Преобразователь постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано при построении инверторов с промежуточным звеном высокой частоты, а также в усилителях класса D и в им М у и ЬЧ 1 пульсных модуляторах большой мощности . Целью является упрощение и улучшение качества выходного напряжения. Устр-во содержит инвертор с основным тр-ром 5 и вспомогательными тр-рами 6,7. Дополнительная обмотка 16 тр-ра 5 через вспомогательные ключи 8-10 переменного тока соединена с первичными обмотками 17,18 тр-ров 6,7. Секции 19-22 вторичной обмотки тр-ра 5 через основные ключи 11-15 переменного тока подключены к вторичным обмоткам 23,24 тр-ра 6 и к нагрузке 27. Алгоритм работы ключей 11-15 обеспечивает формирование на наг)узке однополярного напряжения независимо от полярности напряжения инвертора. 1 з.п. ф-лы. 6 ил. а 9 (Л .J 11 иляяятг ймин Л а1./ о. С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<19> 011

А1 (50 4 Н 02 М 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ (21) 3888363/24-07 (22) 23.04.85 (46) 07.04.87. Бюл. 9 13 (72) С. И. Шеленок и Л. В, Волошин (53) 621.314.572(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1112509, кл. Н 02 М 7/48, 1984.

Авторское свидетельство СССР

У 1203673, кл. Н 02 М 7/48, 10.09.84. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ФОРМЫ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано при построении инверторов с промежуточным звеном высокой частоты, а также в усилителях класса Р и в импульсных модуляторах большой мощности. Целью является упрощение и улучшение качества выходного напряжения.

Устр-во содержит инвертор с основным тр-ром 5 и вспомогательными тр-рами

6 7. Дополнительная обмотка 16 тр-ра

5 через лспомогательные ключи 8-10 переменного тока соединена с первичными обмотками 17,18 тр-ров 6,7, Секции 19-22 вторичной обмотки тр-ра 5 через основные ключи 11-15 переменно-. го тока подключены к вторичным обмоткам 23,24 тр-ра 6 и к нагрузке 27.

Алгоритм работы ключей 11-15 обеспечивает формирование на нагрузке однополярного напряжения независимо от полярности напряжения инвертора.

1 з.п. ф-лы. 6 ил.

1302404

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при построении инверторов с промежуточным звеном высокой частоты, а также в усилителях звуковой частоты и в импульсных амплитудных модуляторах большой мощности, Цель изобретения — упрощение греобразователя и улучшение качества его выходного напряжения, Цель достигается путем увеличения числа формируемых с одинаковым по амплитуде шагом квантования уровней напряжения в кривой выходного напряжения при ограниченном количестве, трансформаторных устройств и ключей переменного тока в выходных цепях преобразователя, На фиг, 1 — 3 представлены оптимальные варианты схем предлагаемого преобразователя; на фиг, 4 — 6 — временные диаграммы, поясняющие алгоритмы переключения ключей и процесс формирования выходного напряжения соответственно для модификаций преобразователя по фиг, 1 — 3.

Предлагаемый преобразователь (фиг. 1) содержит инвертор, выполненный по схеме со средней точкой на ключах 1 и 2 и подключенный своим входом к источнику 3 питания, а выходом — к первичной обмотке 4 основного трансформатора 5, вспомогательные трансформаторы 6 и 7, коммутирующий узел, представляющий собой цепочку из последовательно соединенных вспомогательных ключей 8-10 переменного тока, а также основные управляемые ключи 11-15 переменного тока, Дополнительная обмотка 16 основного трансформатора 5 подключена к концам цепочки ключей 8- 10, первые концы первичных обмоток 17 и 18 вспомогательных .трансформаторов 6 и 7 сое-. динены с нижним по схеме концом цепочки вспомогательных ключей, а вто- рые их концы подключены к точкам соединения соответственно ключей 8 и 9, 9 и 10. Вторичная обмотка основного трансформатора 5 разделена промежуточными отводами на секции 19-22.

Вторичные обмотки 23-26 вспомогательных трансформаторов соединены согласно-последовательно и образуют вспомогательную вторичную обмотку, содержащую две полуобмотки, каждая из которых состоит соответственно из одноименных обмоток 23 и 25 и одноименных обмоток 24 и 26 различных вспомогательных трансформаторов, Точка соединения полуобмоток образует первый выходной вывод преобразователя, Промежуточные отводы вторичной обмотки основного трансформатора через дополнительно введенные основные ключи 12-14 соединены с вторым выходным выводом преобразователя, а разноименные концы указанной и вспомогательной вторичных обмоток соединены между собой через соответствующие основные ключи 11 и 15. К выходным выводам преобразователя подключены приемники 27 электрической энергии (нагрузка), Числа витков в крайних секциях 19 и 22, в промежуточных секциях 20 и 21 вторичной обмотки основного трансформатора, а также во вторичных обмотках 23 и 24, 25 и 26 вспомогательных трансформаторов соответственно равны между собо Р т е И,в=1ДФт, Aр= 4„и т д Соотношение чисел витков во вторичных обмотках 23 (24) и 25 (26) соответствующих вспомогательных трансформаторов, в крайних 19 (22) и промежуточных 20 (21) секциях вторичной обмотки основного трансформатора выбрано р авным

