Преобразователь -фазного напря-жения b однофазное

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 020279 (21) 2720490/24-07 (51)М. Кл з

Н 02 М 5/22 с присоединением заявки М—

Государственный комитет

СССР. по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 3003.81. Бюллетень No 12

Дата опубликования описания 300381 (53) УДК 621.316. .726(088.8) B.Ñ. Руденко, В.И. Сенько, В.M.. Скобченко, Н.П. Макарейко, С.С . Подушко, Ю.П. Большов и A,È. Лозовой

) у

I (72) Авторы изобретения а

Киевский ордена Ленина политехнический инстит т им. 50-летия Великой Октябрьской социалистиче кой у „. революции (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ тп-ФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ОДНОФАЗНОЕ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для построения нреобразовательных установок различного рода энергосистем (например автонОмных систем электроснабжения) с высоким качеством выходной энергии и улучшенными динамическими характеристиками.

Известны преобразователи m-фазного напряжения в однофазное, в состав которых входят амплитудно-импульсные модуляторы на ключах с двухсторонней проводимостью, а также система управления, обеспечивающая заданный алгоритм переключения ключей амплитудноимпульсных модуляторов (11, (2), (31, (4), и (5 ). . Недостатком преобразователей, описанных в (1, (21 и (3) является присутствие широкого спектра высших гар- 20 моник в выходном напряжении, что ухудшает качества выходной энергии преобразователей. !

В преобразователе m-фаэного напря 25, жения в однофазное, описанном в (4), реализован многоканальный принцип фор- мирования управляющих импульсов, посту пающих на ключи амплитудно-импульсных модуляторов (41. 30

Недостатком такого преобразователя является низкое качество выходного напряжения за счет наличия в нем низкочастотной модуляции. Низкочастотная модуляция выходного напряжения преобразователя возникает из-эа несимметрии импульсов управления хотя бы в одном из каналов формирования управляющих импульсов по отношению к другим каналам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь m-фазного напряжения в однофазное, содержащий mK аь плитудно-импульсных модуляторов, выполненных по схеме однофазного инвертора в виде двух стоек силовых ключей с двухсторонней проводимостью и нагруженных на трансформаторы,-последовательно соединенные выходные об-. мотки которых образуют общий выход преобразователя, а также систему управления, содержащую. источник управляющего напряжения, задающий генератор, подключенный через основной делитель частоты к основному mK-канальному распределителю импульсов, выходы которого через первый комплект из.

mK усилителей мощности связаны с вхо817918 дами силовых ключей первых из укаэанных стоек, а также связанный с задающим генератором дополнительный блок

1управления, содержащий дополнительный делитель частоты, подключенный к тактовому входу дополнительного mK-каналь 5 ного распределителя импульсов, выходы которого через второй комплект из

mK усилителей мощности связаны с входами силовых ключей вторых из указанных стоек и, кроме того канал фор- 10 мирования управляющих импульсов, вхо1 ми подключенный к парафазным выходам основного mK-канального распреде лителя импульсов и выполненный в виде соединенных последовательно схемы выделения управляющих импульсов,.управляемого генератора пилообразного напряжения, схемы сравнения, одним из входов подключенной к источнику управляющего напряжения, схемы ИЛИ, схемы синхронизации, управляющими 20 входами связанной с парафазными выходами основного щК-канального распределителя импульсов, а выходами с управляющими входами дополнительного

mK-канального распределителя импульсов, и схемы выделения установочных импульсов, выходом подключенной к установочному входу дополнительного делителя частоты, а двумя входами одним непосредственно, а вторым через один из входов схемы ИЛИ связанной с выходом схемы сравнения, причем второй вход схемы ИЛИ подключен к выходу схемы выделения управляющих импульсов, а выход — к входу

35 схемы синхронизации 51 .

