Преобразователь -фазного напряже-ния b однофазное

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ

<щ817921

Ф (61) Дополнительное к авт. свид-ву(51)м. Кла (22) Заявлено 1805.79 (21) 2768176/2 4-07

Н 02 М 5/27 с присоединением заявки Йо

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 3003.81. Бюллетень Но 12 (53) УДК 621. З14. . 27 (088. 8) Дата опубликования описания 300 181 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель образуют общий выход преобразователя, а также систему управления, содержащую источник управляющего напряжения и соединенные последовательно задающий генератор, основной .делитель частоты, К-канальный распределитель импульсов и подключенный к нему фазо.сдвигающий блок, содержащий N к аналов, каждый из которых выполнен в виде соединенных последовательно управ— ляемого генератора линейно-изменяющегося напряжения, схемы сравнения,од- ним из входов связанной с источником управляющего напряжения, и схемою выделения управляющих напряжений, а также 2mN оконечных усилителей мощностн, связанных со входами силовых ключей (4).

Принцип работы известного преобра20 зователя m-фазного напряжения в,однофазное основан на пофазной амплитудно-импульсной модуляции ю-фазного, переменного напряжения с частотой f4, вспомогателвными К раз сдвинутыми относительно друг друга на определенный фазовый угол пт-фазными перемен ными напряжениями типа меандра с частотой й2. При этом на выходах амплитудно-импульсных модуляторов фор30 мируются промодулированные напряжеИзобретение относится .к .преобразовательной технике -и может быть использовано для построения преобра. зовательных установок различного рода энергосистем, например автономных,систем электроснабжения,с высоким качеством выходной энергии.

Изв ес тны преобразов а тели m-фазного напряжения в однофаэное,в состав которых входят амплитудно-импульс ные модуляторы на ключах с двухсторонней проводимостью, а также. система управления, обеспечивающая заданный алгоритм переключения ключей амплитудноийпульсиых модуляторов (11, L21 и (3).

Недостаток укаэанных преобразов телей - наличие фазового сдвига новной гармоники выходного напряжения в процессе его регулирования,. а также низкочастотной модуляции вйходного напряжения из-эа несимметрии импульсов управления.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий, mN амплитудно-импульсных модуляторов, выполненных по схеме однофаэного инвертора на силовых ключах с двухсторонней проводимостью и нагруженных на трансформаторы, последовательно соединенные выходные обмотки которых.

В, М, Ск обченко, B.È. Ñåíüê o, H. Ï. Ìàê àðåíê o, A., À.Øòóðáèí, Г. В. Филинов и В. И. Овдин

817921 ния, математическ и которым с оотн етствует операция перемножения соответствующего фаэного переменного напряжения на соответствующее ему дополнительное переменное напряжение, скнажность которого зависит от величины сдвига фаз. между вспомогательны-! ми напряжениями, модулирующими эту фазу; В результате геометрического суммиров ания выходных напряжений ампли тудн о-импульс ных модуляторов н а выходе преобразов ателя формируетс я кнаэисинусоидальное напряжение.

Недостаток известного преобразователя m ôàçíoãî напряжения в однофаэное — низкое качество выходного напряжения иэ-эа напичия в нем низкочастотной модуляции и фазового сдвига основной гармоники выходного напряжения н процессе его регулиров ания, выэн анного характером используемого в данном случае генератора 20 линейно-изменяющегося напряжения (генератор пилообразного напряжения) .

В данном преобраэов ателе реализов ан многоканальный принцип формирования управляющих импульсов, псступающих на ключи амплитудно-импульсных модуляторов . Низкочастотная модуляция выходного напряжения преобразователя возникает из-за несимметрии импульсов управления хотя бы в одном из каналов формирования управляющих импульсов по к другим каналам. Так в состав преобраэов ателя m-фазного напряжения в однофазное (при m = 3), содержащего (при К = 1) три амплитудно-импульсных модулятора, входит три канала формирования импульсов, каждый из которых содерн.ит три управляемых генератора пилообразного напряжения, Прак тическ и нев озможно выполнить. несколько управляемых гене- 40 раторов, формирующих на выходах пилообразные напряжения с равными амплитудами и идентичной линейностью (особенно значительный разброс значе

- ний этих параметров оказывается при 45 широком диапазоне изменения температуры окружающей среды, в которой работает преобразователь) . В случае, если на входы силовых ключей первых стоек амплитудно импульсных модуляторов поступают соответстнующие управляющие напряжения и поотивофазные им, то <на входе силовых ключей вторых " стоек поступают-управляющие напряжения и противофазные им,. которые

Формируются в результате срав.б нения пилообразных напряжений (с разЛичными амплитудами) с опорным напряжением. В результате амплитудноимпульсной модуляции фазные напряжения будут перемножаться на соответ- 60 ствующие им дополнительные переменные напряжения, несимметричные между собой, что принедет после геометрическ oro суммиров ания промодулиров анных напряжений к появлению низкочастотной 65 модуляции выходного кназисинусоидального напряжения преобразователя.