35 где К,, К вЂ” соответственно отношения чисел витков 14„„, И,в первичных обмоток

17 и 18 вспомогательных трансформаторов к

40 числу витков W допол16 нительной обмотки 16 основного трансформатора;

N — количество трансформа45 торов преобразователя (И=з) .

Вариант схемы преобразователя, представленный на фиг. 2, отличается от схемы на фиг, 1 тем, что в

$0 нем каждая крайняя секция вторичной обмотки снабжена по крайней мере одним дополнительным отводом, соединенным через дополнительный ключ 28 (29) с соответствующим концом вспомогательной вторичной обмотки ° Чис ла витков в дополнительно образованных при этом обмотках 30 и 31 равны между собой, т,е, N =М,, Причем за з соотношение витков в обмотках 23 (24), 3 1302404

25 (26), 30 (31), 19 (22) и 20 (21) с выбрано равным с

40 при N

М .И .W .:W, .Ц М .И .W, :W :И2, = К,:К :3:1:6.

22

Одна из возможных модификаций преобразователя представлена на фиг. 3.

Этот вариант преобразователя дополнительно содержит третий вспомогательный трансформатор 32 с первичной 10

33 и двумя вторичными 34 и 35 обмотками, четвертый ключ 36 в цепочке коммутирующего узла и четвертый промежуточный отвод во вторичной обмотке основного трансформатора. При этом 15 образованная указанным отводом промежуточная секция 37 вторичной обмотки основного трансформатора связана с вторым выходным выводом преобразователя через дополнительно 20 введенный основной ключ 38. Соотношение чисел витков в обмотках 23 (24), 25 (26), 34 (35), 30 (31), 19 (22) и 20 (21, 37) выбрано равным

"12 3 12 5: "34: "3О: W 4 g 14о= К 4:К 2: К 3: 4:

:1:8, где К, =W„/W„, К =Ы, /W„, К =М /W„.

ПРичем Ы23=W24t Ч25 =Ы26Р W34 =W359 3О 31 Ш 22 2О 21 3-"

В общем случае (для оптимальных схем) количество промежуточных отводов во вторичной обмотке основного трансформатора равно количеству N всех трансформаторов преобразователя. 35

Количество M-1 дополнительных отводов в каждой крайней секции вторичной обмотки может быть более одного, а значение величины (числа) М выбиN рается из соотношения M =—

N+1 четном либо М = -=-- при N нечетном.

Причем все обмотки, заключенные меж45 ду дополнительными отводами, а также дополнительными отводами и концами вторичной обмотки основного трансформатора, выполняются с одинаковым числом витков. Числа витков в обмот50 ках, заключенных между соседними дополнительным и промежуточным отводами, также равны между собой, Одинаковое количество витков имеют секции, образованные промежуточными отвода55 ми, а также вторичные обмотки в каждом из вспомогательных трансформаторов. Для общего случая соотношение чисел витков во вторичных обмотках оответствующих вспомогательных транформаторов, чисел витков в обмотках, заключенных между дополнительными отводами, а также дополнительными отводами и концами вторичной обмотки основного трансформатора, чисел витков в обмотках, эаключенных между соседними дополнительным и промежуточным отводами, и чисел витков в секциях, заключенных между промежуточными отводами вторичной обмотки основного трансформатора, выбрано равным К .:N:1:MN где К; отношение числа витков первичной обмотки соответствующего i-ro вспомогательного трансформатора к числу витков дополнительной обмотки основного трансформатора (i=1 2,...,N-1) .

Нумерация диаграмм на фиг, 4-6 соответствует нумерации элементов схем преобразователей (фиг, 1"3).

Диаграммы U5, U6, U7, U32 иллюстрируют форму и полярность напряжений на обмотках трансформаторов 5, 6, 7 и 32 преобразователей (полярность по отношению к обозначенным точкой концам обмоток). Диаграмма U27 напряжение, формируемое на нагрузке

27 (положительная полуволна — "плюс" на правом по схеме конце нагрузки).

Диаграммы U8-15, U28, U29 и U38 импульсы управления (отпирающие), подаваемые на ключи 8-15, 28, 29 и

38 преобразователей, Преобразователь, выполненный по схеме фиг, 1, работает следующим образом (фиг. 4).