Недостатком известного преобразователя m-фазного напряжения в однофазное является низкие динамические характеристики при.отработке преобразователем возмущающих воздействий 10 в виде того, что отработка возмущающих воздействий осуществляется лишь один раз за период следования выходного напряжения. В данном преобразователе реализован одноканальный принцип формирования управляющих импульсов, поступающих на ключи;:амплитудно-импульсных модуляторов, при котором на одни стойки силовых ключей поступает последовательность импульсов, сдвинутых друг относительно друга на фиксированный фазовый угол, а на другие — последовательность имльсов, аналогичная первой, однако сдвинутая по отношению к первой на фазовый угол, определяемый моментом времени равенства выходных напряже ний генератора пилообразного напряжения и источника управляющего напряжения. При этом в режиме регулирования выходного напряжения преобразователя 60 или в режиме его стабилизации возникает некоторое запаздывание в отработке различного рода возмущений, максимальная длительность которого может быть равна одному периоду следования 65 выходного напряжения генератора пилообразного напряжения, Цель изобретения — улучшение динамических характеристик преобразователя путем повышения быстродействия отработки .возмущающих воздействий.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь m-@davovo напряжения в однофазное, содержащий mK амплитудно-импульсных модуляторов, выполненных по схеме однофаэного инвертора в виде двух стоек силовых ключей с двухсторонней проводимостью и нагруженных на трансформаторы, последовательно соединенные выходные обмотки которых образуют общий выход преобразователя, а также систему управления, содержащую источник управляющего напряжения, задающий.генератор, подключенный через основной делитель частоты к основному mK-канальному распределителю импульсов, выходы которого через первый комплект из

mK усилителей мощности связаны с входами силовых ключей первых из укаэанных стоек, а также связанный с задающим генератором дополнительный блок управления, содержащий дополнительный делитель частоты, подключенный к тактовому входу дополнительного m-канального распределителя импульсов, выходы которого через m усилителей мощности второго комплекта из

mK усилителей мощности связаны с входами силовых ключей m вторых их указанных стоек и, кроме того, канал формирования управляющих импульсов, входами подключенный к парафазным выходам основного mK-канального распределителя импульсов и выполненный в виде соединенных последовательно схемы выделения управляющих импульсов, управляемого генератора пилообразного напряжения, схемы сравнения, одним иэ входов связанной с источником управляющего напряжения, схе. мы ИЛИ; схемы синхронизации, управляю щими входами связанной с парафаэными выходами основного mK-канального распределителя импульсов, а выходами с управляющими входами дополнительного

m-канального распределителя импульсов, и схемы выделения установочных импульсов, выходом подключенной к установочному входу дополнительного делителя частоты, а двумя входами— одним непосредственно, а вторым через один из входов схемы ИЛИ, связанной с выходом схемы сравнения, причем второй вход схемы ИЛИ подключен к выходу схемы выделения управляющих импульсов снабжен (К-1) дополнительными блоками управления, каждый из которых входами соединен с выходом задающего генератора, с выходом источника управляющего напряжения и соответствующим выходом основного

mK-канального распределителя импульсов, а выходами через m (K-1) усили817918 телей мощности второго комплекта из

mK усилителей мощности с входами силовых ключей в (К-1) вторых из укаэанных стоек.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого техническогорешения, на фиг. 2 - структурная схема силовой части предлагаемого технического решения при m=3 и K=1; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие принцип формирования управляющих напря- 10 жений в одном из дополнительных блоков управления, на фиг. 4 — диаграммы, поясняющие принцип формирования управляющих напряжений при различных вариантах подключения блока формирования управляющих импульсов к . выходам основного mK-канального распределителя импульсов.

