Преобразователь постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы

 

Изобретение позволяет упростить, улучшить качество выходного напряжения преобразователя постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы-. Преобразователь содержит инвертор, основной 4 и вспомогательные 5-7 трансформаторы, соответствуюш,ие обмотки которых связаны между собой через ключи 8-15 ком мути руюш,его узла, и блок управления. При этом формирование напряжения с первой по четвертую ступень и - (74 происходит при замыкании ключей 12-14, формирование напряжений с пятой по восьмую ступень t/s-t/e - при замыкании ключей 13-15. полупериодами выходного напряжения формируются паузы путем размыкания ключей 1 и 2 и замыкания всех остальных ключей. Соотношение числа витков обмоток трансформаторов выбирается таким образом, что обеспечивается формирование кривой выходного напряжения с распределением высоты ступенек по оптимальному (синусоидальному) закону . 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с (Л ьо о оо 05 1 САЭ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3780435/24-07 (22) 10.08.84 (46) 07.01.86: Бюл. № 1 (72) С. И. Шеленок, В. И. Никулин, Л. В. Волошин и А. В. Якушков (53) 621.314.572 (088.8) (56) Патент США № 3628123, кл. Н 02 М 1/12, опублик. 1971.

Патент США № 3657633, кл. Н 02 М 1/12, оопублик. 1972.

Авторское свидетельство СССР № 1112509, кл. Н 02 М 7/48, 1983. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ

МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ФОРМЫ (57) Изобретение позволяет упростить, улучшить качество выходного напряжения преобразователя постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы. Г1реобразо„„Я0„„1203673 A (51) g Н 02 М 7/48 ватель содержит инвертор, основной 4 и вспомогательные 5 — 7 трансформаторы, соответствующие обмотки которых связаны между собой через ключи 8 — 15 коммутирующего узла, и блок управления. При этом формирование напряжения с первой по четвертую ступень U — U< происходит при замыкании ключей 12 — 14, формирование напряжений с пятой по восьмую ступень U; — (/ц— при замыкании ключей 13 — 15. Между полупериодами выходного напряжения формируются паузы путем размыкания ключей 1 и 2 и замыкания всех остальных ключей. Соотношение числа витков обмоток трансформаторов выбирается таким образом, что обеспечивается формирование кривой выходного напряжения с распределением высоты ступе- с нек по оптимальному (синусоидальному) закону. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1203673

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано ири построении инверторов с промежуточным звеном высокой частоты, обладающих улучшенным качеством выходного напряжения.

Цель изобретения — упрощение, а также улучшение качества выходного напряжения, На фиг. 1 показана силовая часть схемы одной из модификаций преобразователя; на фиг. 2 -- временные диаграммы, пояс10 н яющие работу преобразователя.

Предлагаемый преобразователь содержит инвертор, выполненный по схеме со средней точкой HB ключах 1 и 2 и подключенный к источнику 3 питания, основной трансформатор 4, вспомогательные трансформаторы 5 — 7, коммутирующий узел, представляющий собой цепочку из последовательно соединенных вспомогательных управляемых ключей

8 — -11 переменного тока, а также основные управ,-.ясмые ключи 12 — 15 переменного тока. 20

Догголнитеггь»»ая обмотка 16 основного трансформатора 4 подключена к концам цепочки кл»очей 8 — -11, первые концы первичных обмоток 17--19 вспомогательных трансфор,п;III>pI>iI 5 — 7 соединены с нижним по схеме к:II!!I>i I це»и>чки вспомогательных ключей, а вторые их концы подключены к соответствующим точкам соединения, соответственно, ключей 8 и 9, 9 и 10, 10 и 11. Вторичная обмотка основного трансформатора

4 выполнена со средней точкой и разделена равноудаленными от средней точки отводами на секции 20 — 23. Вторичные обмотки 24 35 вспомогательных трансформаторов образуют вспомогательную вторичную обмотку, разделенную на четыре секции, в каждую из которых входят, соответственно, 35

olIIîèìeíIIûå обмотки 24, 28 и 32, одноименные обмотки 26, 30 и 34, одноименные обмотки 25, 29 и 33, одноименные обмотки 27, 31 и 35 различных вспомогательных трансформаторов. Приемник 36 электрической энергии подклк>чен к средним 4о точкам вторичной обмотки основного трансформатора я вспомогательной вторичной обмотки. При этом первые отводы вторичных иолуобмоток основного трансформатора соединены через соответствующие основные ключи 12 и 14 с выводами первых секций

45 соответствующих вс помогател ьны х иолуоб vl0 ток, а вторые отводы — через ключи 13 и 15 с выводами вторых секций вспомогательных полуобмоток.

Количество вспомогательных трансформаторов и число отводов вторичной обмотки основного трансформатора выбираются в каждом конкретном случае исходя из требований к гармоническому составу выходного напряжения преобразователя.

