Преобразователь постоянного напряжения в переменное

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ

К Ъ (61) Дополнительное к авт. свид-в (22) Заявлено 16.02.76 (21) 232502 с присоединением заявки №вЂ” (51) М. Кл. -

Н 02 М 7/515

СССР по лелам изобретеиий открытий (53) УДК 621.314.57 (088.8) (43) Опубликовано 30.03.79. Бюллет (45) Дата опубликования описания (72) Автор изобретения

Н. И. Пономаренко (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПЕРЕМЕННОЕ

ГосУАарствеииый "o (23) Приоритет

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и предназначенодля преобразования постоянного напряжения в переменное с улучшенным гармоническим составом выходного напряжения, в частности для преобразования в переменное напряжение низкой частоты. Изобретение может быть применено в устройствах электропитания различного назначения.

Известны преобразователи постоянного напряжения в переменное (1, 2).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стабилизированный преобразователь с вольтодобавочным устройством на первичной стороне (2).

Этот преобразователь включает в себя мостовой инвертор, подключенный к первичному источнику через вольтодобавочный преобразователь постоянного напряжения с выходом на постоянном токе, и схему управления, содержащую два автогенераторных формирователя импульсов, один из которых подключен к входу мостового инвертора, а второй — к входам параллельных ключей, входящих в состав вольтодобавочного преобразователя с выходом на постоянном токе и присоединенных параллельно по отношению к источнику питания. Кроме того, преобразователь содержит цепь отрицатсльной обратной связи по выходному напряжению, состоящую из измерительного органа, источника эталонного напряжения, блока сравнения, фазосдвигающего блока, а также фильтры на входе и выходе мостового инвертора.

Недостаток известного преобразователя состоит в том, что у напряжения на выходе мостового инвертора не синусоидальная, а прямоугольная форму. Поэтому фильтр, 1ð установленный в выходе мостового инвертора, имеет повышенную массу, в особенности при выходных напряжениях низкой частоты.

Повышенную массу имеют также реактивные элементы известного преобразователя

15 (в том числе, трансформатор вольтодобавочного устройства), работающие на низкой частоте (на частоте выходного напряжения), и элементы мостового инвертора и вольтодобавочного устройства за счет увеличения расчетной мощности, необходимой для покрытия потерь в выходном фильтре.

Цель изобретения — улучшение гармонического состава выходного напряжения и уменьшение массы преобразователя постоянного напряжения в переменное.

Поставленная цель достигается тем, что выход задающего генератора подведен к входу генератора тактовых импульсов, к которому подключен распределитель им30 пульсов со счетчиком и дешифратором, один

655046 пз выходов счетчика связан через формирователи импульсов с управляющими цепями вентилей выходного инвертора, а другие выходы счетчика через дешифратор — с управляющими цепями ключей и входного инвертора, к которым подключен также выход фазосдвигающего блока цепи обратной связи.

На фиг. 1 показано устройство управления преобразователем постоянного напряжения в переменное; на фиг. 2,а — е — диаграммы, поясняющие принцип работы предложенного устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 тактовых импульсов, присоединенный к распределителю 2 импульсов, имеющему счетчик 3 и дешифратор на логических элементах ИЛИ 4 — 9, выходы которых присоединены через логические элементы И 10 — 15 к формирователям 16 — 21 импульсов для управления ключами 22 — 27 входного вспомогательного преобразователя 28. При этом преобразователь 28 содержит автотрансформатор 29, к отпайкам которого присоединены ключи 22 — 25, включенные последовательно по отношению к первичному источнику питания, и ключи 26 и 27, зашунтированные обратными диодами 30 и 31 и присоединенные параллельно по отношению к источнику, а также фильтр 32. Первый выход распределителя 2 импульсов подключен непосредственно к счетному входу формирователя 33 импульсов для управления инвертором 34, выполненным, например, по мостовой схеме, содержащей вентили 35 — 38, зашунтированные обратным диодом 39. E(выходным зажимам инвертора 34 подключена нагрузка 40, а к входным зажимам — измерительный орган 41.

Измерительный орган 41 задающий генератор 42, схема 43 сравнения, фазосдвигающий блок 44 образуют вместе узел обратной связи. При этом выход фазосдвигающего блока 44 подключен к входам логических элементов И 10 — 15 и синхронизирован от генератора 1 тактовых импульсов, который, в свою очередь, синхронизирован от задающего генератора 42. Вспомогательный преобразователь 28 подсоединен к входу инвертора 34. Для определенности будем считать, что ключи 22 — 27 и вентили 35 — 38 выполнены на полностью управляемых тиристорах.