Предлагаемый преобразователь m-фазного напряжения в однофазное содер- 20 жит mK амплитудно-импульсных модуляторов 1 (при m=K=3, mK=9), выполненных по схеме однофазного инвертора 2 в виде двух стоек 3 и 4 силовых ключей

5 с двухсторонней проводимостью. 25

Входные выводы амплитудно-импульсных модуляторов 1 подключены к фазам б8 и нулевой нейтрали 9 входного напряжения, а выходы нагружены на трансформаторы 10, последовательно соеди- З ненные выходные обмотки которых образуют общий выход 11 и 12 преобразователя. В состав преобразователя также входит система 13 управления, содержащая источник 14 управляющего напряжения, задающий генератор 15, подключенный через основной делитель

16 частоты к основному mK-канальному распределителю 17 импульсов, выходы которого через первый комплект иэ усилителей 18 мощности связаны с 40 входами силовых ключей 5 первых иэ указанных стоек 3, второй комплект из mK усилителей 19 мощности, а также связанные с задающим генератором

15 К дополнительных блоков 20 управ- 45 ления (на фиг. 2 при К=З показано три дополнительных блока управления), каждый из которых содержит дополнительный делитель 21 частоты, подключенный к тактовому входу 22, дополнитель-50 ного m-канального распределителя 23 импульсов, вь1ходы которого подключены к входам соответствующих а усилителей мощности второго комплекта из

mK усили=елей 19 мощности. Кроме того, в состав каждого из К дополнительных блоков 20 управления входит канал 24 формировайия управляющих импульсов, входами подключенный к парафаэным выходам основного mK-канального распределителя 17 импульсов, и 60 выполненный в виде соединенных последовательно схемы 25 выделения управляющих импульсов, управляемого генератора 26 пилообразного напряжения, схемы 27 сравнения, схемы 28 ИЛИ, схе- б5 мы 29 синхронизации, управлявщими входами 30 связанной с парафазными входами основного mK-канального распределителя 17 импульсов, а выходами с управляющими входами 31 дополнительного m-канального распределителя 23 импульсов, и схемы 32 выделения установочных импульсов, выходом подключенной к установочному входу 33 дополнительного делителя 21 частоты, а двумя входами — одним 34 непосредственно, а вторым 35 через один из входов 36 схемы 28 ИЛИ, связанной с выходом схемы-27 сравнения, причем второй вход 37 схемы 28 ИЛЙ подключен к выходу схемы 25 выделения управляющих импульсов. Второй вход 38 схемы 27 сравнения подключен к выходу источника 14 управляющего напряжения.

Рассмотрим принцип формирования управляющих напряжений на примере работы одного из дополнительных блоков управления при а=К=3. Последовательность импульсов 39 с выхода задающего генератора 15 поступает на входы основного 16 и дополнительного 21 делителя частоты, на выходах. которых соответственно формируются импульсные напряжения 40 и 41. При этом на выходах основного mK-канального распределителя 17 импульсов (с коэффициентом деления по частоте равным, например, 18) формируются напряжения типа меандр 42-44 (показаны только три напряжения, сдвинутые друг относительно друга на угол, равный 2! /3). Коэффициент деления по частоте, равный 18 выбран для получения оптимального фазового угла между К раз сдвинутыми управляющими напряжениями. Так при

mK=9, этот угол равен /18. С первого выхода основного mK-канального распределителя 17 импульсов напряжение

42 поступает на вход схемы 25 выделения управляющих импульсов, на выходе которой формируются короткие импульсы напряжения 45, запускающие управляемый генератор 26 пилообразного напряжения синхронно с напряжением 42.

Пилообразное напряжение 46 поступает на вход схемы 27 сравнения, на другой вход 38 которой подается управляющее напряжение 47 с выхода источника 14 управляющего напряжения. В результате сравнения напряжений 46 и 47 на выходе схемы 27 сравнения формируется последовательность импульсов 48, задний фронт каждого иэ которых перебрасывает триггер схемы 29 синхро-. низации 29 в другое устойчивое состо-, яние. На выходе схемы 29 синхронизации вырабатывается напряжение 49 типа меандр, сдвинутое относительно напряжения 42 на угол, величина которого зависит от величины уровня управляющего напряжения, 47 ° Одновременно с этим последовательность импульсов 48 поступает на схему 28 ИЛИ и на схему 32 выделения установочных импульсов, на выходе которой формируются импульсы 50, совпадающие с задними фронтами импульсов последовательости импульсов 48. Импульсы 50 служат для принудительной установки триггеров дополнительного делителя 21 частоты в исходное состояние (в момент времени t< на диаграмме 41). Импульсное напряжение 41 поступает на входы дополнительного m-канального распределителя 23 импульсов, на выходе которого формируются напряжения 5153 сдвинутые друг относительно друга на угол, равный 27 /3, а относительно напряжений 42-44 на угол Ф, величина которого зависит от величины уровня управляющего напряжения 47. Макси- 5 мальное отклонение величийы углы Ч относительно угла g не пренышает периода Т последовательности импульсов 39. В том случае, когда уровень управляющего напряжения 47 станет 20 меньше уровня пилообразного напряжения 46,. схема 28 ИЛИ обеспечивает ripoхождение импульсов напряжения 45 для формирования установочных импульсов