На фиг. 2 обозначены: U — выходное напряжение инвертора; U — выходное многоступенчатое напряжение преобразователя; C/< U8 — уровни напряжений ступенек в кривой выходного иапряженяя;

UI", UIg — диаграммы напряжений, соответственно, на первичных обмотках 17- — 19 вспомогательных трансформаторов; U —

UI, — - управляющие импульсы, подаваемые на клк>чи 8 — 15 переменного тока.

Преобразователь работает следуюии»м образом.

Формирование напряжения Ui первой сту пеньки в выходном напряжении (/ . происходит путем попеременного замыкания ключей 12 и 14 при замкнутых ключах

8 — 10 и разомкнутом ключе 11 (фиг. 1 и 2) .

В этом случае обмотки 17--19 замкнуты накоротко, во вторичных обмотках 24- 35 вспомогательных траисфор маторов Э„"1 С ра вны нулю, а к приемникам 36 электрической энергии прикладывается напряжение либо обмотки 20, либо обмотки 2! основного трансформатора.

Формирование напряжений U!, г > », (/., второй, третьей и четвертой сту»»енек также происходит ири поиеремеlilio! I включении клгочеи 12 H 14. » >дггако при фо >мировании второй стуиенькк клго<» 10 разо IKH>т, клгочи 8, 9 и 11 замкнуты, обмотка 19 вспомогательного трансформатора 7 иодк ючается к дополнительной об".,»отке 16 основного .грансформатора 4. в обмотках 32 — -35:аводятся ЭДС, и напряжение второй ступеньки равно с мме напряжений абг".оток 20, 32 и 34 либо обмо-ок 21, 33 и 35, так как в остальных обмотках вспомогательных трансформаторов Э, 1C равны нулю. При фор— мировании третьей ступеньки ключ 9 разомкнут, ключи 8, 10 и 11 замкнуты, а выходнапряжение pal>i! o су м ме I»a!!ps;>xeIII!>I обмоток 20, 28, 30, 32 и 34 лкбо обмоток

21, 29, 31, 33 и 35. При формировании четвертой сту lieньки в выходном напряжении ключ 8 разомкнут. ключи 9, 10 и 11 замкнуты, к дополнктельной обмотке !6 основного трансформатора 4 ок çûâàþòñÿ иодкгиоченными иервичныс оомотки 7 — — 19 всех вспомог ательных трансформаторов, поэтому во всех вторичных обмотках 24 — -35 вспомогательных трансформаторов наводятся ЭДС, а напряжение четвертой ступеньки равно г10 величине сумме напряженки обмоток 20, 24, 28, 32, 26, 30 и 34 (соответственно обмоток 21, 25, 29, 33, 27, 31 и 35) .

При формировании напряжений U-,— -Us пятой, шестой, седьмой и восьмой ступенек цикл работы ключей 8--11 повторяется, однако при этом ключи 2 и 14 разомкнуты, а попеременно ключаются (в зависямости от полярности напряжения U. инвертора) ключи 13 и 15. Я этом слу ае напряжение /;, пятой ступеньки формируется из напряжений обмоток 20 и 22 (соответственно 21 и 23), напряжение шестой ступеньки формируется из напряжений обмоток 20, 22, 34 (21, 23 и 35), напряжение U; седьмой ступеньки формируется из напряжений обмоток 20. 22. 30 и 34 (21, 23, 1203673

1О

Фор,>1ула изобрегения

31 и 35), а напряжение 1 .16 восьмой ступеньки — из напряжений обмоток 20, 22, 26, 30 и 34 (21, 23, 27, 31 и 35). Дальнейшая работа преобразователя происходит аналогичным образом (фиг. 2) .

Формирование паузы (нулевой ступеньки) между полупериодами выходного напряжения обеспечивается путем размыкания ключей 1 и 2 и замыкания всех остальных ключей 8 — 15 (фиг. 1).

Соотношение числа витков W26, Р 22, ) 24 (26 1 32, + 26, ЖЗО H 1 34 .между соответствующими частями (секциями) 20 и

22 вторичной полуобмотки основного трансформатора и вторичными обмотками 24, 28, 32, 26, 30 и 34 первого, второго и третьего вспомогательных трансформаторов, соответственно, в первой и второй секциях вспомогательной вторичной полуобмотки выбрано равным Т o. 9i 22>. 1 24. 1J 26. W32. 11хг . 1Г36

: Ф 34=0,184:0,614:0,144 К1.0,098 Кг. 0,08 К3.

::0,034 К>.0,067 К:0,097 К3, где К>, К . К3— отношение чисел витков К17, % 16, И> 16 первичных обмоток вспомогательных трансформаторон к 1ислу витков 1VI6 дополнительной обмотки основного трансформатора.

Аналогичное соотношение витков выбрано и для соответствующих секций других вторичных полуобмоток преобразователя.

Указанное соотношение числа витков обес» печивает формирование кривой выходного напряжения с распределением высоты ступенек по оптимальному (синусоидальному) закону.

