Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО . НАПРЯЖЕНИЯ В КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ, содержащий Ц мостовых инверторных ячеек f включающих в себя первую и вторую стойки, управляемых ключей и силовой трансформатор. вторичные обмотки силовых трансформаторов ячеек включены последовательно , образуя выходную цепь, задающий генератор и блок управления в виде последовательно связанных мемоду собой делителя частоты и регистра сдвига, отличающийся тем, что, с целью унификации блока управления, улучшения массогабаритных показателей и качества выходного напряжения, задающий генератор выполнен на 6Н-кратную i частоту преобразователя , делитель частоты выполнен с коэффициентом деления ЗМ, регистр сдвига выполнен на 2N триггерах, управляющие входы ключей первой и второй стоек инверторных ячеек связа (Л ны с выходами ЦР-1)4-t-r «К +1 го триггера регистра сдвига, где ,2,3,....; Р - номер стойки

С01ОЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5ц4 Н 02 М 7/539

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3389918/24-07 ,(22) 25.01.82 (46) 23.11.85. Бюл. 11 43 (72} Г,С.Иыцык, В.В.Михеев, Ю.П.Ива" нов, H.Â.Áàëþñ, В.А.Иванов и В.А.Са вин (53) 621.3L4.58 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 449425, кл. Н 02 М 5/42, 1971.

Константинов В.Г. Иногофазные преобразователи на транзисторах.

М.: Энергия, 1972, с. 12.

Патент Японии 11 53-16891, кл. Н 02 P 13/18, опублик. 1978 °

Сб. Современные задачи преобразовательной техники, ч. 4, Киев: Йнститут электродинамики АН УССР, 1975, с. 127-129. (54)(57).ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ, содержащий 1, мостовых инверторных ячеек, включающих в себя каждая первую и вторую стойки управляемых ключей и силовой трансформатор, „,>Я0„„1193760, А вторичные обмотки силовых трансформаторов ячеек включены последовательно, образуя выходную цепь, задающий генератор и блок управления в виде последовательно связанных между собой делителя частоты и регистра сдвига, отличающийся тем, что, с целью унификации блока управления, улучшения массогабаритных показателей и качества выходного напряжения, задающий генератор выполнен на 6И-кратную частоту преобразователя, делитель частоты выполнен с коэффициентом деления ЗЙ, регистр сдвига выполнен на 211 триггерах, управляющие входы ключей первой и второй стоек инверторных ячеек свяэа- ур ны с выходами (tl. (Ð -l )+ t""1 ) К +1 ) — %Ф Ф го триггера регистра сдвига, С: где Й 1,2,3,....;

Р - номер стойки (1 нли 2);

1 " номер ячейки;

К - равно целой части отношения й(1„причем 1 6 51,é).

1193760

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при построении вторичных источников электропитания как централизованного, так и децентрализованного типов во всех случаях, когда требуется повышенное качество преобразованной электроэнергии и улучшенные массогабаритные показа- . тели.

Целью изобретения является унификация блока управления, улучшение массогабаритных показателей и качества выходного напряжения. л

На фиг.1 представлены вариант структурной схемы силовой части преобразователя (ct) и структурная схема

его системы управления (б); на фиг.2временные диаграммы, поясняющие формирование выходного напряжения преобразователя; без промежуточного высокочастотного (ПВЧ) преобразования (<) и с ПВЧ-преобразованием (б,в); на фиг.3 — вариант логической схемы регистра сдвига блока управления преобразователя; на фиг.4 — временные диаграммы, поясняющие формирование сигналов на выходах регистра сдвига и логического узла блока управления преобразователя; на фиг.5зависимости коэффициента гармоник

К;(U) выходного напряжения преобразователя от длительности паузы между полунолнами выходного напряжения инверторной ячейки (а) и от величины фазового сдвига между выходными напряжениями соответствующих инвер торных ячеек при регулировании выходного напряжения преобразователя (6).

Предлагаемый преобразователь (фиг.l) содержит три основных мостовых инверторных ячейки 1 3, две пары ключей 4,5 и 6,7 в каждой из которых образуют первую и вторую стойки, .три основных трансформатора 8 -10, задающий генератор 11 и блок 12 управления.