Цель изобретения — улучшение качества выходного напряжения преобразователя путем устранения в нем низкочастотной модуляции и сдвига фазы основной гармоники выходного напряжения в процессе его регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь m-фаэного напряжения в однофаэное, содержащий

mN амплитудно-импульсных модуляторов, выполненных по схеме однофазного инвертора на силовых ключах с двухсторонней проводимостью и нагруженных на трансформаторы, последовательно соединенные выходные обмотки которых образуют общий выход преобразователя, а также систему управления, содержащую источник управляющего . напряжения .и соединенные последовательно задающий генератор, основной делитель частоты, К-канальный распределитель импульсов и подключенный к нему фазос двигающий блок, содержащий N к ан алов, к аждый иэ которых выполнен в виде соединенных последовательно управляемого генератора линейно-изменяющегося напряжения, схемы сравнения, одним иэ в ходов св яэанной с источник ом управляющего напряжения, и схема выделения управляющих напряжений, а также 2mN оконечных усилителей мощности, связанных со входами силовых .ключей, дополнительно снабжен 2N узлами синхронизации, каждый иэ которых входом подключен к одному иэ выходов N-ой схемы выделения управляющих напряжейий, а выходами — ко входам m оконечных усилителей мощности, N синхройизированными триггерами, каждый из которых входом подключен к N-му выходу К-каиального распределителяимпульсов, а выходом — ко входу 11-ой пары узлов синхронизации, причем генератор линейно-изменяющегося напряжения выполнен в виде генератора симметричного треугольного напряжения, а узел синхронизации выполнен в виде соединенных последовательно схемы выделения фронта импульса, подключенного к ней установочным входом дЕлителя частоты, тактовый вход которого сВязан с выходом задающего, генератора, и сдвигающего регистра, управляющий вход которого подключен к выходу управляющего триггера, одним из входов которого подключен к выходу схемы выделения управляющих напряжений, а второй — к выходу N-го синхронизированного триггера, Кроме того схема выделения управляющих напряжений содержит две скетч выделения фронта импульса, подключенных входами одна непосредственно, а другая — через инвертор к N-му выходу К-канального распределителя импульсов, а также две последонатель817921 но соединенные схем 2И-НЕ, первая из которых подключена одним из входов к выходу схемы совпадения, вторым— к выходу одной из схем выделения фронта импульса, причем вторая схема выделения фронта импульса выходом под- 5 ключена ко второму входу второй схемы 2И-HE выходом подключенной к инвертору, вход и выход которого 06разуют два выхода схема выделения, управляющих напряжений. 10

На фиг. 1 дан а с тру к тури ая схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — схема амплитудно-импульсного

Модулятора на ключах с двухсторонней проводимостью; на фиг. 3 - одна из возможных схемных реализаций ключа с двухсторонней проводимостью; на фиг. 4 — временные диаграмма, поясняющие принцип формирования.управляющих напряжений в предлагаемом преобразов ателе; на фиг. 5 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы cxema выделения управляющих напряжений; на фиг. 6 — пример выполнения схем выделения фронта импульсов .

Преобразователь m-фазного напря- 25 жения в однофазное содержит источник

m-фазного напряжения 1, подключенные к нему mN амплитудно-импульсных модуляторов 2 (на фиг. 1 приведена структурная схема для m = 3, N = 1), выполненных по схеме однофазного инвертора и нагруженных на трансформа. торы 3, выходные обмотки которых образуют общий выход, подключенный к нагрузке 4. 3S

Система управления содержит источник управляющего напряжения 5 (в качестве его может быть использован выход блока обратной связи по . напряжению), соединенные последовательно задающий генератор 6, основ- 4О ной делитель 7 частоты, К-канальный распределитель 8 импульсов, а также подключенный к нему фазосдвигающий блок 9 (в.общем случае содержащий

N каналов, но в. данном примере пока- 45 зан один канал), выполненный в виде. соединенных последовательно -управляемого генератора линейно-изменяющегося напряжения 10, схем 11 сравнения, одним из входов связанной с 5О источником управляюшего напряжения 5 и схемы выделения. управляющих напряжений 12, к каждому из двух выходов которой (инвертирующему и неинвертирующему) подключен узел 13 синхроФ низации выполненный в виде соединенных последовательно схемы выделения фронта импульсов 14, подключенногок ней установочным входом делителя

15 частоты, тактовый вход которого связан с выходом задающего генерато- 60 ра 6, и сдвигающего. регистра 16, управл яющий в ход которого подключен, к выходу управляющего триггера 17, один из входов которого подключен к выходу схемы выделения управляющих 65 напряжений 12 а второй — к выходу синхронизирующего триггера 18.

