Преобразователь с выходным переменным напряжением заданной формы

 

Использование: преобразование многофазного входного переменного напряжения в одно-или трехфазное напряжение другой частоты для систем вторичного электропитания или электропривода. Сущность изобретения: мостовые ячейки с индивидуальными трансформаторами подключены к входным выводам. Выходные напряжения группы ячеек суммируются на входе демодуляторов. Выходы демодуляторов суммируются по току с помощью фильтр-трансформатора, который одновременно фильтрует высшие гармоники. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 M 7/48

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4863927/07 (22) 05.09,90 (46) 30.04,93. Бюл. М 16 (71) Самарский политехнический институт им.В.В.Куйбышева и Московский энергетический институт (72) П.M.Ôðèäìàí и Г.С.Мыцык (56) Авторское свидетельство СССР

N. 193760, кл. Н 02 М 7/539, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1690146, кл. H 02 М 7/539, 1989. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ВЫХОДНЫМ

ПЕРЕМЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ ЗАДАННОЙ ФОРМЫ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение при построении источников вторичного электропитания как централизованного, так и децентрализованного типов для преобразования исходного многофазного переменного или постоянного напряжения s напряжение требуемой формы одно или многофазное, особенно в тех случаях, в которых требуется повышенное качество выходного напряжения и тока нагрузки, согласование уровней напряжений питания и потребителя, регулирование в широких пределах или стабилизация выходного напряжения при обеспечении сильноточного выхода и ограничениях на массогабаритные показатели.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей за счет введения наряду с постоянным также переменного питающего напряжения без ухудшения ка„„5U,, 1812606 А1 (57) Использование: преобразование многофазного входного переменного напряжения в одно-или трехфазное напряжение другой частоты для систем вторичного электропитания или электропривода.

Сущность изобретения: мостовые ячейки с индивидуальными трансформаторами подключены к входным выводам. Выходные напряжения группы. ячеек суммируются на входе демодуляторов. Выходы демодуляторов суммируются по току с помощью фильтр-трансформатора, который одновременно фильтрует высшие гармоники. 1 з.п. ф-лы, 8 ил. чества выходного напряжения и за счет формирования многофазной системы напряжений на его выходе.

Введение дополнительных мостовых инверторных ячеек и соединение их выходов последовательно в каждой из образованных секций позволяет ввести наряду с постоянным также переменное питающее напряжение без ухудшения качества выходного напряжения преобразователя, что обеспечивает расширение его функциональных возможностей.

Введение же дополнительных демодуляторов и дополнительных вторичных обмоток выходных трансформаторов инверторных ячеек, а также дополнительных фильтртрансформаторов позволяет сформировать многофазную систему напряжений на выходе преобразователя, что обеспечивает также расширение его функциональных возможностей.

1812606

На фиг. 1 представлена силовая часть схемы преобразователя переменного напряжения в напряжение требуемой формы с тремя каналами высокочастотного преобразования (m=3) и трехфазной системой питающего переменного напряжения (п=З) и с однофазным выходом (р-1); на фиг. 2— схема блока управления этого преобразователя; на фиг. 3 -диаграмма, поясняющая процесс формирования управляющего воздействия tta первый демодулятор; на фиг, 4 и 5 — диаграмма, поясняющая процесс формирования вынходного напряжения этого преобразооват@ля; на фиг. 6 и 7 представлены силовая часть схемы и диаграмма напря- 15 жений преобразователя с двумя каналами высокочастотйого преобразования (m=2) и трехфазной же.:аистемой питающего напряжения (n-3); нефиг. 8- выходная часть преобразователя с трехфазной системой 20 выходных иедряжений (m-=n-p=3).

Рассмотфйй первый пример конкретного выполнен Фя ареобрвазователя, когда

m=n=3.

Преобраэрваотель содержит мостовые 25 инверторные.ячейки ИЯ1-ИЯ9 (1-9, фиг.1), выполненнь® по мостовой схеме на ключах . с двухсторонней:проводимостью (ключах переменного тока) К1-К4 (10-13) с выходными согласующими трансформаторами Тр1 Тр9 30 (14-22) и подключенные силовыми входами к фазам питатюощего переменного трехфазн6го (n=3) иапртяжения; демодуляторы ДМ1ДМЗ (23-25), вьполненные, например. re мостовой схем на ключах переменного то- 35 ка К5 — К8(26-29) и йодключенные силовыми . входами к последовательно соединенным вторичным обмоткам соответствующих трансформаторов Тр1-Тр9, и выходной высоковчастотный трехфазный(а"3) суммирующий 40 фильтр-трансформатор ФТ(30) для практиче" . ской реализации параллельного соединения выохнодов демодуляторов, айполняющий фактически функцию виходиого фильтра.

Выход фильтр-трансформатора является. 45 выходом устройства.

Блок управления преобразователя включает в себя последовательно связан:ные между собой эадатчик частоты ЗЧ (31, фиг.2) и трехканальный (с тремя фазами на 50 выходе, а-3) распределитель импульсов РИ (32) с парафазийми вйходами: прямыми р1, р2, рЗ и инверсными р1, р2, р3, Прямые . выходы РИ подключены к одним информационным входам логических ячеек co- 55 ответственно ЛЯ1, ЛЯ2, ЛЯЗ (33 35) и к информационным входам компараторов соответственно К1, К2, КЗ (36-38) через генераторы пилообразных напряжений аоответотвенно ГПН1, ГПН2, ГПНЗ (39-41)i

4 управляющие входы компараторов обьединен ы и связаны с задатчиком управляющего сигнала через выпрямитель 42. Инверсные выходы РИ подключены ко вторым информационным входам ЛЯ. Управляющие входы ЛЯ обьединены и подключены к задатчику управляющего сигнала через преобразователь формы ПФ (43) с парафазным выходом F и. Г; Выходы компараторов К1, К2, КЗ подключены к управляющим входам логических ячеек соответственно Я1, R2, ЯЗ (44-46). Информационные входы Я1, Я2, ЯЗ подклЮчены к парафазным выходам ЛЯ1, ЛЯ2- ЛЯЗ: прямым л1, л2, лЗ и инверсным л1, л2, л3 соответственно, Выходы ячеек R1-ЯЗ являютоя выходами образованного таким образом логического узла ЛУ1 (47) и связа.ны с управляющими входами соответствующих ключей демодуляторов ДМ, Блок управления включает в себя еще три (и-3) таких же логических узла ЛУ2, ЛУЗ, ЛУ4 (48-50), выходы которых связаны с управляющими входами соответствующих ключей .инверторных ячеек ИЯ; а входы подключейы к фазам питающего напряжения А,В,С соответственно, Задатчик частоты 31, распределитель импульсов 32 и генераторы пилообразных напряжений 39-41 являются общим для всех логических узлов (ЛУ1-ЛУ4). Внутрен- няя структура логических ячеек ЛЯ и Я может быть различной. Конкретный вариант йх схемотехнической реализации зависит от типа и номенклатуры используемых логических элементов, Так, например, ЛЯ содержит два логических элемента И 51,52 и по одному логическому элементу ИЛИ 53 и НЕ

54, а Я вЂ” подва элемента И 55,56 и HE 57,58 и один элемент ИЛИ 59;

В качестве второго примера, более простого, рассмотрим преобразователь, у которого п-З, а в 2, Силовая часгь такого преобразователя включает в себя только шесть (а -n 6) мостовйх инверторных ячеек. ИЯ1-ИЯ6 (1-6, фиг. 6) с выходными согласующими трансформаторами Тр1-Трб (14-19); только два (гп=2) демодулятора: ДМ1, ДМ2 (23, 24) и выходной высркочастотный двухобмоточный суммирующий фильтр-трансформатор

ФТ (60 фиг,б). Выход ФТ является выходом устройства.

Блок управления включает в себя также четыре(п+р-4) логических узла ЛУ1-ЛУ4, но упрощенных, с двумя (а-2) каналами формирования управляющих сигналов.

В качестве примера преобразователя с многофазной системой выходных напряжений рассмотрим вариант при а-п-р-З.

1812606 ф к5- л1 к1 + л1-к1, фк7 = л1, фкб=л1 к1+л1 к1, фк8» л1, I где сигналы л1, л1 (а также л2, л2 и л3, л3) формируются логической ячейкой ЛЯ1 (ЛЯ2 и ЛЯЗ) по следующему алгоритму: л1 = р1 Е+ р1-F, л1 р1 F+p1 F, где в свою очередь: F u F выходные сигналы (фиг.Ç) преобразователя формы ПФ (43), реализующего операцию индикации поля рности управляющего сигьала U>.

Такое управление ключами моста ДМ1 соответствует эквивалентному модулирующему воздействию ф 1д (фиг.Ç) на силовой сигнал (входное напряжение) моста. Аналогично формируются логическим узлом ЛУ1 (47) эквивалентные модулирующие воэдейСиловая часть такого преобразователя включает в себя девять {m n = 9) мостовых инверторных ячеек ИЯ1-ИЯ9 (1-9, фиг.1) с выходными трансформаторами Тр1-Тр9 (14-22, фиг. 1 и 8), имеющими по три (m=3) вторичные обмотки; девять (а р - 9} демодуля-,оров ДМ1-ДМ9 {23-25, 61-66, фиг. 8) и выходные трехфазные (т=З) фильтртрансформаторы ФТ1-ФТЗ (30, 67, 68). Выходы ФТ„соединенные на фиг. 8 в "звезду" (возможны и другие варианты: например, s

"треугольник" или раздельные вовсе), являются выходом устройства.

Блок управления включает в себя шесть (n+p=6) логических узлов: три ЛУ управления инверторными ячейками (п=З) и три ЛУ управления демодуляторами (p=3), каждый с тремя (m=3} каналами формирования управляющих сигналов.

Устройство (т=п=З) работает следующим образом, Генераторы пилообразных напряжений

ГПН1-ГПНЗ (39 — 41), синхронизируемые распределителем импульсов РИ (32) с выходными сигналами р1 и р1 (фиг.Ç), р2, р2 и р3, рЗ и задатчиком частоты ЗЧ (31), вырабатывают опорные напряжения г1-r3 пилообразной формы(фиг.3) со взаимным фазовым сдвигом 2 ФЗ (в общем случае 2 г/m которые сравниваются на компараторах К1 — K3 (36-38} с модулем управляющего сигнала

Uy, так что на выходе компараторов формируются сигналы к1 (фиг,Ç), к2, кЗ, Управляющие сигналы ключей, например, ДМ1 формируются логической ячейкой Я1 (фиг.2) по следующему алгоритму (фиг,З): ствия ф 2д и ф Зд на демодуляторы ДМ2 и

ДМЗ и логическими узлами ЛУ2 — ЛУ4 (48 — 50) эквивалентные модулирующие воздействия ф1- ф 9 на инверторные ячейки ИЯ1 — ИЯ9, 5 только управляются ЛУ2 — ЛУ4 фазами питающего напряжения 0„Ub, О, (фиг.4), При таком управлении на выходах инверторных ячеек (на вторичных обмотках трансформаторов (ИЯ1 — ИЯЗ (Tp1-ТрЗ) фор10 мируются высокочастотные напряжения соответственно U ч, U вч, U вч (фиг.4) (1 2) 3) промодулированные фазами питающего напряжения, которые затем суммируются соединением вторичных обмоток Тр1-Тр3

15 последовательно друг с другом с образованием высокочастотного уже немодулированного напряжения 0 еи. Напряжения 0 aw

1 г и U 8< получаются аналогично. Всех их, имез ющих взаимный фазовый сдвиг 2 x/3 {в о620 щем случае 2л/m), подают на силовые входы демодуляторов соответственно ДМ1-ДМЗ.

На выходах демодуляторов ДМ1 — ДМЗ формируются напряжения соответственно Uz" (фиг. 4,5), Uz, Uz (фиг.5), содержащие в

25 своем составе кроме основной (полезной} составляющей, повторяющей по форме управляющий сигнал Uy, еще и ряд высокочастотных гармоник, основные иэ которых образуют трехфазную (m=-3) систему, Эти

30 напряжения с выходов ДМ подают на обмотки трехфазного суммирующего фильтртрансформатора ФТ (30) (через нагрузку преобразователя), По основной составляющей (синфазной) ФТ работает в режиме ко35 роткого замыкания (его обмотки. оказываются включенными фактически параллельно, что эквивалентно короткому замыканию трехфазного или, в общем случае, m"ôàçHoãî трансформатора), и основная со40 ставляющая без искажений попадает на выход преобразователя (правда вместе с другими синфазными гармониками). По отношению к основным высокочастотным гармоникам обмотки ФТ включены по обычной

45 схеме "звезда", и ФТ, задерживая на себе все высокочастотные гармоники, образующие трехфазные системы (в общем случае, m-фазные), не пропускает их на выход преобразователя. На выходе преобразовате50 ля формируется напряжение улучшенного гармонического состава Uz (фиг,5), идентичное по форме суммарному выходному напряжению демодуляторов ДМ1 — ДМЗ и отличающееся от последнего лишь умень55 шенной в три раза (в m роз) амплитудой. К обмоткам ФТ оказываются приложенными напряжения высокой частоты, поэтому, масса и габариты ФТ будут незначительными.

1812606

Устройство (m-2. и-3) (фиг. 6) работает аналогичным образом, отличив состоит лишь в том, что опорных напряжений только два (m-2):r1 и г2 также пилообразной формы, но со взаимным фазовым сдвигом ж, которые сравниваются также на двух компараторах К1 и К2 с модулем ynpasляющего сигнала Uy с формированием на своем выходе сигналов к1 и к2. Высокочастотных нвмодулированных напряжений образуется тоже два: U вч и U вч со взаим1 ным фазовым сдвигом ж/2, которые подают на силовые входы двух демодуляторов ДМ1 и ДМ2. Нэ выходах ДМ1 и ДМ2 формируются напряжения соответственно 0 (фиг.

4,7) и Uz (фиг.7), содержащие в своем составе кроме основной составляющей вще ряд высокочастотных гармоник, основные из которых являются взаимно противофазными, Напряжение с выхода ДМ1 подают на одну обмотку суммирующего фильтр-трансформатора ФТ(60) (через нагрузку преобразователя), а напряжение с выхода ДМ2- на другую обмотку, причем в противофазе по отношению к первой обмотке ФТ. По основной составляющей (синфазной} ФТ работает в режиме короткого замыкания (его обмотки оказываются включенными встречно-параллельно), и основная составляющая без искажений попадает на выход преобразователя. По отношению к основным. высокочастотным гармоникам обмотки ФТ оказываются включенными параллельно, что эквивалентно одной обмотке, и ФТ, задерживая на себе все высокочастотные fap" моники, находящиеся в противофазе, не пропускает их на выход преобразователя.

На выходе преобразователя формируется напряжение Ug (фиг. 7).

Преобразователь с многофазной системой выходных напряжений (а-и р-3) работает аналогично, только выходные напряжения демодуляторов суммируются с помощью трех (р-3) фильтр-трансформаторов ФТ1-ФТЗ (фиг.8) с образованием трех фаэ А, В, С (и нулевой фазы) на выходе, Преобразователи фиг. 1, 6, 8 могут питаться и от постоянного напряжения. Для этого достаточно клеммы A,В,С на входе преобразователя обьединить (и в схеме управления тоже), при этом полученные схемы нв будут критичны к порядку подключения

° знаков постоянного напряжения, то ли "+" подавать на объединенную клем АВС, а

"-" - к клемме 0, то ли наоборот.

Введение дополнительных мостовых инверторных ячеек и соединение их выходов последовательно в каждой из образованных секций выгодно отличает предлагаемый преобразователь от указанного прототипа, так как это позволяет ввести наряду с постоянным также переменное питающее напряжение без ухудшения качества выходного напряжения преобразователя. Кроме этого, введение дополнительных демодуляторов и дополнительных вторичныхобмоток выходных трансформаторов инверторных ячеек, а также дополнительных фильтр-трансформаторов позволяет сформировать многофазную систему напряжений на выходе преобразователя. Всв это и обеспечивает расширение функциональных воэможностей преобразователя, выделяя

его на фоне прототипа, К достоинствам описанного преобразов- . ателяя следует отнести также то, что схема не чувствительна к частоте питающего напряжения и частоте управляющего сигнала и может управляться даже постоянным по

15 знаку сигналом и даже постоянным (напри-20 мер, эталонным) напряжением, выполняя таким образом функции идеального выпря-. мителя (без нелинейных искажений выход- . ного напряжения, обычно вызываемых

25 входным переменным напряжением). Предмирования в общем контуре.

