Регулируемый инвертор

 

Союз Советсиин

СюциалиетичФеиик

1ееаиублии (i ii 866673 (51) Дополнительное к авт. саид-еу (22) Заявлено 2501.72 (21) 1742214/24-07 с rrprreоеаинением заявки М 1742628/24-07 (23)Приоритет (Sl )Nti. Кл.

Н 02 М 7 /537

1Ъаударатеиньй квинтет

СССР пю двлзи нзобретеннй н вткрытнй

0публиковано 230981. Бюллетень М35

Дата опубликования описания 2M98i. (53) УДК 621, .314.58 (088.8) (72) Авторы изобр=тення

Б.Л. Уан-Золи, В.С, Моин, А.Е. Сурминский и В.А. Цишевскнй (71) Заявитель (54) РЕГУЛИРУЕМЬЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к электротех.нике .и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования постоянного тока в переменный с помощью регулируемых инверторов.

Известны регулируемые инверторы, содержащие ряд преобразовательных ячеек, соединенных по входу параллельно, а по выходу последовательно. Как наиболее простые преобразовательные

l0 ячейки, содержащие лишь два силовых транзистора, в подобных инверторах используются ячейки с выходным трансформаторомт имеющим отвод от средней точ15 ки первичной обмотки. Коэффициенты трансформации трансформаторов ячеек выбирают по закону двоичного счета, что увеличивает количество ступеней (уровней) выходного напряжения при данном количестве ячеек )I) и C.2).

Известен также ступенчато-регулируемый инвертор, выполненный с одним трансформатором, секции первичной обмотки которого переключаются дополнительными ключами Г3.1.

Недостаток данного инвертора состоит в необходимости использования в качестве ключей тиристоров или транзисторов с последовательно-включенным диодом, что снижает КПД и ограничивает допустимый диапазон коэффициента мощности нагрузки.

Наиболее близким.по техническому решению к предлагаемому является инвертор,содержащий И включенных параллельно по входу преобразовательных ячеек, каждая из которых имеет двухтактныф коммутатор Hà управляемых ключах, и силовой магнитный узел, подключенный к выходу коммутатора и имеющий две полуобмотки, причем магнитный узел первой из указанных ячеек выполнен в виде трансформатора с выходной обмоткой, включенной в нагрузочную цепь. Преобразовательные ячейки в некоторых режимах (при входных напряжениях,близких к максимальному) 6673

50

3 86 работают встречно, т. е. часть мощности, пройдя через нагрузку, возвращается в источник питания 4).

Однако вследствие этого габариты и масса трансформаторов и транзисторов некоторых ячеек увеличены. Кроме того, s тех случаях, когда инвертор предназначен для питания нескольких гальванически разделенных нагрузок, J трансформаторы всех ячеек данног инвертора должны иметь несколько выходных обмоток, что усложняет конструкцию трансформаторов.

Цель изобретения — снижение массы и габаритов.

Эта цель достигается тем, что в инверторе магнитные узлы всех ячеек, кроме первой, выполнены в виде автотрансформатора, полуобмотки которого имеют отводы, участок первой полуобмотки от ее начала до отвода и участок второй полуобмотки от отвода до конца магнитного узла любой ячейки равны по числу витков и каждый образует с одной из полуобмоток магнитного узла предыдущей ячейки согласнопоследоватепьную цепь. Кроме того коммутатор:<аждой ячейки может быть выполнен на четырех управляемых ключах, соединенных по мостовой схеме, выводы постоянного тока которой соединены с входными выводами инвертора, а к выводам переменного тока подключены конец первой и начало второй полуобмоток магнитного узла данной ячейки, причем начало первой и конец второй полуобмоток автотрансформатора последней ячейки соединены между собой, а отводы первой и второй по1 луобмоток автотрансформатора каждой данной ячейки соединены соответственно с началом первой и концом второй полуобмоток магнитного узла преды,дущей ячейки.

При этом коммутатор каждой ячейки может быть выполнен на двух управляемых ключах, .в магнитных узлах всех ячеек начало первой полуобмотки соединено с концом второй полуобмотки и подключено к первому входному выводу-инвертора в нечетных ячейках и к второму входному выводу в четных ячейках, во всех нечетных ячейках первый силовой электрод первого управляемого ключа соединен с концом первой полуобмотки, а второго управляемого ключа — с началом второй полуобмотки, во всех четных ячейках второй силовой электрод первого управляемого ключа соединен с началом второй полуобмо1ки, а второго управляемого ключа - с концом первой полуобмотки, вторые силовые электроды первых упр вляемых ключей всех нечетных ячеек, кроме последней, и первые силовые электроды вторых управляемых ключей всех четных ячеек, кроме последней, соединены с отводами вторых полуобмоток автотрансформаторов последующих ячеек, вторые силовые электроды вторых управляемых ключей всех нечетных ячеек, кроме последней, и первые силовые электроды 5 первых управляемых ключей всех четных ячеек, кроме последней, соединены с отводами первых полуобмоток автотрансформаторов последующих ячеек, а одноименные силовые электроды последней ячейки объединены и подключены к од20 ному из входных выводов инвертора.

Кроме того, при общем четном числе ячеек объединены первые силовые электроды управляемых ключей послед25 ней ячейки и подключены к первому входному выводу инвертора, Кроме того, при общем нечетном числе ячеек объединены и подключены к второму входному выводу инвертора втор. е силовые электроды управляемых ключей последней ячейки.

На фиг. 1 показан инвертор на двух мостовых ячейках на фиг. 2 — инвертор на трех мостовых ячейках; на фиг. 3 — инвертор на двух ячейках со средней точкол выходного трансформатора; на фиг. 4 — инвертор на трех ячейках со средней точкой выходного трансформатора.

Инвертор (фиг. 1) содержит первый мост управляемых ключей 1-4, например транзисторов, и второй мост управля- емых ключей 5-8, подключенных по цепи питания к входным выводам инвертора 9 и 10. Выходной трансформатор первой ячейки 11 имеет вторичную обмотку 12, соединенную с выходными выводами инвертора для подключения нагрузки, и две первичные полуобмогки

13 и 14, начало одной и конец другой которых подключены к выходным выводам первого моста. Выходной трансформатор второй ячейки 15 имеет две полуобмотки, соединенные между собой согласно и образующие обмотку )6, подключенную к выходу вт орого моста и имеющую два симметричных относительно середины отвода, соединенных с выводами обмоток 13 и 14.

1О

ЗО

55 вертора, равно четырем. Когда открыты транзисторы 24, 31 и 39 формируется максимальный уровень выходного напряжения, так как напряжения между точкой соединения полуобмоток и отвопом автотрансформаторов 33 и 4k суммируются с напряжением питания.

Когда открыты транзисторы 24, 32 и

40, формируется более низкий уровень выходного напряжения, так как напряжение на участке обмотки 42 вычитается из напряжения питания. Когда открыты транзисторы 24, 31 и 39, форми5 Збб

Инвертор (фиг, 2) содержит три мостовых преобразовательных ячейки.

Помимо первой ячейки с транзисторами

1-4 и трансформатором 11 и последней ячейки с транзисторами 5-8 и трансформа1ором 15, и"вертор содержит промежуточную ячейку с транзисторами 1720 и трансформатором 21, имеющим обмотки 22 и 23 с отводами. Отводы обмоток 22 и 23 соединены с выводами обмоток 13 и14, а отводы обмоток 16 соединены с выводами обмоток 21 и 22.

Инвертор (фиг.-3) содержит первую преобразовательную ячейку с ключами

24 и 25 и выходным трансформатором

26, который имеег две полуобмотки, соединенные согласно и образующие первичную обмотку 27 и вторичную обмотку 28, соединенную с выход ьми выводаки 29 и 30 инвертора. Вторая преобразовательная ячейка выполнена на транзисторах 31 и 32 и выходном трансформаторе 33, две полуобмотки которого соединены согласно-последовательно в точке 34 и имеют отводы 35 и 36, расположенные симметрично по обе стороны относительно точки 34.

Точка соединения полуобмоток 27 соединена с первым входным выводом инвертора 37, а точка 34 соединена с вторым входным выводом инвертора "8.

Выводы полуобмоток 27 соединень. с коллекторами транзисторов 24 и 25, а выводы полуобмоток тран форматора 33 соединены с эмиттерами транзисторов

31 и 32. Змиттеры транзисторов 24 и 25 соединены с отводами 35 и 36 соответственно, а коллекторы транзисторов 31 и 32 соединены с выводом 37;

В инверторе (фиг. 43 помимо рассмотренных двух ячеек введена третья ячейка на транзисторах 39 и 40 и трансформаторе 41 с полуобмотками 42, выполненном аналогично трансформатору 39. Точки соединения полуобмоток

27 и 42 соединены с выводом 37, выводы полуобмоток 42 соединены с коллекторами транзисторов 39 и 40, эмиттеры которых соединены с выводом 38.

Коллекторы транзисторов 31 и 32 соединены с отводами полуобмоток 42.

Инвертор работает следующий образси.

Когда открыты транзисторы 1, 4, 5 и 8 (фиг. 1) на обмотках трансформа торов появляется напряжение с полярностью, указанной на чертеже без скобок. При этом к полуобмоткам 13 и 14 приложено напряжение питания за вычетом напряжения между отводами обмотки Iá ° Когда открыты транзисторы !, 4, 5 и 7, напряжение на обмотке 16 становится равным. нулю и к обмоткам

13 и 14 приложено полное напряжение питания инвертора, а когда открыты транзисторы 1, 4, 6 и 7, полярность напряжения на обмотке 16 изменяется на обратную (показана в кружках) и к обмоткам 13 и 14 приложено H»Ð« ние питания в сумме с напряжением между отводами обмотки 16. Если открыты транзисторы 2, 4, 6 и 7 к обмоткам 13 и 14 приложено только напряжение между отводами обмотки 16.

Таким образом, измен"я алгоритм коммутации транзисторов инвертора можно получить четыре уровня выходного напряжения с целью регулирования(стабилиэации) его величины и (или) с целью формирования заданной ступенчатой кривой выходного напряжения. В варианте трех:ячеек (фиr. 2) можно аналогичным образом получить 13 уровней выходного напряжения.

В инверторе (фиг. 3), когда открыты транзисторы 24 и 32 к полуобмотке 27 приложена сумма напряжения питания и напряжения между отводами 3- и 35, а когда открыты транзисторы 24 и 31, к указанной полуоб.|отке прило-" жена разность напряжения питания и напряжения между отводами 34 и 35.

В другой полупериод открываются соответств нно транзисторы 25 и 31 или

25 и 32. Таким образом, в оба полупе риода на нагрузке формируется напряжение двух уровней, что может бы гь . использовано для регулирования (стабилиэации) величины. этого напряжения или для получения ступенчатой формы.

В инверторе на трех ячейках (фиг. 4) процессы происходят аналогично с той лишь разницей, что количество уровней напряжения, которые могут быть сформированы на выходе ин86бб руется еще более низкий уровень выходного напряжения, так как из напряжения питания вычитается напряжение на участке 34-35 обмотки трансфор» матора 33. Когда открыты транзисторы

24, 31 и 40,формируется самый низкий уровень выходного напряжения, так как вычитаются напряжения на участках обмоток обоих автотрансформаторов 33 и 41. Для получения равной велич ны ступеней соотношение коэффициентов трансформации автотрансформаторов 26, 33 и 41 выбирается по закону двоичного счета, т.е. 4:2:1.

В отличии от известного габариты и масса трансформаторов 15, 21, 33 и

41 существенно уменьшены, а КПД увеличен, так как они выполнены по .автотраисформаторной схеме. Кроме того, увеличение количества выходов инвер" тора вызывает увеличения ко:тичества обмоток только одного трансформатора

14 или 26, что упрощает устройство и повышает его КПД.

Формула изобретения

1, Регулируемый инвертор, содержащий И включенных параллельно по входу преобразовательных ячеек, каждая из которых имеет двухтактный коммутатор на управляемых ключах, и силовой магнитный узел, подключенный к выходу коммутатора и имеющий две полуобмотки, причем магнитный 1 узел .первой из указанных ячеек выполнен в виде трансформатора с выходной обмоткой, включенной в нагрузочную цепь, отличающийся тем, что, с целью снижения массы и габаритов, магнитные узлы всех ячеек, 40 кроме первой, выполнены в виде автотрансформатора, полуобмоткн которого имеют отводы, участок первой полуобмотки от ее начала до отвода и участок второй полуобмотки от отвода до конца любой ячейки равны по числу витков и каждый образует с одной из полуобмоток магнитного узла предыдущей ячейки-согласно-последовательную цепь, 50

2. Инвертор, по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что коммутатор каждой ячейки выполнен на четырех уп-, равляемых ключах, соединенных по мостовой схеме, выводы постоянного то- 55 ка которой соединены с входными выводами инвертора, а к выводам переменного тока подключены конец первой

73 8. и начало второй полуобмоток магнитного узла данной ячейки, причем начало первой и конец второй полуобмоток автотрансформатора последней ячейки соединены между собой, а отводы первой и второй полуобмоток автотрансформатора каждой данной ячейки соединены соответственно с началом первой и концом второй полуобмоток магнитного узла предыдущей ячейки.

3. Инвертор, по п. 1, о т л и " ч а ю шийся тем, что коммутатор каждой ячейки выполнен на двух управляемых ключах, в магнитных узлах всех ячеек начало первой полуобмотки соединено с концом второй полуобмотки и подключено к первому входному выводу инверторч в нечетных ячейках и ко второму входному выводу в четных ячейках, во всех нечетных ячейках первый силовой электрод первого управляемого ключа соединен с концом первой полуобмотки, а второго управляемого ключа — с началом второй полуобмотки, во всех четных ячейках второй силовой электрод первого управляемого ключа соединен с началом второй полуобмотки, а второго управляемого ключа — с концом первой полуобмотки, вторые силовые электроды первых управляемых ключей всех нечетных ячеек, кроме последней, и первые силовые электроды вторых управляемых ключей всех четных ячеек, кроме последней, соединены с отводами вторых полуобмоток автотранс рорматоров последующих ячеек, вторые силовые электроды вторых управляемых ключей всех нечетных ячеек, кроме последней, и первые силовые электроды первых управляемых ключей всех четных ячеек, кроме последней, соединены с отводами первых полуобмоток автотрансформаторов последующих ячеек, а одноименн |е силовые электроды ключей последней ячейки объединены и подключены к одному из входных -выводов инвертора.

Ф

4. Инвертор, по и. 3, о т л и— ч а ю шийся тем, что при четном общем числе ячеек объединены н подключены к первому входному выводу инвертора первые силовые электроды управляемых ключей последней ячейки.

5. Инвертор, по п. 3, о т л ич а ю шийся тем, что при нечетном общем числе ячеек объединены и подключены к второму входному выводу

866673 в)орые силовые электроды управляемых клочей последней ячейки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Патент СН)А Ф 3581212, «)!. 328-14, )97!.

2. Авторское

Н 505104, .кл. !!

3. Asi îðñкое

Ф 276234, кл. ц

4. Авторское

В 505!03, кл. Н

l0 свидетельство СССР

02 M 7/48, 197!. свидетельство СССР

02 М 7/48, 1968. свидетельство СССР

02 М 7/48, 1971.

866673

Составитель E. Дорошин

Редактор Н. Данкулич Техред А.Савка

Корректор С; Шекмар

Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l13035, Москва, Ж-35, Раужская иаб., д. 4/5

Заказ 8094/77

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