Схема выделения управляющих напряжений содержит две схемы 19 и 20 выделения фронта импульса, одна из которых (19) подключена входом непосредственно, а вторая (20) через инвертор 21 к выходу К-канального распределителя 8 импульсов, а также последовательно соединенные схемы

22 и 23 типа 2И-НЕ, первая иэ которых подключена одним из входов к выходу схемы 11 сравнения, вторым к выходу схемы 20 выделения фронта импульса, причем схема 19 выделения фронта импульса подключена ко второму входу второй (23) схемы 2И-HE вы. ходом подключенной к фаэоинвертору

24, вход и,выход которого образуют два входа схемы выделения управляющих напряжений.

Выходы сдвигающих регистров 16 через усилители 25 и 26 мощности связаны c ñèëoâûìè ключами амплитудноимпульсных модуляторов 2, пример реализации которых приведен на фиг. 3.

Амплитудно-импульсный модулятор 2 выполнен по мостовой схеме на ключах с двухс торонней пров одимос тью в виде двух стоек 27 и 28. Раздельное управление стойками 27 и 28 позволяет плавно регулировать величину действующего значения выходного напряжения путем широтно-импульсного регулирова4. ния, при этом усилители 25 и 26 мощности связаны соответственно со стойками 27 и 28 амплитудно-импульсных модуляторов.

Рассмотрим принцип формирования импульсов управления силовыми ключами.одного комплекта амплитудно-импульсных модуляторов (N = 1, m = 3) .

Последов ательнос ть импульсов 29 с выхода задарщего генератора 6 пос; тупает на делитель 7 частоты,на выходе которого формируется последовательность импульс ов 30, пос тупающая на вход К-канального распределителя

8 импульсов, на входе которого формируются К сдвинутых относительно друг друга на фиксированный угол .Ф импульс ов 31, 32 типа меандра -(пок азано только два имПульса), Импульсы 31

32 поступают далее на триггеры синхро. низации соответствующих фазосдвигающих блоков, формирующих импульсные напряжения 33,34.

Принцип формирования напряжения управления одного канала рассмотрим на примере фазосдвигающего блока 9, синхронизированного относительно импульсного напряжения 31. Импульсное напряжение 31 поступает на вход генератора линейно изменяющегося напряжения 10 (в данном случае генератора треугольного напряжения, в качестве которого может быть испольэован интегратор), на выходе которого

В17921 формируется напряжение 35, сравниваемое с напряжением управления 36, при этом на выходе схемы 11 сравнения формируется напряжение 37, которое также является выходным напряжением схемы выделения управляющих напряжений 12, на инвертирующем выходе кото рой формируется импульсное напряжение

38. На выходе схем выделения фронта импульсов 14 Формируются импульсы

39,40, соответствующие временному, расположению положительного фронта последов атель нос тей импульсов 37, 38, Импульсы 39,40 принудительно устанавливают выход делителя 15 частоты в единичное сос тояние (положительный ,потенциал), причем в нулевое состояние каждый из делителей 15 переходит при поступлении на его вход от задающего генератора первого (после самого импульса 39 или 40) высокочастотного импульса последовательности 29. 20

Таким образом, после прихода установочного импульса 39 или 40 начальная фаза импульсов 41 и 42 на выходе делителей 15 частоты совпадает с моментом срав нения напряжения 35 с 25 управляющим напряжением 36. Далее импульсы 41, 42 поступают на сдвигающие регистры, синхронизация которых осуществляется управляющими триггерами.На выходах каждой из схем регистра 16 формируются последовательности импульс ов 43-45 и 46-48, сдвинутых на угол 2 /3 относительно друг друга.

Импульсы управления 43-45 подаются на стойки 27, а импульсы управления

46-48 — на стойки 28 амплитудно-импульсных модуляторов, на выходе которых будут формироваться промодулиров анные напряжения, эквивалентные коммутационные функции которых представлены на диаграммах 49-51. Такой вид имело бы напряжение на выходах амплитудно-импульсных модуляторов 2, если бы последние были подключены к источнику постоянного напряжения.