Основные инверторные ячейки 1 - 3 и трансформаторы 8 — 10 образуют основную инверторную группу 13. Первичные обмотки 14 -16 каждого иэ трансформаторов 8 - 10 подключены, к выходам одной иэ инверторных ячеек 1 — 3, а вторичные обмотки

17 — 19 соединены последовательно, образуя выходную цепь с выводами

20 и 21.

Блок 12 управления содержит основной делитель 22 частоты и основной регистр 23 сдвига с двумя входами.

Выход задающего генератора 11 под5 ключен к входу делителя 22 частоты и к первому входу регистра 23 сдвига, второй вход которого-подключен к выходу делителя 22 частоты,. Регистра 23 сдвига (фиг.3) выполнен на 2N (где !! = 1,2,3...) последовательно соединеннь!х .триггерах

24-35 3K — типа. Прямые и инверсные выходы триггеров 24-35 образуют выходы регистра 23 сдвига.

Выходы f (L (р" 1)+ 3-1 ) ° К+1) -го триггера регистра сдвига связаны с управляющими входами ключей первой и второй стоек инверторных

20 ячеек, где L G (l М1 - число инверторных ячеек;

М = 1,2,3.....;

Р - номер стойки (1 или 2);

- номер ячейки; ! К вЂ”: равно целой части отношения ЬIL

Делитель 22 частоты имеет козф50 фициент деления 3N. Рассматриваемый пример регистра сдвига (фиг.3) соответствует случаю. . L = 3, N = б.

На фиг,2 б приведены временные диаграммы, поясняющие формирование выходного напряжения преобразователя.

На фиг.4 приведены временные диаграм" мы поясняющие формирование сигналов

) управления на выкодах .регистра 23 сдвига. Приняты следующие обозна4Q чения;

М вЂ” У вЂ” сигналы соответствена 1 а . но на прямом и инверсном выходах 1 - 12-х триггеров регистра 23

45 сдвига.;

О г - сигнал на выходе задающего генератора 11;

U — сигнал на выходе делителя 22 частоты;

U -U — напряжения на вторич(<).

2 ных обмотках 17 - 19 трансформаторов 8 — 10, 02„- выходное напряжение между выводами 20 и 21

55 выходной цепи основной. инверторной группы 13.

Преобразователь работает следующим образом.

Задающий генератор ll формирует на своем выходе последовательность импульсов тактовой частоты 36 f® „, С выхода задающего генератора зти импульсы поступают на первый вход регистра 23 сдвига и на вход делителя 22 частоты, с выхода которого импульсы с частотой, в восемнадцать раз меньшей тактовой частоты, поступают на второй вход .регистра сдвига 10

23 (фиг.4). На прямых и инверсных выходах его триггеров формируют последовательности прямоугольных импульсов выходной частоты

1 причем фазовый сдвиг между Looòâåòeòâóþùèìè oäíîòèïíûìè сигналами 1 и g или V и .

1+1 1

М„+„ соседних триггеров составляет

Tiffs (на фиг.4 для простоты изобра-:

-жены сигналы только на прямых выходах). После гальванической развязки и усиления эти сигналы поступают на управляющие входы соответствующих инверторных ячеек

1 — 3. Переключение ключей в соответствии с поступающими на их управляющие входы сигналами управления обеспечивает формирование на выходах инверторных ячеек 1 - 3, а также на первичных 14 - 16 и вторичньм З0

17 - 19 обмотках трансформаторов

8 — 10 напряжений прямоугольной формы с паузой of 7/3 между их полуволнами. Напряжения 0 - g на вторичных обмотках 17 — 19 транс- 55 форматоров 8 - 10 имеют вид, показанный .на фиг.2 б. Поясним формирование напряжений на вторичных обмотках трансформаторов 8 — 1О на примере инверторной ячейки 1, нагруженной 40 на первичную обмотку 14 трансформатора 8. На интервале u)t - rut ото крыты ключи 4 и 6 инверторной ячейки 1, концы первичной обмотки

14 трансформатора 8 подключены 45 при этом к положительной шине питания и на вторичной обмотке 7 формируется пауза напряжения U . В момент а1„закрывается ключ б и отпирается ключ 7, к первичной обмотке 50

14 прикладывается напряжение пита-. ния, а на вторичной обмотке 17 формируется положительная полуволна напряжения V .

На интервале юФ - tuE> открыты 55 ключи 5 и 7, на вторичной обмотке

17 формируется вторая пауза напряжения U . На интервале@ 15-ю через

1193760 4 открытые ключи 5 и 6 к первичной

: обмотке 14 прикладывается напряжение обратной полярности (по сравнению с полярностью на интервале

/ ю „- и> ), а на вторичной обмотке 17 формируется отрицательная полуволна .напряжения V< . Далее все процессы

1 пов торяются. Формирование напряжеII Ill нии !1, V происходит аналогично, но с относительным фазовым сдвигом т= — = (фиг.2, б). Напряжение 0 „

Ы» между выводами 20 и 21 получают суммированием в выходной цепи из последовательно соединенных вторичных обмоток 17 — 19 трансформаторов Ь10 напряжений Uq -(. Форма напряжения 0 „ показана на фиг. 2,б.

Модификацией описанного преобразователя может быть преобразователь с регулированием величины выходного напряжения.(фиг.l). Этот преобразователь снабжен тремя дополнительными инверторными ячейками с тремя дополнительными трансформаторами !

Э соединенными между собой аналогично основным инверторным ячейкам и трансформаторам и образующими дополнительную инверторную группу 36 с выходными выводами 37 и 38. Выходные выводы 21 и 37 основной 13 и дополнительной 36 инверторных групп соединены между собой. При этом вторичные обмотки основных и дополнительных трансформаторов оказываются соединенными между собой последовательно, образуя выходную цепь, подключенную к выходным выводам 20 и 38.

Си "reMa управления такого преобразователя (фиг.1,б) снабжена регулируемым широкодиапазонным фазосдвигающим узлом 39 и вторым блоком 40 управления, состоящим из дополнительного делителя частоты на 3М и дополнительного регистра сдвига, выполненных и соединенных между собой аналогично с основными делителем частоты и регистром сдвига, Фазосдвигающий. узел 39 подключен своим входом к выходу задающего генератора 11, а выходом - к входу дополнительного блока 40 управления. Связи между выходами дополнительного регистра сдвига и управляющими входами ключей дополнительных инверторных ячеек выполнены аналогично связям между выходами основного регистра сдвига и управляющими входами ключей основньм инверторных ячеек.

))93760

Работа такого преобразователя .(для L = 3, и = 6) поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг.2,б. Процессы, протекающие в дополнительном блоке 40 управления и дополнительной инверторной группе

36, аналогичны уже рассмотренным процессам в,основных блоке 12 управления и инверторной группе 13. Напряжение ))22 между выходными выводам

37 и 38 дополнительной инверторной группы 36 имеет такую же форму, как и напряжение,U2< между выходными выводами 20 и 21 основной инверторной группы 13, и сдвинуто по фазе по отношению к нему на регулируемый фазовый угол с "(фиг.2,б). Геометрическое суммирование напряжений

U u U в цепи последовательно соединенных вторичных обмоток основных и дополнительных трансформаторов обеспечивает формирование"между выходными выводами 20 и 38 преобразователя регулируемого напряжения

U< . Фазовый сдвиг. о между выход.ными напряжениями основной 13 и дополнительной 36 инверторных групп обеспечивает регулируемый фазосдвигающий узел 39, который формирует на своем выходе последовательность импульсов тактовой частоты, сдвинутую относительно последовательности импульсов, поступающих на вход фазосдвигающего узла 39 с выхода задающего генератора на регулируемый угол d . Указанная последовательность импульсов с выхода фазосдвигающего узла 39 поступает на вход дополнительного блока 40 управления.

Второй модификацией преобразователя может быть преобразователь с промежуточным высокочастотным (ПВЧ) преобразователем. Этот преобразователь снабжен демодулятором 4), вы. полненным по схеме однофазного моста вого инвертора на полностью управляемых ключах 42 - 45 с двусторонней проводимостью..Своими силовыми входными выводами 46 и 47 демодулятор 41 подключен к выходным выводам

20 и 21 основной инверторной группы

13. Выходные выводы 48 и 49 демодулятора 4) образуют выход преобразователя.

Система управления такого преобра зователя (фиг.l,á) снабжена дополнительным высокочастотным задающим генератором 50 и формирователем 51

"мпульсов с прям м Мавц и инверсным 9вв выходными сигналами, выполнеиньщи íà 3K - триггере в счетном режиме. Влок 12 управления снабжен 2N-канальным логическим узлом 52. Два входа логического узла 52 подключены к прямому и инверсному выходам формирователя 51 импульсов, остальные входы логического узла 52 подключены к соответствующим выходам основного регистра

23 сдвига. Выходы логического узла

52 связаны с управляющими входами соответствующих ключей инверторных ячеек 1-3. Соответствие между номером канала логического узла 52, номером инверторной ячейки и номером стойки, с управляющими входами ключей которой связаны выходы данного какала, такое же, как и соответствие.между номерами триггеров регистра 23 сдвига, инверторных ячеек 1- 3 и стоек в основном варианте преобразователя, и опреде25 ляется формулой ((i„(P ))i3- 1<+<, На фиг.2, в приведены временные диаграммы„ поясняющие формирование выходного напряжения преобразователя с ПВЧ вЂ” преобразованием; на

ЗО фиг.4 — временные диаграммы, поясняющие формирование сигналов управления на выходе логического узла 52.

На фиг. 2 и 4 приняты следующие обозначения:

1 гвц ) сигналы соо1ветствен но на прямом и инверсном выходах формиро4 вателя 51 импульсов; ива пач — сигналы соответствен11

40 но на прямых и инверс— ец - пвЧ

4 - ц ь ных выходах 1 — 12-го каналов логического узла 52;

1авц авц

- U — напряжения на вторич1

-45 ных обмотках 17 . — 19 трансформаторов 8 — .

10 .

U „ — напряжение между выПВИ водами 20 и 21 основ

50 ной инверторной группы, U> — выходное напряжение преобразователя;

Преобразователь работает следующим образом.

Задающим .генератором 50 формируют последовательность импульсов высокой частоты, определяющей частоту

1) 937.7

ПВЧ - преобразования. С выхода задающего генератора 50 эти импульсы поступают на вход формирователя

51 импульсов, формирующего на своих прямом и инверсном выходах сигналы пвч и Упвч (фиг 2 в 4) Эти сигналы поступают на два входа логического узла 52, на остальные входы которого поступают сигналы 9 — 4 - -Ч

s2. с соответствуюш>их выходов регистра

23 сдвига. На выходах логического узла формируются сигналы управления ключами инверторных ячеек (на фиг.4 для простоты приведены сигналы только на прямых выходах логического 15 узла 52), Переключение ключей инверторных ячеек 1 — 3 в соответствии с поступающими на их управляющие входы сигналами управления (на .фиг.2, в. фигурными скобками выделены. 2О сигналы управления ключами каждой инверторной ячейкой) обеспечивает формирование на вторичных обмотках

17 — 19 трансформаторов 8 — 10 напряжений 0 - О " ", которые

i nsu ш пюч представляют собой напряжения О

U" (фиг.2,б) промодулированные-. прямоугольным сигналом промежуточной высотой частоты. Суммированием напряжен„й U «Ц фор„ируют ЗО на выводах 20 и 21 инверторной группы 13 напряжение 0", которое подают на силовые входные выводы

46 и 47 демодулятора 41, на управ- . ляющие входы ключей 42 - 45 которого 35

60 8 поступают усиленные и гальванически развязанные сигналы управления М„з„ и М„ „ . Переключение ключей 42 — 45 демодулятора 41 обеспечивает демодуляцию напряжения и формирование на силовых выходных выводах 4849 преобразователя напряжения U < (фиг.2,в).

Предлагаемый преобразователь с регулированием величины выходного напряжения также может быть выполнен с ПВЧ-преобразователем. При этом второй блок 40 управления преобразователя снабжен 12-канальным логическим узлом, выполненным и подключенным аналогично логическому узлу

52 блока 12 управления, а входные выводы 46 и 47 демодулятора подключены к выводам 20 и 38 инверторных .ячеек 13 и 36. Работа такого преобразователя аналогична работе предыдущего варианта преобразователя.

Данная система управления универсальна и позволяет создавать преобразователи из унифицированных силорых блоков (с различным числом инверторных ячеек) с заданным качеством выходного напряжения ° В случае необходимости получения трехфазного выхода преобразователя в системе управления достаточно лишь увеличить число триггеров регистра сдвига и каналов логического узла до 3N, а силовую часть каждой фазы выполнить

IIo аналогии с однофазным вариантом.

1 193760

ll93760

1193760

1193760

y ggo e уе ре age ggr .

Фиг. f

Составитель И. Войтович

Редактор В.Иванова Техред С.Мигунова Корректор Л.Пилипенко .

Заказ 7322/56 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул,Проектная, 4