Способ преобразования постоянного напряжения в переменное w- ступенчатое

 

Изобретение относится к области электротехники для преобразования постоянного напряжения в переменное с улучшенным гармоническим составом. Целью является повьшение качества электрической энергии. Устройство содержит один модулятор 9 с согласующим трансформатором 10 и несколько демодуляторов на ключах переменного тока 6.1 6.2,...,подключенных входами к различным комплектам вторичных обмоток, а выходы их соединены последовательно . На выходе формируют несколько ступенчатых напряжений сложной формы, суммирование которых позволяет получить кваЬисинусоидальное напряжение с большим количеством ступеней. 4 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) 1) 4 Н 02 М 7/48, 13, ЪИ г.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3882662/24-07 (22). 08.04.85 (46) 07. 02 ° 88. Бюл, У 5 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро геофизической техники (72) Ю.А.Мордвинов и О. В. Комаров (53) 621.314.572(088 ° 8) (56) Тонкаль В,Е. Синтез автономных инверторов модуляционного типа.

Киев: Наукова думка, 1979, с ° 85.

Авторское свидетельство СССР

Ф 705626, кл. Н 02 М 7/515, 1978.

Авторское свидетельство СССР

У 836739, кл. Н 02 М 7/48, 1979. (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ W-СТУПЕНЧАТОЕ (57) Изобретение относится к области электротехники для преобразования постоянного напряжения в переменное с улучшенным гармоническим составом.

Целью является повышение качества электрической энергии. Устройство содержит один модулятор 9 с согласуюшим трансформатором 10 и несколько демодуляторов на ключах переменного тока 6.1, 6.2,...,подключенных входами к различным комплектам вторичных обмоток, а выходы их соединены последовательно. На выходе формируют несколько ступенчатых напряжений сложной формы, суммирование которых позволяет получить квазисинусоидальное напряжение с большим количеством ступеней. 4 ил.

1372549

Изобретение относится к электротехнике.

Цель изобретения — повышение ка— чества электрической энергии.

На фиг ° 1 п р едс та вле ны диа г раммы напряжений, поясняющие предлагаемый способ преобразования постоянного напряжения в переменное W-ступенчатое; на фиг.2 и 3 — схемы устройства для 1О преобразования постоянного напряжения в W-ступенчатое; на фиг.3 — схема блока управления.

На диаграммах (фиг.1) представлены переменное напряжение I прямоугольной !5 формы, частота которого кратна частоте выходного W-ступенчатого напряжения, промежуточные переменные напря— жения 2-4 M-ступенчатой формы с нулевой паузой (L=3, М=2), выходное W-с ту-20 пенчатое напряжение 5 (W=62), Устройство для преобразования постоянного напряжения в переменное Wступенчатое (фиг.2) содержит Ь демодуляторов на ключах 6.1-6.4, 7.1 7.4 и 8.1-8.4 переменного тока, высокочастотный модулятор 9 с согласующим трансформатором 10, (2М+1) отводов

11.1 — 11.5, 12.1-12 ° 5 и 13,1 — 13,5 групп последовательно соединенных 30 вторичных обмоток которых подключены к соответствующим демодуляторам, L ключей 14-!6 переменного тока, силовые электроды которых подключены к выходам 17-18, 19-20 и 21-22 соответствующих демодуляторов, соединены последовательно и подключены к выходным выводам 23 и 24, и блок 25 управления, связанный с управляющю ч; электродами ключей постоянного -. зка моду- 40 лятора и управляющими электродами всех ключей 6.1-6,4, 7,1-7,4, 8,1-8.4

14-16 переменного гока.