Для обеспечения нормальной работы 4 схема выделения управляющих напряжений необходимо, чтобы при изменении величины управляющего напряжения выше или ниже уровня треугольного напряжения не происходило сбоя в .работе о узлов синхрочизации . Предлагаемая структура схемы выделения управляющих наПряжений позволяет исключить воэмофность возникновения таких сбоев.

На вход схемы выделения управляющих напряжений 12 поступает импульсное напряжение 31 ° На выходе схем выделения фронта импульса формируются последов ательности импульсов 52, 53.

Соединение логических схем 2И-HE 22

23 с выходами схемы 11 сравнения 60 и схем формирования Фронта импульса

22, 23 обеспечивает такой режим работы, при котором независимо от уров.

-ня напряжения управления на выходах схемы выделения управляющих напряже- 65 ний формируются импульсные напряжения 54,55,56, обес печивающие формирование на выходах управляющих триггеров 17 импульсных последовательностей 57-62. При этом эк вивалентные коммутационные функции представлены на диаграммах 63-65. Как видно, основная гармоника эквивалентной коммутационной функции в процессе регу- лирования не изменяется по фазе. На выходе же сдвигающего регистра в каждом из узлов синхронизации формируются импульсные напряжения с .фиксиров анным фаэовым сдвигом (в данном случае. 2В/Ъ) . формула изобретения

1.Преобразователь пг-фазного напряжения в однофазное, содержащий

mN амплитудно-импульсных модуляторов выполненных по схеме однофазного инвертора на силовых ключах с двухсторонней проводимостью и нагруженных на трансФорматоры, последовательно соединенные выходные обмотки которых образуют общий выход преобразователя, а также систему управления, содержащую источник управляющего напряжения и соединенные последов ательно задающий генератор, основной делитель частоты, К-канальный распределитель импульсов и подключенный к нему фазосдвигающий блок, содержащий И каналбв, каждый иэ, которых выполнен в виде соединенных последовательно управляемого генератора линейно изменяющегося напряжения, схемы сравнения, одним из входов связанной с источником управляющего напряжения, и схемы выделения управляющих напряжений, а также 2mN оконечных усилителей мощности, связанных со входами силовых ключей, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходной энергии путем устранения фазового сдвига основной гармоники выходного напряжения в процессе его регулирования и устранения низкочастотной модуляции, он дополнительно снабжен

2N узлами .синхронизации, каждый иэ которых входом подключен к одному из выходов N-ой схем выделения управляющих напряжений, а выходами — ко вхо- . дам m оконечных усилителей мощности, N синхронизированными триггерами, каждый из которых входом подключен к

N-му выходу К-канального распределителя импульсов, а выходом — ко входу

N-ой пары узлов синхронизации, причем генератор линейно-изменяющегося напряжения выполнен в виде генератора симметричного треугольного напряжения, а узел синхронизации выполнен в виде соединенных последовательно схем выделения фронта импульса,подключенного к ней установочным входом делителя частоты, тактовый вход которого связан с выходом задающего гене817921

10 юг. 2 ратора, и сдвигающеть регистра, управляющий вход которого подключен к выходу управляющего триггера, одним из входов которого подключен к выходу схемы выделения управляюших напряжений, а второй - к выходу N-го синхронизированного триггера.

2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч аю щи и с я тем, что, схема выделения управляющих напряжениЯ содержит две схемы выделения фронта им- о пульса, подключенных входами одна непосредственно, а другая через инвертор к N-му выходу К-канального распределителя импульсов, а также две последовательно соединенные схемы

2И-HE первая из которых подключена одним иэ входов к выходу схемы совпадения, вторым — к выходу одной из схем выделения фронта импульса, при- ° чем вторая схема выделения фронта импульса выходом подключена ко второму. входу второй схем 2И вЂ” НЕ, выходом подключенной к инвертору, вход и phl ход которого образуют два выхода с хема выделения управляющих напряжений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. К., Изд-во АН Украинской

ССР, с, 1972, с, 212-215.

2. Карташов P Ï., Чехет Э.М.

Функциональные схемы преобразователей частоты Устройства преобразов ательной техники . Вып. 2, К., Наук ов а думка, 1969, 3. Патент США 9 3170107, кл.321-7, 16.02.65.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2641860/07, 07.07.78.

8179 г1

И

БХ рие <

Сост авитель Г. Иыцык

Редактор Н.Буслаева Техред Т.Маточка Корректор О. Билак

Эакаэ 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

КУ

58

5У бО

t