Устройство для формирования синусоидальной кривой выходного напряжения на нагрузке

Изобретение относится к области электротехники и может быть широко использовано в народном хозяйстве в различных областях промышленности, в энергетике, на транспорте и связано с электротехническими устройствами, которые преобразуют энергию входного электрического тока в энергию выходного переменного тока с плавным изменением как частоты, так и амплитуды выходного напряжения. В предлагаемом техническом решении формирования синусоидальной кривой выходного напряжения на нагрузке путем поочередного последовательного подключения источника тока к выводам на выходе, в качестве источника тока используют источник постоянного напряжения с двуполярным выходом относительно средней точки, при этом очередность последовательного подключения нагрузки к выводам источника тока на выходе заключается в том, что в моменты достижения выходного тока нулевых значений, нагрузка подключается к выходу обратной полярности относительно средней точки. Это достигается тем, что в устройство для преобразования электрической энергии, включающее конвертор с двуполярным выходом относительно средней точки и подключенной нагрузкой, введены два ключа, выходы которых объединены кабельной сетью, а входы подключены к разнополярным клеммам конвертора, фазочувствительный компаратор с одним входом и двумя выходами, управляемый генератор опорного синусоидального напряжения с двумя входами и двумя выходами, блок управления с двумя выходами, при этом входы управляемого генератора опорного синусоидального напряжения соединены с выходами блока управления по сигналам «управления амплитудой» и «управления частотой», один выход управляемого генератора опорного синусоидального напряжения соединен с конвертором, другой выход соединен с входом фазочувствительного компаратора, который снабжен двумя выходами, один из которых подсоединен к одному ключу, другой выход подсоединен к другому ключу, а нагрузка одним выводом подсоединена к кабельной сети, объединяющей выходы обоих ключей, другим выводом подсоединена к средней точке конвертора. В предлагаемое техническом решении по сравнению с прототипом обеспечивается технический результат - большая надежность, меньшая стоимость, меньшее энергопотребление и меньшее тепловыделение. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть широко использовано в народном хозяйстве в различных областях промышленности, в энергетике, на транспорте и т.д.

Изобретение связано с электротехническими устройствами, которые преобразуют энергию входного электрического тока в энергию выходного переменного тока с плавным изменением как частоты, так и амплитуды выходного напряжения. Преобразования энергии связаны со способами и устройствами формирования синусоидальной кривой выходного напряжения на нагрузке с заданными параметрами по частоте и амплитуде в зависимости от параметров управляющих сигналов.

Известен способ формирования синусоидальной кривой выходного напряжения на нагрузке путем последовательного подключения источника тока к выводам на выходе, при котором энергию переменного тока на входе преобразуют в энергию переменного тока на выходе с заданными параметрами, отличными от параметров переменного тока на входе.

Формирование кривой выходного напряжения осуществляется главным образом путем последовательного подключения статических ключей, соединяющих входные и выходные выводы. Управление ключами производится таким образом, чтобы из отрезков кривой входного напряжения была составлена кривая выходного напряжения с желаемой, наперед заданной основной гармоникой. Именно этот способ формирования кривой выходного напряжения на нагрузке, широко применяемый в настоящее время, взят за прототип (см. Л.Джюджи, Б.Пелли «Силовые полупроводниковые преобразователи частоты». Москва, Энергоатомиздат, 1983 г., стр.8-29).

Недостатками способа, взятого за прототип и основанного на преобразовании переменного тока на входе в переменный ток на выходе, являются большие массогабаритные характеристики, связанные с большим количеством входящих дорогостоящих элементов, и связанная с этим малая надежность, большая стоимость, большое энергопотребление и связанное с этим большое тепловыделение, что влечет за собой снижение КПД прототипа.

Это связано с тем, что в способе получения переменного напряжения с заданными параметрами от источника переменного напряжения, номинал которого не соответствует требуемым параметрам выходного напряжения, необходим повышающий преобразователь, питающий ШИМ-инвертор, формирующий кривую выходного напряжения с требуемыми параметрами.

Целью предлагаемого способа является формирование синусоидальной кривой выходного напряжения на нагрузке при постоянном напряжении на входе без ШИМ-инвертора.

Это достигается тем, что в способе формирования синусоидальной кривой выходного напряжения на нагрузке путем поочередного последовательного подключения источника тока к выводам на выходе в качестве источника тока используют источник постоянного напряжения с двуполярным выходом относительно средней точки, при этом очередность последовательного подключения нагрузки к выводам источника тока на выходе заключается в том, что в моменты достижения выходного тока нулевых значений нагрузка подключается к выходу обратной полярности относительно средней точки.