Устройство для преобразования пос- 45 тоянного напряжения в переменное Wступенчатое согласно другому варианту (фиг.3) содержит L демодуляторов на ключах 26.1-26,4, 27 ° 1-27.4 и

28.1-28.4 переменного тока, высокочастотные модуляторы 29.1-29.3 с согласующими трансформаторами 30.1-30.3 (2M+)) отводов 31.1-31.5, 32.1-32.5 и 33.1-33.5 групп последовательно

B TOP HblX O5MOTOK рых подключены к соответствующим демодуляторам, ключи 34, 35, 36 переменного тока, силовые электроды которых подключены к выходам 37-38, 39-40 и 41-42 соответствующих демодуляторов, соединены последовательно и подключены к выходным выводам 43 и 44, и блок 45 управления, одинаковый с блоком 25 управления, Блок 25 (45) управления включает (фнг,4) задающий генератор 46, формирующий напряжение частотой и формой напряжения 1, счетчик 47 импульсов, преобразователь 48 кодов и усилители

49 мощности. Преобразователь кодов преобразует поступающий с выхода счетчика импульсный параллельный двоичный код в другой параллельный двоичный код для управления ключами переменного тока, Сущность способа преобразования постоянного напряжения в переменное

W-ступенчатое заключается в суммировании Ь промежуточных переменных напряжений M — ступенчатой формы с нупевой паузой сложной формы. В интервале времени 0-Т/4 и ЗТ/4-Т каждого периода выходного напряжения (фиг.1) все промежуточные напряжения формируют по амплитуде ступенчато нарастающими, при этом амплитуды M ступеней

L-го промежуточного напряжения 4 равны амплитудам первых М ступеней выходного W- ступенчатого напряжения 5, а все остальные (L-1) промежуточных переменных напряжения (2>3 ...) имеют нулевое значение (М=2,Ь=З) . Получение

М+1 ступени выходного W-ступенчатого напряжения (W=62) обеспечивается суммированием двух промежуточных напряжений 3 и 4, причем напряжение 3 в интервале времени t., — t, должно компенсировать напряжение 4 с амплитудой М U и сформировать (M+I) ступень выходного напряжения 5 с амплитудой (М+1) U, где Ц вЂ” амплитуда первой ступени выходного Ы-ступенчатого напряжения .

Таким образом, напряжение 3 в интервале времени t - t, должно иметь амплитуду (2М+ i) U . В интервяле времени t -t уменьшают íà U амплитуду напряжения 4, которое вычита-ТсН из напряжения 3 с амплиту,",ой (2Я+ 1) U т.е ° выходное напряжение 5 в интервале времени г -t равно 2M U В интервале времени t4-t<- амплитуда промежуточного напряжения 4 имеет нулевое значение и выходное напряжение 5 в интервале времени (,-t, определяется только амплитудой промежу.очного напряжения 3 и т,д. Таким образом, 1372549 на интервале каждой ступени j-ro промежуточного напряжения эа счет (j+ 1)— го промежуточного напряжения увеличивается количество ступеней в (2М+1) раэ. В интервале времени t — t<4 вьтходное напряжение 5 должно иметь 13 ступеней с амплитудой 13U, . Получается это за счет вычитания из напряжения 2 с амплитудой 250 суммы двух lð напряжений 3 и 4 с амплитудой 12U, и т.д.

Если обозначить: W — количество ступеней в выходном напряжении на интервале T „W =52; L — 15 количество йромежуточных напряжений (фиг. 1, L=Ç); М вЂ” количество ступеней (беэ нулевой) в исходных напряжениях

2,3,4... (фиг,l, M=2); B=2M+1 — количество ступеней в периоде промежуточ- щ ных напряжений 2,3... (фиг.l, В=5), то амплитуда последующего исходного напряжения будет больше предыдущего в В pas, Например, амплитуды первой и второй ступеней напряжения 4 равны 25 и 2U .Òîãäà напряжения ступеней напряжения 3 равны соответственно

5Б и 10U» а напряжения 2 — 25U и

50U, . Суммарное количество ступеней ь — 30

W=-И В . (1

Например, для напряжения на фиг.!