Устройство работает следующим образом.

Генераторы 1 тактовых импульсов (фиг. 2,а) вырабатывает импульсы, частота которых выше и кратна частоте выходного напряжения (задающего генератора 42), и они поступают на вход кольцевого счетчика

3 распределителя 2. Каждый импульс генеpampa 1 продвигает выходной сигнал на один шаг. Первый выходной импульс счетчика поступает на первый выход распределителя 2, а затем на счетный вход формирователя 33 импульсов, переключающих г

65 вентили 35 — 38 через каждые полпериода выходного напряжения (фиг. 2,а). Второй и последующие выходные импульсы кольцевого счетчика подаются на входы логических элементов ИЛИ 4 — 9 распределителя 2, а затем через логические элементы И 10—

15 к входам формирователей 16 — 21, ключей 22 — 27 в последовательности 22 — 23—

24 †25 (24, 25) — (24, 25) — (24, 26) †(25, 27) — (22,26) — (23, 27) — (22, 26) — (23, 27)— (22, 26) — (23, 26) — (24, 26) †(25, 27) †(24, 25) — 24 — 25 — 22 — 23. На 24-м такте заканчивается полный цикл переключений, распределитель импульсов возвращается в исходное состояние и начинается следующий период работы распределителя.

Полный цикл работы счетчика соответствует полупериоду выходного напряжения и состоит из 24-х интервалов (фиг, 2,а). На первом интервале включаются два диагональных тиристора (35 и 36 или 37 и 38) мостового инвертора. На инверторах 1 и 24 ток индуктивной нагрузки замыкается через тиристоры инвертора и диод 39. На этих интервалах источник питания выключен (фиг. 2,б). Один интервал по времени равен полупериоду работы вспомогательного преобразователя 28.

Восходящая ломаная кривая (фиг. 2д, е) получается при ступенчатом вычитании напряжения У„преобразователя 28 из входного /„(фиг. 2,6) на интервалах 2 — 5. Последовательные ключи работают в режиме инвертора, а диоды 30 и 31 — в режиме выпрямителя (параллельные ключи 26 и 27 при этом выключены). На интервалах 6 и 7 последовательные ключи 24 и 25, присоединенные к противофазным отпайкам секции трансформатора 29 с наименьшим числом витков, включены, а параллельные выключены. Ток через диоды 30 и 31 не протекает.

При этом формируется ступень выходного напряжения, амплитуда которой равна амплитуде входного напряжения. На интервалах 8 — 12 восходящая ломаная кривая получается ступенчатым сложением напряжения Uh вспомогательного преобразователя

28 с входным U„. На этих интервалах параллельные ключи работают в режиме выпрямителя. Нисходящая ломаная кривая формируется на интервалах 13 — 24 в обратной последовательности. Затем процесс повторяется и на входе мостового инвертора формируется ступенчатое однополярное напряжение в виде выпрямленных двухполупериодных синусоидальных полуволн (фиг. 2,д), оно с помощью мостового инвертора преобразуется в переменное напряжение, по форме близкое к синусоидальному.

Необходимая амплитуда ступени напряжения на интервалах вычитания и добавки достигается выбором коэффициента трансформации согласующего трансформатора 29, а число ступеней — числом пар отпаек на вторичной стороне трансформатора. Дли655046

15 тельность сту пени определяется числом и длительностью прерывистых колебаний напряжения U — (фиг. 2,в) на зажимах трансформатора. Для того, чтобы исключить постоянную составляющую намагничивающей силы трансформатора, необходимо выбрать частоту колебаний напряжения вспомогательного преобразователя в целое число раз выше частоты колебаний основного напряжения. Форма выходного напряжения тем лучше, чем больше число ступеней трансформатора.

Напряжение на выходе мостового инвсртора с двухтактным преобразователем на входе имеет число ступеней при п-ступенчатом трансформаторе

М= рп+1, где p — коэффициент, учитывающий структуру вспомогательного преобразователя, р=1, если вспомогательный преобразователь выполнен по вольтодобавочной или вольтовычитающей схемам, р=2, если этот преобразователь выполнен по вольтореверсивной схеме.