Дополнительные пояснения к блок-схеме системы управления на фиг,2,. Как это вытекает из описания и из временных диаграмм на фиг. 3 — фиг. 5, задатчик частоты 31

35 и распределитель импульсов 32 (фиг,2) сле40 дует выполнять общими для всех четырех логических узлов 47-50.

Формула изобретения

1. Преобразователь с выходным: пере45 менным напряжением заданной формы, содержащий в инверторов с трансформаторным выходом, каждый иэ которых выходом подключен к входу демодулятора, з выходы m демодуляторов соединены парал50 лельно с, помощью в-обмоточного суммирующего фильтр-трансформатора, и блок управления, отличающийся reM, что, с целью расширения функциональных воз можностей путем использования и-фазного

55 входного переменного напряжения и р-фээного выходного напряжения, каждый инвертор выполнен в виде A мостовых ячеек с индивидуальным выходным трансформатором, имеющим р одинаковых вторичных обмоток, причем вход каждой из этих ячеек ложенная схема преобразователя позволяет и просто реализовать дискретное (наряду с непрерывным в известных пределах) регулирование выходного напряжения в широ30 ких пределах (в а раэ), для чего достаточно . лишь предусмотреть переключение суммирования выходов демодуляторов параллельно с помощью фильтр-трансформаторов на последовательное по известной схеме сум10

1812606

ТР7

2О

4 7р и

7Р подключен, к входному выводу соответству. ющей фазы преобразователя, число демодуляторов выбрано равным rnp, а число

m-обмоточных суммирующих фильтртрансформаторов равным р, выход каждого из этих фильтр-трансформаторов соединен с выходным выводом соответствующей фазы преобразователя, каждан из обмоток m-обмоточного суммирующего фильтр-трансформатора соединена с выходом соответствующего из m демодуляторов, к входу каждого из «аторых подключена цепочка из последовательно соединенных вторичных обмоток индивидуальных выходных трансформаторов мостовых ячеек; подключенных входом к входным выводам различных фаэ преобразователя, а блок управления выполнен формирующим широт- но-модулирукицие импульсы управления ключами инверторав и демодуляторов.

2. Преобразователь по и. t, о т л и ч а юшийся тем, чта блок управления содержит и+р одинаковых логических узлов, в

: каждом из которых последовательно соединены задатчик частоты и е-канальнь1й распределитель импульсов с парафазными выходамй, подключенными через генератоГ- 1 ры пилообразных напряжений к информационным входам а компараторав, управляющие входы которых обьединены и подключены через выпрямитель к управля5 ющему входу логического узла, а выходы подключены к управляющему входу m пер- вых логических ячеек, информационные входы которых соединены с выходами соответствующих е вторых логических ячеек, уп10 равляющими входами подключенными через преобразс@этель формы к управляющему входу логического узла, а информационными входами — к соответствующим выходам е-канального распределителя

15 импульсов, причем выходы первых логических ячеек соединены с выходами логического узла,. управляющие входы р . логических узлов соединены с соответствующей фазой р-фазного задатчика управ20 ляющего напряжения, а выходы этих узлов — с цепями управления соответствующих демодуляторов, а управляющие входы оставшихся и логических узлов. соединены с входными выводами соответствующих фаз

25 преобраэавателя, а выходы этих узлов — с цепями управления соответствующих мостовых ячеек инверторав.

1, 1812606

° с

Ьб

Й4

1832606

О

APi . Ил

i

g(f

И

t, N g

1 !

I . Рл

1812606

1812606

Тр1 T>Л Т 3

Составитель П, Фридман

Редактор А. Егорова Техред М, Моргентал Корректор М, Куль

Заказ 1579 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Проиэводстввнно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101