Регулируемый статический преобразователь напряжения с многоступенчатой модуляцией

 

РЕГУЛИРУЕМЫЙ СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ С МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ/ содержаиий двухтактный инвертор, п пар ключей которого, присоединены к cи влeтpичнo расположенным относительно средней точки отводам обмотки выходного трансфбрматора, при этом входы каждой пары ключей подсоединены к противофазным выходам блока управления. {,С-фильтр, дроссель которого включен| последов.ательно во входную цепь преобразователя , а конденсатор - парал-лельно нагрузке постоянного тока на выходе выпрямителя, отличающ и п с я тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения возможности работы на нагрузку переменного тока с любьвл и по крайней мере одну дополнительную нагрузку постоянного тока при сохранении емкости конденсатора, в преобразователь введены транзисторы, включенные парёшлельно диодам выпрямителя и.управляемые синхронно с ключами инвертора, выводы для подключения нагрузки переменного тока расположе- g ны на одном из обмоток трансформатора инвертора с выпрямителем для под- /Л ключения по крайней мере одной до- V/ полнительной нагрузки постоянного тока.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) .(П) 3(5)), Н 02 М 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3002311/24-07 (22) 10.11.80 (46) 07. 12. 83. Бюл. В 45 (72) В. С. Моин (53) 621. 314. 58 (088. 8) (56) 1. Патент CILIA 9 3824442, кл. 321-5, 1977.

2. Патент ClQA М 3867643, кл. 307-151, 1978.

3. Патент QOA 9 3925715, кл. 321-2, 1978. (54)(57) РЕГУЛИРУЕМЫЙ СТАТИЧЕСКИЙ .ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ С МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащий двухтактный инвертор, и пар ключей которого,присоединены к симметрично расположенным относительно средней точки отводам обмотки выходного трансформатора, при этом входы каждой пары ключей подсоединены к противофазным выходам блока управления, g(:-фильтр, дроссель которого включен последовательно во.входную цепь преобразователя, а конденсатор — парал-. лельно нагрузке постоянного тока на выходе выпрямителя, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения воэможности работы на нагрузку переменного тока с любым созе и по крайней мере одну дополнительную нагрузку постоянного тока при сохранении емкости конденсатора, в преобразователь введены транзисторы, включенные параллельно диодам выпрямителя и.управляемые синхронно с ключами инвертора, выводы для подключения нагрузки переменного тока расположены на одйом из обмоток трансформатора инвертора с выпрямителем для подключения по крайней мере одной дополнительной нагрузки постоянного тока.

1059643

Кроме того, если необходимо помимо нагрузки постоянного тока обеспечить питание нагрузки переменного тока стабильным прямоугольным напря. жением, приложенным к обмотке выходного трансформатора, то в качестве такой нагрузки в данном известном преобразователе может быть использована только чисто активная нагрузка.

В противном случае, т.е. при активно-индуктивной нагрузке, реактивная энергия, накопленная в индуктивности нагрузки, не может пройти в источник, так как на входе преобразователя включен дроссель и поступает через выпрямитель в указанный конденсатор, вызывая его заряд. Однако обратная передачи этой энергии из конденсатора в нагрузку переменного тока исключается, так как диоды вы— прямителя будут блокировать ток разряда конденСатора на нагрузку, подключенную со стороны входа выпрями.— теля. Поэтому будет происходить непрерывный заряд конденсатора, что в конечном счете вызовет перенапряжения на транзисторах, вход их в область пробоя и разрушение.

Цель изобретения — расширение области применения путем обеспечения воэможности работы яа нагрузку переменного тока с любымсоь и по крайней мере одну дополнительную нагрузку постоянного тока при сохранении емкости кондеíсатора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное или постоянное стабилизированное напряжение.

Известны статические стабилизированные преобразователи, в которых коэффициент передачи по напряжению силового контура изменяется ступенчато путем переключения секций обмот- 1О ки выходного трансформатора (1) или переключения секций источника питания Я .

Форма кривой выходного напряжения таких преобразователей имеет верхнюю 15 ступень изменяемой ширины, что изменяет спектральный состав выходного напряжения в процессе регулирования.

Наиболее близким к предлагаемому является регулируемый статический 2О преобразователь с многоступенчатой модуляцией с выходом на постоянном токе, в котором форма напряжения выходного трансформатора имеет вид полного прямоугольника и не изменяется в процессе стабилизации 31.

Этот преобразователь содержит двухтактный инвертор, И пар ключей которого присоединены к симметрично расположенным относительно средней точки отводам обмотки выходного трансформатора, при этом входы каждой пары ключей подсоединены к противофазным выходам блока управле" ния, О-фильтр., дроссель которого включен последовательно во входную цепь преобразователя, а конденсатор", параллельно нагрузке постоянного ока на выходе выпрямителя.

Поставленная цель достигается тем что в регулируемом статическом преобразователе напряжения с многоступенчатой модуляцией, содержащем двухтак 1 ный инвертор, A пар ключей которого присоединены к симметрично расположенным относительно средней точки отводам обмотки выходного трансформатора,, при этом входы каждой пары ключей подсоединены к противофаэным выходам блока управления, Ь С-Фильтр, дроссель которого включен последователь но во вхоцную цепь преобразователя, а конденсатор - параллельно нагрузке постоянного тока на выходе выпрямителя, введены транзисторы, включенные параллельно диодам выпрямителя и уп-. равляемые синхронно с ключами инвертора, выводы для подключения нагрузки переменного тока расположены на одной из обмоток трансформатора инвертора с выпрямителем для подключения по крайней мере одной дополнительной нагрузки постоянного тока.