В обмотках 19 и 22 основного трансформатора и (при задействовании вспомогательных трансформаторов) в каждой иэ обмоток 23-26 индуктируются одинаковые напряжения, равные по величине амплитуде U, первой ступеньки выходного напряжения преобразователя, E обмотках 20 и 21 в соответствии с выбранным .соотношением витков индуктируются напряжения в три раза большие, т.e. U« =U21 =ЗБ(.

В интервалах времени О-t(, t - с - (фиг, 4) вспомогательйые тран6 7 сформаторы 6 и 7 не задействованы, так как их первичные обмотки 17 и

18 зашунтированы ключами 8 и 9 (диаграммы U8-10), и, следовательно, напряжения на вторичных обмотках 2326 этих трансформаторов равны нулю (диаграммы Б6, U7). В укаэанных интервалах времени путем коммутации

1302404 ключей 11-15 на нагрузке 2? формируются соответственно напряжение первой ступеньки U =U напряжение четвертой ступеньки U =U +U =U +

22 о

+Б 9 = ЗБ, +Б! =4П!, напряжение седьмой ступеньки U =U +U +U = U +U +

Ч 2! 20 tg 20 2!

+Ц = 3Ul+3Ul+U„= 7U, (диаграммы U5, Ul 1-15, U27 и фиг, I) ° Пр» этом алгоритм работы ключей 11-15 обеспечивает формирование на нагрузке однополярного напряжения независимо от полярности напряжения инвертора (pv.— аграммы U5 и U27), B интервалах времени t — t, t -t>, 2 4 в работу вступает вспомога Я тельный трансформатор 7, так как его первичная обмотка 18 подключается ключом 10 к дополнительной обмотке 16 основного трансформатора 5, а ключ

9 размыкается (диаграммы U10 и U9).

При этом напряжение на нагрузке увеличивается на величину U = 11 напряжения вторичных обмоток 25 и 26 вспомогательного трансформатора 7 (диаграммы U7 U27) т,е, при аналогичных коммутациях ключей 11-15 на нагрузке формируются соответственно напряжения второй U2=2U» пятой Б

=5U, и восьмой U =8U, .ступенек.

В интервалах t -t, t -t, t -t 2 Э 5 б В В задействованы оба вспомогательных трансформатора 6 и 7 (диаграммы U810, U6, U7) путем подключения их первичных обмоток 17 и 18 через ключи 9 и 10 к дополнительной обмотке 35

16 основного трансформатора 5, При этом третья ступенька в кривой выходного напряжения формируется из напряжений обмоток 19, 23 н 25 либо 22, 24 и 26 т,е. Б =Б +11 +Б --U +U +U = 40

3 !9 23 25 22 g,4 2б

=U, +U, +U, =3U;, шестая ступенька — из напряжений обмоток 20, 19, 23 и 25 либо 21, 22, 24 и 26, т.е. Б = Б2,+

=6U,„ а девятая ступенька — из напряжений обмоток 21, 20, 19, 23 и 25 .либо 20, 21 22, 24 и 26, т,е, U

-U +U +U +U +U -U +U +U +U +U — 3U +

2! 20 !9 23 25 2о 2!

+ЗП! -П!+U +U =9U .

В общем случае последовательность формирования ступенек может быть любой, а их количество в кривой выходного напряжения определяется диапазоном регулирования (стабилизации)

U вью

Алгоритм работы модификации преобразователя по фиг. 2, представленный на фиг. 5, аналогичен указанному, Дополнительные отводы в крайних секциях вторичной обмотки основного трансформатора, соединенные через дополнительно введенные основные ключи 28 и 29 (фиг. 1), позволили увеличить число ступенек в кривой выходного напряжения преобразователя в два раза. Дополнительно образованные при этом секции 30 и 31 вторичной обмотки рассчитаны на напряжение U3с = Uç„ = ÇU а секции 20 и 21 — на напряжение U = U = 6U

2О О! (согласно предложенному соотношению чисел витков в обмотках). Первая, четвертая, седьмая, десятая, тринадцатая и шестнадцатая ступеньки в кривой выходного напряжения формируются с помощью коммутации секций 1922, 30 и 31 вторичной обмотки основного трансформатора при незадейство" ванных в работу вспомогательных трансформаторах (диаграммы на фиг. 5) .

Так, например, первая ступенька формируется из напряжения U =U обмот-! ч ки 19, четвертая — иэ напряжений

U1+U3 =U! *Эи1=4V! обмоток 19 и 30 седьмая — из напряжений U +V =6U +

+U,=7U обмоток 21 и 22, десятая из напряжений U +Ц +11 =6U +U +ЗЦ

=10 U, обмоток 20, 19 и 30 и т.п. (диаграммы Ul! — 15, U28, U29, U27 на фиг. 5), Включение в работу (задействование) вспомогательного трансформатора 7 либо одновременно двух трансформаторов 6 и 7 позволяет сформировать недостающие ступеньки: соответственно 2-, 5-, 8-, 11-, 14- и

17-ю либо 3-, 6-, 9-, 12-, 15- и

18-ю.