50. При этом фазовый сдвиг между.напряжениями 42-44 и 51-53 будет минимальным. Напряжения 42-44 и противофазные им поступают через .первый комплект усилителей 18 мощности на входы силоных ключей 5 первых стоек 3 амплитудно-импульсных модуляторов 1, а напряжение 51-53 и противофазные им через .второй комплект усилителей .19 мощности поступают на входы силовых ключей 5 вторых стоек 4.

При этом на выходах амплитудноимпульсных модуляторов 1 формируются промодулиронанные напряжения, математически которые можно представить в виде перемножения фазных входных напряжений на соответствующие им 40 дополнительные напряжения 54-56, сдвинутые друг относительно друга на угол 2 С/3, Аналогично происходит формирование управлякв их напряжений в других дополнительных блоках управления. При этом следует отметить два возможных варианта синхронизации работы упранляейых генераторов 26 пилообразного напряжения. Рассмотрим,эти варианты для преобразователя в котором а=К=3.

В первом случае три схемы 26 выделения управляющих импульсов подключены кусоотнетстнующим выходам оснонного

mK-канального распределителя 17 импульсон,,формирующего напряжения 5759 (на остальных выходах этого распре делителя формируются напряжения 6065). При этом управляемые генераторы

26 пилообразного напряжения вырабатывают пилообразные напряжения 66-68 yQ синхронно с напряжениями 57-59. В результате сравнения пилообразных напряжений 66-68 с управляющим напряжением 69 на выходах m-канальных распределителей 23 импульсвв вырабатынаются напряжения 70-78, сдвинутые относительно напряжений 57-65 на оп1ределенный фазовый угол, зависящий от величины управляющего напряжения 69. При регулировании выходного напряжения преобразователя изменяют . ,величину управляющего напряжения 69 и соответственно с этим изменяются фазовый сдвиг между напряжениями 5765 и напряжениями 70-78. При этом отработка изменения величины управляющего напряжения 69 возможна только лишь в небольшом промежутке времени .@t периода формирования импульсов управления, в оставшуюся часть которого возможность отрабатывать возмущающие воздействия отсутствует.

Этот недостаток позволяет устранить подключение схем 25 выделения управляющих импульсов к соответствующим выходам основного юК-канального распределителя 17 импульсов, вырабатывающего напряжения 57, 61 и 65. При этом управляемые генераторы 26 пилообразного напряжения формируют на выходах пилообразные напряжения 79-81 синхронно .с напряжениями 57, 61 и 65.

В этом случае часть периода фс в котором возможно многократная отработка возмущающих воздействий при регулировании или стабилизации выходного напряжения преобразователя значительно расширяется. Это преимущество дает возможность использовать предлагаемый преобразователь m-фазного напряжения в однофазное (особенно при большом числе амплитудно-импульсных модуляторов) в качестве быстродействующего стабилизатора переменного напряжения.