На Фиг„ 1 показана схема с подключением основного выпрямителя непосредственно к выходным выводам преобразователя; на фиг. 2 — схема с подключением основного выпрямителя к дополнительной обмотке выходного трансформатора. через укаэанный конденсатор про" 40 ходит переменный ток, определяемый условием баланса ампер-витков всех обмоток выходного трансформатора.

Так как дроссель поддерживает неизменным входной ток преобразователя, 45 то при изменении числа подключенных витков первичной обмотки при ,переключении между основными и дополнительными транзисторами) в кон=, денсатор будет поступать ток прямо- 5p угольной формы с амплитудой, пропорциональной разности числа задействованных (обтекаемых током) витков первичной обмотки и потребляемому преобразователем току. Поэтому, если преобразователь предназначен для питания нескольких гальванически разделенных нагрузок, питаемых через индивидуальный выпрямитель, то параллельно каждой нагрузке должен быть включен конденсатор. ц противном случае при отключении нагрузки нарушится нормальная работа преобразователя, поскольку диоды выпрямителя будут препятствовать прохождению тока разряда конденсатора. 65

1059643

Преобразователь (фиг. 1) содержит ступенчато-регулируемый инвертор 1, состоящий иэ нескольких переключаемых с помощью управляемых ключей ячеек источника питания или секций обмоток выходного трансформатора. Во входную цепь преобразователя последовательно включен дроссель 2 сглаживающего (,С-фильтра. Конденсатор 3 этого фильтра подключен через основной выпрямитель на диодах 4-7 к выходным выводам преобразователя. Каждый диод шунтирован встречно включенным транзистором 8-11, база которого соединена с выходами блока 12 управления преобразователя. В преобразователе 15 (фиг. 2) выходной трансформатор 13 имеет переключаемые секции первичной обмотки и вторичные обмотки 14 и 15, к которым подключены соответственно нагрузка 16 переменного тока и на- 2О грузка 17 постоянного тока через дополнительный.выпрямитель 18. Конденсатор фильтра 3 подключен через основной выпрямитель на диодах 4 и 5 шуитированных транзисторами 8 и 9 к дополнительной обмотке 19 трансформатора 13. Параллельно конденсатору 3 может быть также включена нагрузка постоянного тока.

Преобразователь работает следующимЗО образом.

При изменении возмущающих факторов, например входного напряжения, под действием сигналов, формируемых в блоке 12 (фиг. 1) и поступающих на управляемые ключи инвертора 1, происходит переключение ячеек, источника питания секций или обмоток выходного трансформатора инвертора так, чтобы выходное напряжение инвертора оставалось близким к номинальному по 4О величине. Для обеспечения стабилизации выходного напряжения на неизменном уровне, сохранения прямоугольной формы этого напряжения и получения непрерывного входного тока на. вход 45 преобразователя включен последоватеЛьно дроссель 2 и на выход конденсатор 3.

В один полупериод выходного напряжения, когда положительный потенциал формируется на выводе а, открываются 5О диоды 4 и 7 и транзисторы 8 и 11, в другой полупериод, когда положительный потенциал формируется на выводе открываются диоды 5 и 6 и. тран эисторы 9 и 10, а диоды 4 и 7 и 55 транзисторы 8 и ll закрываются под действием сигналов, поступающих с

-блока,12 управления. Конденсатор 3 в оба полупериода оказывается подключенмым к выходным выводам а и б и может как заряжаться через диоды 4 " 7, так ,и разряжаться через транэистбры 8 - 14

Конденсатор обеспечивает прием как реактивной (переменной) составляющей тока нагрузки преобразователя так и тока, вызванного изменением коэффициента передачи по напряжению при коммутации секций (ячеек) инвертора l

При этом обеспечивается неизменность прямоугольной формы выходного напряжения и стабильность его величины благодаря двухсторонней проводимости ключей, соединяющих конденсатор с вы" ходом преобразователя и малой величине пульсаций напряжения на конденсаторе .при выборе его емкости достаточно большой величины.

Подключение конденсатора к выходным выводам позволяет выполнить инвертор по любой известной схеме, в том числе с бестрансформаторным выходом (с переключением секций источника питания), с переключением отводов вторичной обмотки и др. При этом через инвертор проходит только активная составляющая мощности нагрузки, (постоянная составляющая тока нагруз ки), так как переменная составляющая тока нагрузки циркулирует между конденсатором и нагрузкой. Это позволя- ет уменьшить. массу и габариты преобразователя. цри многоканальном выходе преобразователя, а также при комбинированной нагрузке (переменного и постоянного тока), выпрямитель для конденсатора 3 выполняется по схеме с нулевым выводом (на диодах 4 и 5 и транзисторах 7 и 8) и подключается к дополнительной обмотке выходного трансформатора 13 (фиг. 2) или к отводам первичной или вторичной обмотки этого трансформатора. При этом уменьшается количество элементов схемы и удается согласовать допустимое напряжение элементов 4 — 8.с выходным напряжением и рео бра з ова тел я, Один конденсатор, будучи связан с обмоткой трансформатора через открытые ключи двухсторонней проводимости обеспечивает стабильную прямоугольную форму напряжения на всех обмотках трансформатора при любом характере нагрузки.

Таким образом, воэможность работы предлагаемого преобразователя на однУ или несколько нагрузок любого характера и любого 069 расширяет область его применения °

I, 1059643

Я с. 1

Состави тель Т.Ераова

Редактор М.Ткач Техред Л.Ыикеш КорректорГ.Решетник

Эакаэ 9853/56 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r.Óærîðää, ул.Проектная, 4