые интервалы вводят на промежутЛ ках соответственно К .(— -л ) и

К (— 2 л), а в каждом из L/2 осталь4 л

3 ных напряжений частоты F. образующих вторую группу, регулируемые интервалы

2л вводят на промежутках К . (О ) и

5л

К . (л — ), где К вЂ” номер периода выход3 ного напряжения, причем отсчет указанных промежутков осуществляют от начала первой полуволны каждого напряжения, а упомянутые интервалы а первой группы напряжений частоты F по отношению к интервалам. второй группы напряжений сдвигают на угол л /2 на частоте f.

На фиг. 1 и фиг. За,б представлены временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ для случая: L = 6, угол у = л /9, m = 3; на фиг. 2 — силовая часть преобразователя, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 4 — блок-схема системы управления преобразователем; на фиг. 5— временные диаграммы, поясняющие алгоритм функционирования преобразователя.

Суть предлагаемого способа заключается в следующем.

Формируют четное число L гальванически развязанных одинаковых по амплитуде

55 переменных с частотой F напряжений, имеющих, например, форму меандра, Последовательно сдвигают их относительно друг друга на угол у, причем угол у задают из условия краткости угла л /3 этому углу у, Для случая L = 6 указанные напряжения изображены на фиг. 1 и 3 (Uz1-0û). В полуволнах каждого из L указанных напряжений в пределах m регулируемых по длительности интервалов а изменяют с частотой f = ÇmF полярность этих напряжений на противоположную.(в примере

m = 3). В первой половине L/2 напряжений частоты F, образующих первую группу, регулируемые интервалы вводят на промежутках соответственно К (— — л)иК (— 2л),àвкажл 4л

3 3 дом из остальных L/2 напряжений, образующих вторую группу, регулируемые интервалы вводят на промежутках

К (О )и К (л — ) где К вЂ” но2m 5л

3 3 мер периода выходного напряжения. Отсчет указанных промежутков осуществляют от начала первой полуволны каждого напряжения, а упомянутые интервалы а первой группы напряжений частоты F по отношению к интервалам Q второй группы напряжений сдвигают на угол л /2 на частоте f.

Полученные последовательности знакопеременных импульсов (021 — 026) суммируют в общем контуре, формируя тем самым кривую 02 выходного напряжения квазисинусоидальной формы (фиг. 1 и 3).

Одним из частных вариантов реализации способа может быть преобразователь на фиг, 2, Он выполнен в виде шести объединенных по шинам питания инверторных ячеек 1 — 6 по схеме с нулевой точкой питания с трансформаторным выходом. Вторичные обмотки 7 — 12 трансформаторов 13 — 18 соединены последовательно, образуя контур суммирования выходных напряжений инверторных ячеек, подключенный к выходным клеммам преобразователя.

Система управления (фиг, 4) содержит последовательно связанные между собой задающий генератор 19 с прямым 20 и инверсным 21 выходами и регистр 22 сдвига, имеющий L выходов с информационным 23 и тактовым 24 входами. Кроме того, система управления содержит делитель 25 частоты с коэффициентом деления, равным 9, включенный между прямым выходом 20 задающего генератора 19 и информационным входом 23 регистра 22 сдвига, который тактовым входом подключен к инверсному выходу 21 задающего генератора 19. Выходы

1737685 регистра 22 связаны с входами логического блока 27 непосредственно, а прямой выход

20 задающего генератора 19 — через модулятор 26 ширины импульсов. Выходы логического блока 27 связаны с управляющими входами ключей инверторных ячеек.

Алгоритм функционирования преобразователя, обеспечивающий регулирование выходного напряжения по величине, поясняется временной диаграммой на фиг. 5.

Используемые при напряжениях индексы отражают принадлежность их соответствующему узлу или точке схемы: 0(зг) — сигнал (напряжение) на прямом выходе 20 задающего генератора 19; 0(д) — выходной сигнал делителя 25 частот Up) — U(p6) — выходные сигналы регистра 22; ф i (1), 1/) 1 (1), — сигналы, подаваемые на управляющие входы силовых ключей первой инверторной ячейки 1;

U21 — Uz6 напряжения, формируемые на вторичных обмотках 7-12 трансформаторов

13-18;

Uz — напряжение на выходе преобразователя..