Дополнительное введение в преобразователь m-фазного напряжения в однофазное (К-1) дополнительных блоков управления, каждый из которых входами соединен с выходом задающего генератора, с выходом источника управляющего напряжения и соответствующим выходом основного mK-канального рас-. пределителя импульсов, а выходами через m (К-1) усилителей мощности второго комплекта из mK усилителей мощности с входами силовых ключей

m (К-1) вторых стоек амплитудно-импульсных модуляторов, позволяет улучшить динамические характеристики преобразователя путем повышения быстродействия отработки возмущающих воздействий. Так, если в известном устройстве за один период следования выходного напряжения возможна лишь однократная отработка нозмущающих воздействий, то в предлагаемом техническом решении, как уже показывалось на— диаграммах, при m=K=3 возможна троекратная отработка, а при большем числе амплитудно-импульсных модуляторов и многократная отработка возмущающихноздействий. Следует также отметить, что, если в известном устройстве при

817918 увеличении числа амплитудно-импульсных модуляторов качество выходного напряжения улучшается, а динамические характеристики остаются прежними, то в предлагаемом техническом решении с улучшением качества выходного напряжения улучшаются также и динамические характеристики преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь m-фазного напряжения в однофаэное, содержащий mK амплитудно-импульсных модуляторов, выполненных по схеме однофазного инвертора в виде двух стоек силовых ключей с двухсторонней проводимостью и нагруженных на трансформаторы, последовательно соединенные выходные обмотки которых образуют общий выход преобразователя, а также систему управления, содерж „ую ис„чник управляю 20 щего напряжения, задающий генератор, подключенный через основной делитель частоты к .основному mK-канальному распределителю импульсов, выходы которого через первый комплект из вК усили- 2 телей мощности связаны с входами силовых ключей первых из укаэанных стоек, а также связанный с задающим генератором дополнительный блок управления,,содержащий дополнительный 30 делитель частоты, подключенный к тактовому входу дополнительного m-каналь ного распределителя импульсов, выходы которого через m усилителей мощности второго комплекта из mK усили- 35 телей мощности связаны с входами силовых ключей m вторых из укаэанных стоек и, кроме того, канал формирования управляющих импульсов, входами подключенный к парафазным выходам основного mK-канального распределителя импульсов и выполненный в виде сое. диненных последовательно схемы выделения управляющих импульсов, управляемого генератора пилообразного напряжения, схемы сравнения, одним из вхо- 45 дов связанной с источником управляющего. напряжения, схемы ИЛИ, схемы синхронизации, управляющими входами связанной с парафаэными выходами основного mK-канального распределителя импульсов, а выходами с управляющими входами дополнительного m-канального распределителя импульсов, и схемы выделения установочных импульсоз, выходом подключенной к установочному входу дополнительного делителя част. ты, а двумя входами — одним непосредственно, а вторым через один иэ входов схемы ИЛИ, связанной с выходом схемы сравнения, причем второй вход схемы ИЛИ подключен к выходу схемы выделения управляющих импульсов, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик преобразователя путем повышения быстродействия отработки возмущающих воздействий, он снабжен (К-1) дополнительными блоками управления, каждый иэ которых входами соединен с выходом задающего генератора, с выходом источника управляющего напряжения и соответствующим выходом основного mK-канального распределителя импульсов, а выжодами через m (К-1) усилителей мощности второго комплекта из mK усилителей мощности с входами силовых ключей m (К-1) вторых из указанных стоек.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пьяных Б.Е. Исследование несимметричных режимов преобразователей частоты с однократной модуляцией.

Диссерт. на соиск. учен. степени канд. техн. наук. ИЭД AH УССР, Киев

1972, с. 212-215.

2. Карташов Р.П. Чехет Э.М. Функциональные схемы преобразователей. частоты. — "Устройства преобразовательной техники", Вып. 2. Киев, "Наукова думка", 1969.

3. Патент США Р 3170107, кл . 321-7, 16.02.1965 °

4. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2641860/07, кл. Н 02 N 5/27, 1 978.

5. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2703019/07,кл. Н 02 М 5/27, 28.12.78.

817918

Составитель Г. Мыцык

Редактор Н.. Кузнецова Техред Т.Маточка, . Корректор Н. Бабинец

«

Заказ 1478/75 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР, по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4