2,7 5 = 62.

j=o 35

При четырех исходных напряжениях (L=4) и M=2, 8=5 получим

3 с

W = 2, 5 = 312, 1 сО

При L=Ç, M=3 (следовательно, В=7, 40 так как В=2М+1)

И=З; 7 ! со

Неравномерность интервала квантования уровней исходных напряжений

2,3,4 ° .. определяется тем, что амплитуда последней ступени от предыдущего напряжения 5 отличается напряжениeM U

Устройство для преобразования пос50 тоянного напряжения в квазисинусоиальное работает следующим обоазом.

Высокочастотный модулятор 9 формирует на обмотках согласующего трансформатора напряжение 1 прямоугольной формы. На выходах 17-18, 19-20 и 2155

22 демодуляторов формируются соответственно напряжения 4,3 и 2 (М=2,Е=З) .

Выходы демодуляторов соединены последовательно и на выходных выводах фор— мируются напряжения 5, Управление ключами 6,1-6.4, 7.1-7.4, 8.1 — 8.4 пе— ременного тока демодуляторов и ключами 14 — 16 переменного тока оеущест— вляется от блока управления, который в общем случае состоит из задающего генератора 46 счетчика 47 импульсов, преобразователя 48 кодов и выходных усилителей 49 мощности.

На выходе 21-22 демодулятора в интервале времени to — t, формируется напряжение 2 амплитудой, равной нулю.

Достигается это sa счет выключения всех ключей 8,1-8.4 переменного тока и включения дополнительного ключа 16 переменного тока. Таким же образом нулевое напряжение 3 формируется на выходе 19-20 другого демодулятора в интервале времени to — t2.

На выходе 17-18 третьего демодулятора формируется напряжение 4 амплитудой U в интервале времени t -t, за счет включения ключа 6.3 переменного тока. В интервале времени включены ключи 15,16 и 6.3 переменного тока. Напряжения отпаек 13,2 и

13.4 относительно 13.3 равны 25U отпаек 13.1 и 13 ° 5 50U„, напряжения отпаек 12,2 и 12.4 относительно 12,3 равны 5U отпаек 12,1 и 12 5 10Ц напряжения отпаек 11.2 и 11.4 относительно 11.3 равны U, отпаек 11.1 и 11.4 20 . Поэтому в интервале времени t, -t, на выходных выводах формируется напряжение U эа счет только обмотки 11.1-11.4

В момент времени t напряжение вторичных обмоток меняет полярность, и до момента времени t2 включен ключ

6 ° 1 переменного тока, обеспечивая тем самым подключение к выходным вьгводам 23 и 24 напряжения обмотки

11.1 — 11.3 величиной 2U, В интервале времени t2-t. включены ключи 6.1, 7.3 и 16 переменного тока, чем обеспечивается подключение к выходным выводам 23 и 24 обмоток 11.1-11.3 и

12.3-12.4, соединенных встречно. Поэтому на выходных выводах формируется напряжение ÇU,=5U, -20,. В интервале времени и - 4 включены ключи 6.3, 7.2 и 16 переменного тока и на выходных выводах 23 и 24 формируется напряжение 4U =5U U

В последующие интервалы времени

t<-t, t -t и t -tz включаются соот5 ° ветственно ключи 7. 3, 14, 16; 6. 2, 1372549

7.2, 16 и 6.4, 7.3 и 16 переменного тока и на выходных выводах 23 и 24 формируются напряжения 5U, 6U =5U +

+U,; 7U, =5U, +2U,. В интервалах вреt „-t „включены соответственно ключи

6 ° 4э 7 ° 1 е 16 ° 6 ° 2э 7 ° 4е 16> 7 ° 1 ° 14

16; 6.3, 7.4, !6 и 6.1, 7.1, 16 переменного тока и на выходных выводах 10

24 и 23 формируются напряжения 8U

10U -2U,, 9U, =10U, -U,; 10U, 1 1U

=10U +У и 12U,=10U, +2U,. B последующие моменты времени

,4 -t g t -t)g и t 6 и включены 15 соответственно ключи 6,1 7.1, 8.3;

6,3в 7 4е 8 ° 2 7 ° 1в 8 3 14 7 ° 4е

6.2, 8.2 и 6.4, 7.1, 8.3 переменного тока и на выходных выводах 23 и 24 формируются напряжения 13Uo=251io — 100,-20

20о 14По =25По-100o -По 15Бо =25По

10U 1 16U> =25Uo 1011о+U и 17U, =25U

10U, +2U . Последующие ступени квази— синусоидального напряжения формируются аналогичным образом эа счет соеди- 25 нения различных сочетаний вторичных обмоток согласующего трансформатора.