Рассмотрим работу преобразователя на примере формирования напряжения Uz c числом ступеней N = 3 (фиг. 5). Задающий генератор 19 формирует на прямом и инверсном выходах парафазные сигналы тактовой частоты. С выхода 20 задающего генератора импульсы 0(зг) поступают на вход делителя 25 частоты, с выхода которого импульсы с частотой в 9 раз меньшей тактовой частоты поступают нэ информационный вход 23 регистра 22 и вход модулятора 26 ширины импульсов. На выходах Р1-Рб регистра формируют последовательность прямоугольных импульсов U(p)) 0(pQ), причем фазовый сдвиг между импульсами составляет у, Сигналы с выхода регистра 22 сдвига и модуляторы 26 ширины импульсов после соответствующей логической обработки в логическом блоке 27 поступают после предварительного усиления и гальванической развязки на управляющие входы транзисторов инверторных ячеек 1 — 6 (фиг. 2).

Переключение ключей в соответствии с поступающими на их управляющие входы сигналами управления обеспечивает формирование на выходах инверторных ячеек

1 — б, а также на первичных и вторичных обмотках 7 — 12 трансформаторов 13 — 18 напряжений Uz1 — 0ы (фиг. 1. 3, 5), Квэзисинусоидальное напряжение Uz на выходе преобразователя получают суммированием в выходной цепи из последовательно соединенных вторичных обмоток 7 — 12 трансформаторов 13 — 18 напряжений 0 1 — Uza, В полуволнах каждого из 021 026 напряжений в пределах m регулируемых по

5 длительности интервалов а изменяют с частотой f = ÇmF полярность этих напряжений на противоположную. В каждом из трех напряжений, образующих первую группу, эти интервалы вводят на промежутках, соответ10 л 4л ственно, — — и — — 2 л, а в каждом

3 3 из трех остальных напряжений, образующих вторую группу, интервалы вводят на

2л 5к промежутках 0 — 3 и . Возможны модификации предлагаемого способа. Например, когда фронт первого из импульсов обратной полярности первой группы напряжений формируют в начале

20 л промежутка — — я(фиг. За), а фронт перво3 го импульса обратной полярности второй группы напряжений фиксируют в точке

2 7г

1/ámF от начала промежутка 0

В другом случае (фиг, 1) фронт последнего импульса первой группы напряжений фиксируют в точке 1/ámF от конца промежутка

4л — 2л, а фронт последнего импульса обратной полярности второй группы напряжений фиксируют в конце промежутка

5Л

#в

35 В третьем случае (фиг. Зб) фронты первого и последнего импульсов обратной полярности первой группы напряжений фиксируют соответственно в начале и конце упомянутых промежутков, а середину пер40 вого импульса обратной полярности второй группы напряжений фиксируют в точке

2л

1/ámF от начала промежутка 0 — — — - .

Таким образом, при четном I суммиру45 емых напряжений, используя двухполярное широтно-импульсное регулирование (LL)NP) каждого из напряжений, при соответствующем расположении регулировочных импульсов m в полуволнах каждого напря50 жения можно реализовать однополярное

LIjNP результирующего напряжения 0 .

Предложенный способ может быть применен не только при прямоугольной форме сигналов типа меандр, но и при более слож55 ной форме сигналов.

Формула изобретения

Способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное сту1737685 пенчатое. при котором иэ постоянного напряжения формируют четное число L гальванически развязанных одинаковых по амплитуде переменных с частотой F напряжений, последовательно сдвигают их на 5 угол относительно друг друга и суммируют, причем угол у задают из условия кратности угла к/3 этому углу у, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения 10 регулируемости результирующего напряжения по величине, в полуволнах каждого из L указанных напряжений в пределах m регулируемых по длительности интервалов а изменяют с частотой f = 3mF полярность этих 15 напряжений на противоположную. причем в первой половине L/2 напряжений частоты

F, образующих первую группу, регулируемые интервалы вводят на промежутках соответственно К . (— — л) и К (— 2л), Л 4л

3 3 а в каждом из L/2 остальных напряжений частоты F. образующих вторую группу, регулируемые интервалы вводят на промежутках К.(0 )и К.(л — ), гдеК—

2л 5л

3 3 номер периода результирующего напряжения, причем отсчет укаэанных промежутков осуществляют от начала первой полуволны каждого напряжения, а упомянутые интервалы а первой группы напряжений частоты

F по отношению к интервалам а второй группы напряжений сдвигают на угол л /2 на частоте f.

4 л 22 24

1737685 и„