Так, одноступенчатое выходное напряжение прямоугольной формы известного преобразователя по предлагаемому изобретению преобразуется в трехступенчатое при одноступенчатом трансформ аторе. Огибающая выходного напряжения с увеличением ступеней может сколь угодно стать близкой к синусоидальной. Кроме этого, по сравнению с известным устройством, в предложенном существенно снижается масса основной части преобразователя. Это достигается тем, что частота колебаний напряжения промежуточного преобразователя 28 в предложенном устройстве в несколько раз выше частоты основного напряжения, поэтому эта частота может быть выбрана из условия получения минимальной массы трансформатора.

Масса уменьшается также вследствие того, что выходной фильтр в предложенном устройстве полностью исключен, так как удовлетворительное качество гармонического состава в данном случае практически всегда может быть достигнуто увеличением числа ступеней. В исключительных случаях при высоких требованиях к форме выходного напряжения на выходе вспомогательного преобразователя (на входе мостового инвертора), по аналогии с известным преобразователем, может быть установлен фильтр 32 (фиг. 1). Однако и в этом случае суммарная масса преобразователя оказывается меньше, так как выходной фильтр инвертора при этом исключен, в отличие от входного фильтра известного преобразователя, входной фильтр в данном устройстве рассчитан на высокую частоту и имеет меньшую расчетную мощность. Конденсатор фильтра может быть электролитическим, так как включен на стороне постоян20

G0

65 ного тока. Вследствие же уменьшения реактивной составляющей тока за счет исключения выходного фильтра понижается расчетная мощность Вссов силовых элементов на величину, пропорциональную мощности, которая бы потрсблялась для покрытич потерь, вызванных реактивными токами фильтра в известном преобразователе.

При наличии фильтра на входе форма выходного напряжения может быть улучшена с помощью узла обратной связи, содержащего задающий генератор синусоидального напряжения, с одновременной стабилизацией выходного напряжения. С этой целью генератор тактовых импульсов синхронизирован от задающего генератора, а фазосдвигающий блок присоединен через логические элементы И 10 — 15 к входам формирователей 16 — 21 импульсов. При этом точность воспроизведения синусоиды полностью определяется точностью отработки системой автоматического регулирования возмущения по отклоняемой величине, В этом случае может быть упрощена основная часть преобразователя: уменьшено число ступеней трансформатора (вплоть до одной ступени), вспомогательный преобразователь может быть выполнен по однотактной схеме. Оптимальное решение находится исходя из конкретных требований.

На основе предложенной схемы возможна реализация многофазных схем. При использовании предложенного устройства, в отличие от известного, улучшается гармонический состав выходного напряжения, представляется возможной широкая оптимизация преобразователя по массогабаритным показателям путем выбора оптимальной частоты промежуточного преобразователя и величины входного напряжения, а также числа ступеней, их амплитуды и длительности. Это позволяет улучшить гармонический состав выходного напряжения, уменьшить массу и габариты, снизить удельный расход материалов. Предложенное устройство особенно эффективно для получения переменного напряжения относительно низких частот.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий входной инвертор, промежуточный автотрансформатор, к отпайкам обмотки которого подключены аноды управляемых ключей, объединенные катодные зажимы которых через LC-фильтр связаны с входом другого ннвертора, выходы которого образуют выходные выводы, блок управления, состоящий из задающего генератора, генератора тактовых импульсов, распределителя импульсов, формирователей импульсов, и фазосдвигающий блок цепи обратной связи, отличающийся тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного напряжения и уменьшения

655046 массы преобразователя, выход задающего генератора подсоединен к входу генератора тактовых импульсов, к которому подключен распределитель импульсов со счетчиком и дешифратором, причем один из выходов счетчика связан через формирователи импульсов с управляющими цепями вентилей упомянутого второго инвертора, а другие выходы счетчика через дешифратор связаны с управляющими цепями ключей и входцого инвертора, к которым подключен такхкс выход фазосдвигающего блока цепи обi) атной связи.

Источники информации, 5 принятыс во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 282509, кл. Н 02М 7/515, 1969.

2. Ромаш Э. М. Транзисторные преобразователи в устройствах питания радиоэлек1О тронной аппаратуры. М., «Энергия», 1975.

655046

Рие. 2

Составитель Г. Вотчицев

Техред Н. Строганова

Корректор Е. Хмелева

Редактор И. Грузова

Заказ 185/13 Изд. № 216 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного комитета по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

22

25 2П ф 25

27

Л ,75 55

Я58

gemeP5ап1п

0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 0