В качестве прототипа взято устройство для преобразования электрической энергии, включающее конвертор с двуполярным выходом с нулевой точкой и с подключенной нагрузкой (см. рис.8-3. Стабилизированные конверторы с управляемым выпрямителем. В.С.Моин, Н.Н.Лаптев. «Стабилизированные транзисторные преобразователи». Энергия. Москва, 1972, стр.253).

Недостатком устройства, взятого за прототип, является невозможность формирования синусоидальной кривой выходного напряжения на нагрузке.

Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение формирования синусоидальной кривой на нагрузке при постоянном напряжении на входе.

Эта задача решается тем, в устройство для преобразования электрической энергии, включающее конвертор с двуполярным выходом относительно средней точки и подключенной нагрузкой, введены два ключа, выходы которых объединены кабельной сетью, а входы подключены к разнополярным клеммам конвертора, фазочувствительный компаратор с одним входом и двумя выходами, управляемый генератор опорного синусоидального напряжения с двумя входами и двумя выходами, блок управления с двумя выходами, при этом входы управляемого генератора опорного синусоидального напряжения соединены с выходами блока управления по сигналам «управления амплитудой» и «управления частотой», один выход управляемого генератора опорного синусоидального напряжения соединен с конвертором, другой выход соединен с входом фазочувствительного компаратора, который снабжен двумя выходами, один из которых подсоединен к одному ключу, другой выход подсоединен к другому ключу, а нагрузка одним выводом подсоединена к кабельной сети, объединяющей выходы обоих ключей, другим выводом подсоединена к средней точке конвертора.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Способ формирования синусоидальной кривой выходного напряжения на нагрузке реализуется следующим образом:

В начальный момент один из ключей, например 3, замкнут, другой 4 разомкнут. На вход конвертора 1 подается постоянный ток напряжением U1, на выходах из конвертора формируются постоянные напряжения +U2 и -U2, величина которых задается управляемым генератором синусоидального напряжения 7 сигналом «управление амплитудой», подаваемым с блока управления 8. С этого же блока 8 подается сигнал «управление частотой». В результате этого формируется положительная часть синусоидальной кривой напряжения, протекающего в нагрузке 2 через кабельную сеть 5. В момент достижения выходного тока нулевого значения из управляемого генератора синусоидального напряжения 7 поступает сигнал в фазочувствительный компаратор 6, по командам которого ключ 3, который был замкнут, размыкается, а ключ 4, который был разомкнут, замыкается. В результате этого ток меняет свое направление и формируется отрицательная часть синусоидального напряжения, которое протекает в нагрузке 2 через кабельную сеть 5. В момент достижения выходного тока нулевого значения по вышеперечисленным сигналам происходит переключение ключей и формируется опять положительная часть синусоидального напряжения.

Таким образом формируется синусоидальная кривая выходного напряжения на нагрузке.

Предлагаемое техническое решение формирования кривой выходного напряжения на нагрузке и устройство, его реализующее, по сравнению с прототипом обладает большей надежностью, меньшей стоимостью, меньшим энергопотреблением и меньшим тепловыделением.

Список используемой литературы

1. Л.Джюджи, Б.Пелли «Силовые полупроводниковые преобразователи частоты». Москва, Энергоатомиздат, 1983 г., стр.8-29.

2. В.С.Моин, Н.Н.Лаптев «Стабилизированные транзисторные преобразователи». Энергия. Москва, 1972, стр.253.

Устройство для преобразования электрической энергии, включающее конвертор с двуполярным выходом относительно средней точки и подключенной нагрузкой, отличающееся тем, что в него введены два ключа, выходы которых объединены кабельной сетью, а входы подключены к разнополярным клеммам конвертора, фазочувствительный компаратор с одним входом и двумя выходами, управляемый генератор опорного синусоидального напряжения с двумя входами и двумя выходами, блок управления с двумя выходами, при этом входы управляемого генератора опорного синусоидального напряжения соединены с выходами блока управления, один выход управляемого генератора опорного синусоидального напряжения соединен с конвертором, а другой выход соединен с входом фазочувствительного компаратора, один из выходов которого подсоединен к одному ключу, другой выход - к другому ключу, а нагрузка одним выводом подсоединена к кабельной сети, объединяющей выходы обоих ключей, другим выводом - к средней точке конвертора.