При этом по сравнению с известным качество выходного напряжения предлагаемого преобразователя упучшается, а количество управляемых ключей переменного тока уменьшается, вследствие чего увеличивается надежность преобразователя и улучшаются его массогабаритные показатели.

В общем случае предлагаемый преобразователь может содержать М вспомогательных трансформаторов и М отводов в каждой из полуобмоток вторичной обмотки основного трансформатора. Тогда число формируемых ступенек в кривой выходного напряжения n=M(N+1) при количестве ключей переменного тока m=2M+N+1.

Су щественным отличием предлагаемого преобразователя является то, что в нем максимально реализованы функциональные возможности структуры вторичных обмоток, т. е. использованы для формирования выходного напряжения нсе возможные комбинации задействования вторичных обмоток при распределении уровней напряжений ступенек по синусоидальному закону.

Анализ работы схемы (фиг. 1) показывает, что любой модификации известного преобразователя можно противопоставить соответствующую модификацию предлагаемого преобразователя, которая при прочих равных условиях превосходит известный либо по критерию «упрощения», либо по критерию «улучшения качества выходного

Зо

55 напряжен ил>>, л и ОО по Ооон м критериям o;l,1говременно. Так, например, преобразователь, содержащий три вспомогательных трансформатора (Л =3) н три отвода в каждой из полуобмоток вторичной обмотки основного трансформатора (М=З), при одинаковом по сравненик; с известным количестве ключей переменного тока (m=!0) способен сформировать п=12 ступенек в кривой выходного напряжения (протин n=7 у известного), амплитуды которых могут быть распределены по оптимальному (синусоидальному) закону. Выбор соотношения числа витков между обмотками при этом не представляет затруднения.

Приведенная (фиг. 1) модификация преобразонателя является оптимальной с точки зрения обеспечения приемлемой для практики величины коэффициента гармоник выходного напряжения (К.=5,0 — 5,30 ) при наименьшем, по отношению к известным техническим решениям, количестве (и=8) ключей переменного тока н звене повышенной частоты преобразователя, Преобразователь постоянного напряжения г> переменное многоступенчатой формы, содержащий инвертор, выходом подкл1оченный к первичной обмотке основного трансформатора, нспомогател ьные тра нсформаторы, первичные обмотки которых через коммутирующий узел связаны с дополнитель>1ой Обмоткой основного трансформатора, выходную цепь, образованную вторичными обмотками трансформаторов, соединенными между собой через основные управляемые ключи переменного тока, а также блок управления, отличающийся тем, что, с цел1по упроп1енил и улучшения качества выходного напряжения. число вспомогательных трансформаторов выбрано больше одного, коммутирующий узел выполнен в виде цепочки из последовательно соединенных вспомогательных управляемых ключей переменного тока, число которых равно числу трансформаторон преобразователя, дополнительная обмотка основного трансформатора подключена к концам указанной цепочки ключей, первичные обмотки вспомогательных трансформаторов первыми своими концами соединены с одним концом цепочки ключей, а вторыми концами подключены к соотнетствую1цим точкам соединениях этих ключей, причем вторичная обмотка основного трансформатора выполнена со средней точкой, соединенной с о.1ним выходным выводом преобразователя, и с отводами, равноотстоящими от средней точки, вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов >браз1.1от 0 Ho. llol HTP..lbHvlo вторичную обмотку, разделенную на секции, число которых ран>н> числу отводон вторичной обмотки основного трансформатора, каждая из секций

1203673

0р

llg /0

Ж а/5

014

Составитель Г. Мыцык

Редактор Н. Бобкова Техред И. Верес Корректор A. Зимокосов

Заказ 8428/59 Тираж 632 Г1одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 состоит из одноименных вторичных обмоток вспомогательных трансформаторов, обмотки в каждой секции и секции между собой соединены согласно-последовательно и образуют две вспомогательные полуобмотки, содержащие одинаковое число секций, причем каждый очередной по счету от средней точки, отвод вторичной полуобмотки основного трансформатора соединен через соответствующий основной управляемый ключ переменного тока с выводом соответствующей, начиная от крайней, секции вспомогательной полуобмотки, а точка соединения вспомогательных полуобмоток подключена к второму выходному выводу преобразователя.

2. Преобразователь по п. 1, отличаюи ийся тем, что при числе вспомогательных трансформаторов, равном трем, вторичная обмотка основного трансформатора выполнена с четырьмя отводами, причем соотношение витков между соответствующими частями вторичной полуобмотки основного трансформатора и вторичными обмотками первого, второго и третьего вспомогательнных трансформаторов в соответствующих секциях вспомогательной полуобмотки выбрано равным

0,184:0,614:0,114 К :0,098 Кг. 0,08 Кз.

:0,034 К1.0,067 Кз:0,09? Кз, где Кь Кз, Кз — отношения чисел витков первичных обмоток соответственно первого, второго и третьего вспомогательных трансформаторов к числу витков дополнительной обмотки основного трансформатора.