Принцип работы устройства для преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное, выполненного согласно фиг.3, аналогичный и отличается только построением модулятора и согласующего трансформатора. Применяется он при повышенных выходных

35 мощностях и ограниченной элементной базе. В этом варианте один общий модулятор заменен несколькими, формирующ..— ми одинаковые напряжения 1 прямоугольной формы, Автоматически на к .дый 40 модулятор включается свой согласующий трансформатор и свой модулятор.

Последовательность включения ключей переменного тока остается прежней, Такое построение входной части устройства имеет свои недостатки, заключающиеся в неравномерной загрузке мо дуляторов, так как мощность, потребляемая с выхода первого модулятора, првышает мощность, потребляемую с третьего модулятора как минимум в

12,5 pas. По тому целесообразно последовательно с каждой вторичной обмоткой 33.1-33.2, 33.2-33.3, 33.333.4 и 33.4-33.5, расположенной на самом загруженном трансформаторе

30.3, включить соответствующие обмотки, расположенные на самом незагруженном согласующем трансформаторе

30.1 и т.д. Таким образом, возможно выравнивание загрузки элементов модуляторов и согласующих трансформаторов.

Предлагаемый способ преобразования постоянного напряжения в переменное W-ступенчатое и устройство для

его осуществления по сравнению с известным позволяют резко улучшить качество электрической энергии эа счет увеличения количества формируемых ступеней в квазисинусоидальное напряжение. Применение изобретения позволит разрабатывать источники питания с регулируемой частотой выходного напряжения и с улучшенными динамическими характеристиками.

Форму-. изобретения

Способ преобразования постоянного напряжения в переменное W-ступенчатое с равномерным квантованием по уровню и различными по длительности ступенями путем преобразования постоянного напряжения в L промежуточных переменных напряжений М-ступенчатой формы с нулевой паузой и их суммирования, о т г и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества электрической энергии, период первого промежуточного переменного напряжения, его фазу и середину его нулевой паузы формируют совпадающими с периодом, фазой и серединой нулевой паузы М-ступенчатого напряжения, длительности его ступени выбира.от равь- ными (2M+ 1) длительностям соответствующих во времени ступеней

W ñTóïåH÷àòoão напряжения, амплитуду

А,, его первой ступени выбирают из выражения где ь-1

W = M + (2M+1) — амплитуда первой ступени

W-ступенчатого напряжения, при этом каждое j-e из остальных промежуточных переменных напряжений формируют по амплитуде ступенчато нарастающими от отрицательного значения к положительному и ступенчато падающими от положительного значения к

137 2549 отрицательному на каждой ступени (j- 1)-го промежуточного переменного напряжения соответственно при положительных и отрицательных значениях производной от первой гармоники Wступенчатого напряжения, длительнос-. ти ступеней j-го промежуточного переменного напряжения выбирают равными (2М+ 1) длительностям соотве тствую L-) щих во времени ступеней W-ступенчатого напряжения, а амплитуды ступеней

j-го промежуточного переменного напряжения выбирают в (2Ч+1) раз меньше амплитуд соответствующих ступеней (j — 1)-го промежуточного переменного напряжения.

1372549

УР ключео лосчпоянноео г4ла модулятора 6(или 29.129.2,29.31

9uz4

Сос тав итель Г. Мыцык

Редактор В.Петраш Техред А. Кравчук Корректор Н. Король

Заказ 496/52 Тираж 665 Подписное

ВЖИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

li3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4