Алгоритм работы модификации преобразователя по фиг. 3 отличается большим числом ксммутаций и приведен на фиг ° 6 только для четверти периода выходного напряжения. Вместе с тем, принцип формирования многоступенчатой кривой выходного напряжения сохраняется прежним. Предложенное. соотношение чисел витков обеспечивает следующие напряжения соответствующих секций вторичных обмоток: U

=U 2=U =U =:U =U =L =U =U U =U

23 Л 25 об 33. 55 "! ЗО В!

=4U, U„=U,=:L,„=8U,. Вспомогательные трансформаторы 6, 7 и 32 выполняют, как и в предыдущих схемах> функции вольтодобавочных трансформаторов.

Причем в формировании ступенек с номерами (4i+1), где i=0 1, 2, вспомогательные трансформаторы не

7 1302404 участвуют, в формировани; ступенек с номерами (4i+2) участвует вспомогательный трансформатор 32, в формировании ступенек с номерами (4i+3) одновременно вспомогательные тран- 5 сформаторы 7 и 32, в формировании ступенек с номерами (4i+4) — все вспомогательные трансформаторы 6, 7 и 32.

f0

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы, содержащий инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке основного трансформатора, вспомогательные трансформаторы, первичные обмотки которых через коммутирующий узел связаны с дополнительной обмот- 20 кой основного трансформатора, выходную цепь, образованную вторичными обмотками трансформаторов, соединенными между собой через основные управляемые ключи переменного тока, а также блок управления, причем коммутирующий узел выполнен в виде цепочки из последовательно соединенных вспомогательных управляемых ключей переменного тока, количество ключей в цепочке равно числу трансформаторов преобразователя, дополнительная обмотка основного трансформатора подключена к концам указанной цепочки ключей, первичные обмотки вспомога- 35 тельных трансформаторов первыми концами соединены с одним концом цепочки ключей, а вторыми концами подключены к соответствующим точкам соединения ключей указанной цепочки, вто- 40 ричная обмотка основного трансформатора разделена на секции промежуточными отводами, вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов, соединенные между собой согласно-после- 45 довательно, образуют вспомогательную вторичную обмотку, разделенную на две полуобмотки, каждая из полуобмоток состоит из одноименных вторичных обмоток вспомогательных трансформа- 50 торов, а точка соединения полуобмоток подключена к первому выходному выводу преобразователя, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения и улучшения качества вы- 55 ходного напряжения, разноименные концы вторичной обмотки основного трансформатора и вспомогательной вторичной обмотки соединены между собой через соответствующие основные ключи переменного тока, а промежуточные отводы вторичнбй обмотки основного трансформатора соединены через дополнительно введенные основные ключи переменного тока с вторым выходным выводом преобразователя, причем соотношение чисел витков во вторичных обмотках соответствующих вспомогательных трансформаторов., чисел витков в крайних секциях и чисел витков в секциях, заключенных между промежуточными отводами вторичной обмотки основного трансформатора, выбрано равным К .:1:М где К вЂ” от1 ношение числа витков первичной обмотки соответствующего i-го вспомогательного трансформатора к чиСлу витков дополнительной обмотки основного трансформатора, N — - количество трансформаторов в преобразователе.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что каждая крайняя секция вторичной обмотки основного трансформатора снаб жена М-1 дополнительными отводами, соединенными с соответствующими концами вспомогательной вторичной обмотки через введенные дополнительные управляемые ключи переменного тока, количество промежуточных отводов вторичной обмотки основного трансформатора равно количеству N трансформаторов преобразователя, а количество M-1 дополнительных отводов в каждой из крайних секций укаэанной обмот <и выбрано из соотношеN ния М = — при N четном либо

N +1

M = -=-- при N нечетном причем со2

В отношение чисел витков во вторичных обмотках соответствующих вспомогательных трансформаторов, чисел витков в обмотках, заключенных между дополнительными отводами, а также дополнительными отводами и концами вторичной обмотки основного трансформатора, чисел витков в обмотках, заключенных между соседними дополнительными и промежуточными отводами, и чисел витков в секциях, эаключенных между промежуточными отводами, вторичной обмотки основного трансформатора выбрано соответственно равным К;:N:.1:M Û, 1302404

1302404

1302404

Редактор В. Данко

° .» «. а

Заказ 1222/54 Тираж бб1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 1

U) и, lip 2

Ugg

Составитель Б, Мыцык

Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар