Способ дискретного преобразования напряжения и устройство для его осуществления

 

(72) Автор изобретения

H.È.Ïàíoìàðåíêî (71) Заявитель (54) СПОСОБ ДИСКРЕТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ц = 2 и (2) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобра-, зования электрической энергии одного качества в другое, а более конкретно — для преобразования величины, формы и частоты напряжения и тока нагрузки.

Известны способы преобразования лараметров электрической энергии путем широтно-импульсного регулирования и стабилизации величины выходного напряжения, а также формы напряжения при помощи сглаживающих фильтров и путем формирования многоступенчатого напряжения 1) и (23.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в том, что регулирование и стабилизация выходного напряжения осуществляется введением в цепь нагрузки напряжений каждой из и-последовательных преобразователей ячеек в и-зонах встречно, а в и-других зонах согласно с напряжением источника питания (3).

Вводимые напряжения преобразовательных ячеек равны между собой чли выбраны в соответствии с формулой

1 3m

1 где m = 0,1,2,..., (n-1), 1 — напряжение первой секции.

На нагрузке возможно формирование

1О зон (уровней) напряжения. При этом в пределах каждой зоны регулирование осуществляется широтно-импульсным методом, что предполагает наличие на входе и выходе устройства сглаживающих фильтров °

Основным достоинством этого способа является возможность осуществления практически всех видов преобразования электрической энергии: регулирование и стабилизация напряжений, токов и частоты, инвертирование, конвертирование, усиление сигналов низкой частоты, модулирование напряже892610

45

50 — Х-А (3) 55 ний и токов, а в многофазных схемах— симметрирование, компенсация мощности искажений и фазовых сдвигов и т.д.

Другим достоинством способа является возможность получения заданных пара метров энергии, в том числе заданной формы выходного напряжения без введения в силовую цепь сглаживающих фильтров. Это в свою очередь дает возможность существенно уменьшить массу преобразователя, увеличить быстродействие системы автоматического регулирования, уменьшить уровень радиопомех.

Однако при этом требуется вводить большое количество преобразовательных ячеек звена повьппенной частоты, представляющих собой мостовые преобразователи, на одной стороне которых включены обмотки (секции) силового трансформатора. Вторые стороны преобразователей соединены между собой, с основным источником питания и выходной цепью последовательно. Вторая сторона силового трансформатора подключена к мостовому преобразователю, который присоединен к зажимам источника питания.

Кроме того, недостатком способа и устройства является то, что чем вьппе требования к качеству выходного напряжения, тем большее число требуется вводить последовательных преоб" разовательных ячеек. Это приводит к усложнению силовой схемы и схемы управления, к снижению надежности, к увеличению потерь. Последнее особ енно не благ оприя тно при пре образ овании относительно низких напряжений большой мощности. При этом масса преобразователя будет все же относительно большой.

Цель изобретения — упрощение an" паратурной реализации, повьппение КПД; уменьшение массы, повышение надежности и получение заданной формы регулируемого в широком диапазоне выходного напряжения с любым наперед заданным минимальным отклонением ис тинного мгновенного значения регулируемой величины Х от заданного значения этой же величины А при повышенном быстродействии.

Пос тавленная цель дос тигается путем ввода в выходную цепь напряжений и-дополнительных уровней напряжения

1О

30 в и-зонах встречно, а в и-других зонах согласно с основным напряжением

1 о с ущес твля емог о с помощью управ ля емых ключей для достижения заданного уровня выходного напряжения, дополнительные уровни напряжений формируют путем выборки их из множества уровней, определяемых первым функциональчым рядом, а подуровни напряжений в пределах основного и каждого дополнительного уровней напряжений вторым функциональным рядом. При этом наименьший из уровней задают по величине напряжения не большим, чем величина допустимого отклонения выходного напряжения от заданного, а другие в целое число раз больше наименьшего и вводят указанные уровни в выходную цепь встречно и согласно между собой и по отношению к основному напряжению с дискретностью выходного напряжения, равной или кратной напряжению наименьшего из подуровней при выведенном, а затем при введенном основном напряжении питания и наоборот из условия достижения в любой момент времени величины и формы выходного напряжения с заданной точностью. Более конкретно в качестве первого функционального ряда задают ряд геометрической прогрессии: и

U = U S.(d5 + 1)", (4) а в качестве второго ряд арифметической прогрессии из условия, что отношение напряжений каждого из Sподуровней каждого дополнительного уровня напряжения к наименьшему из подуровней этого же уровня напряжения задают рядом

1,2 3... (S - 1), 5 (5) отношение напряжений каждого из m подуровней основного уровня напряжения K наименьшему из подуровней это— го же уровня рядом

),2,З,... (m - l)1 m (6) а найряжение наименьшего подуровня основного напряжения питания задают выражением

0 1(" " С (7) дискретность выходного напряжения при равномерном квантовании его по уровню, обеспечивают комбинированием числа, величин и полярностей подуровйей основного и дополнительных

5 89?61 уровней напр>ькенпй, одновременно вво-. димым в выхолпую цепь с помощью управннеглых ключей, задавая общее число уровней выходного напряжения в пределах одной полярности выражением

q ц (1 г шр)» m (dS + 1)"-1 ч,= д

10 причем обозначения в вышеприведенных выражениях имеют следующие значения:

U — напряжение наименьшего из уровней, равное шагу квантования, n„ — номер дополнительного уровня напряжения, где

n „= l,2 3 ... (n — l},n (10)

Sl — номер подуровня в пределах каждого дополнительного уровня напряжения, где

S (=- 1,2,3...(S - l),S (11)

n — общее число дополнительных уровней напряжения;

S — общее число подуровней в пределах каждого дополнительного уровня напряжения;

m — общее число подуровней в пре- 30 делах основного уровня напряжения, d — число, характеризующее возможность одновременного ввода в выходную цепь дополнительных уровней напряжений согласно и (или) встречно между собой в любых возможных сочетаниях и принимающее значения 0,1,2; — число, характеризующее возможность вывода из выходной цепи одного или нескольких любых дополнительных . gg уровней напряжений питания при любых возможных сочетаниях одновременно выводимых уровней напряжений и принимающее значения 0,1;

1 — число, характеризующее возмож- .ность ввода в выходную цепь дополнительных уровней напряжения при выведенном основном уровне напряжения и принимающее значения 0,1;

p — число, характеризующее возможность ввода в выходную цепь дополнительных уровней напряжения встречно или согласно, либо встречно и согласно с каждым из m-подуровней основного уровня напряжения и принимаюЫ шее значения 0,1,2.

Предлагаемый способ может. быть

ii<.ëèестггпен с помощью устройства, i):гс t æëøe! 0 Основ ноп и и дополни Гель

0 Ь ных источников питания, которые соединены последовательно, при этом один из крайних дополйительных источников питания связан с выводом основного источника питания, а другой — с выходным выводом, если основной и каждый дополнительный источники питания снабжены соответственно (m + 1) и (S + 1) на фазу выводами с переключателями уровней и блоком реверса выходного напряжения каждого из указанных источников питания.

Способ может быть реализован также с помощью устройства, содержащего в качестве дополнительных источников питания вторичные обмотки силового трансформатора, присоединенных к последовательно соединенным мостовым или нулевым зашуитированным управляемыми ключами, преобразователям на управляемых ключах, и в котором одна из крайних обмоток связана с выводом основного источника питания через управляемые ключи связанного с этой обмоткой преобразователя, а .первичная обмотка присоединена через мостовые или .нулевые преобразователи к первичному источнику-питания, если вторичные обмотки снабжены отпайками с переключателями уровней, а связанная с выводами основного источника вторичная обмотка связана аналогично через дополнительные прерыватели с остальными m-выводами основного источника питания. Способ может быть реализован и с помощью устройства, содержащего основной источник питания и и-отдельных силовых трансформаторов, вторичные обмотки которых присоединены к последовательно соединенным мостовым или нулевым преобразователям и в которой одна обмотка крайнего иэ преобразователей связана через ключи с выводами основного источника питания, обмотка другого крайнего преобразователя связана с выходным выводом, а первичная обмотка каждого трансформатора присоединена через отдельггый мостовой или нулевой преобразователь к выходу основного источника питания. Способ может быть реализован с помощью упрощенного устройства, в котором вторичные обмотки и-отдельных силовых трансформаторов соединены между собой последовательно, одна иэ крайних последовательно соединенных обмоток связана через управляемые ключи с выводами основного источника пита89261 ния, а другая — с выходным выводом, при этом одна из обмоток каждого трансформатора зашунтирована управляемым ключом, при этом первичная обмотка каждого трансформатора также как и в выше описанном варианте, присоединена через отдельный мостовой или полумостовой преобразователь к выходу основного источника питания.

В этом варианте потери в последова- 1О тельной цепи уменьшены s (m — 1) раз по сравнению с другими вариантами.

На фиг. 1-6 представлены устройства для осуществления предлагаемого способа преобразования напряжения на фиг. 7 показаны диаграммы напряжений на фиг. 8 — пример алгоритма работы устройства.

Способ дискретного преобразования реализуется с помощью обобщенного . устройства (фиг.1), содержащего суммирующую цепь из дополнительных источников питания 1,2,Э...р с нереключателями уровней и блоками. реверса выходного напряжения, а также ос- 25 новной источник питания (п + 1) с нереключателем уровней и блоком ре" верса выходного напряжения. Для формирования уровней выходного нанряжения по предлагаемому способу от нулевого уровня до максимально возможного при равномерном квантовании уровни выходного напряжения разделяют на ряд характерных зон (фиг,7а)3 иэ кото"

Z -- 1 +13р (12) 1 2 (ф п-4 (dS+ ) (dS+1) (dS+1) - — — — (1) 2 2(dS + 1) 2(dS + 1) 2(dS + )) — - — — 2(dS + 1)

Ъ т3-1

3(dS + I) 3(Й3 + I) 3(dS + 1) — — — — 3(dS + 1) (13)

Ь n-) S(dS + 1) S(dS + 1) 8(48 + 1) — — — — S(dS +

0 п-1 рованы в пределах одной полярности суммирук(щей цепью совместно с основным источником питания (фиг.7а) равно произведению общего числа уровней

g, сформированных суммирун)щей цепью, У на число зон 2 плюс m дополнительных

55. уровней, размещенных между зонами и определяются по формуле (3). При формировании двухполярных выходных напряжений, при необходимости изменеЕсли напряжения уровней дополнительных источников питания соответствуют матрице (13), то общее число уровней, которые могут быть сформированы суммирукщей цепью при равномерном шаге квантования по уровню определяется как сумма геометрической прогрессии нижней строки матрицы, т.е. формулой (9). Общее число уровней, которые могут быть сформиО 8 рых первая формируется при выведенном основном источнике питания. Эта эона затем не повторяется в пределах одной полярности выходного напряжения. Другие зоны формируются при введенном основном источнике питания (или какой-либо ступени основного источника питания, имеющего более двух выводов) и периодически повторяются. Так как напряжения в суммирующую цень в общем случае могут быть введены встречно и согласно с напряжением основного источника питания (р 1), то общее число зон

Зоны ориентированы по отношению к уровням основного источника симмет" рично. Между первой зоной и каждой парой последующих зон размещено еще по одному уровню (фиг.7a). Общее число таких дополнительных уровней равно а, т.е. числу уровней напряжений основного источника питания, С целью получения любого уровня выходного напряжения во всем диапазоне с заданной дискретностью при наименьшем числе дополнительных источников питания, напряжения на ступенях всех дополнительных источников питания задают согласно выражений (4 и 5), а отношения этих напряжений — матрицей размером ndS:

892610 10 ния фазы выходного нанряжения или при преобразовании частоты, общее число уровней получают вдвое больше

q= 2(ц У+в)

Вторая половина уровней на диаграмме 1асполагается ниже оси абсцисс.

На диаграмме (фиг. 7а) вторая половина уровней не показана.

Предположим, что преобразователь (фиг.1) собран на источниках постоянного тока (например, на аккумуляторах с отпайками и переключателями выводов и полярности). С помощью переключателей выводов любой из источников вводят в выходную цепь питания на любом из уровней. Так на фиг.1 переключатель выводов основного источника питания установлен в положение Ug (уровень 1), в дополнительном источнике 1 — в положение

0 (уровень 1), в источнике 2 — в положение 0 (уровень 2), в источнике п — в положение U (уровень О).

С помощью мостового переключателя полярности, которым снабжен каждый дополнительный источник питания (фиг.1), каждый иэ дополнительных источников питания можно ввести в цепь питания с любой полярностью по отношению к основному источнику питания. Так, на фиг.1 полярность напряжения дополнительного источника совпадает с полярностью напряжения основного источника (n + 1), а дополнительного источника 2 — противоположна ему. В выходной цепи напряжение равно алгебраической сумме напряжений всех источников питания. Минимальная величина выходного напряжения равна нулю, если во всех источ- .

40 никах питания установлен нулевой уровень. Выходное напряжение максимально, если во всех источниках питания установлен наибольший из уровней (уровень а и S на фиг.1) и если выходные напряжения всех дополнительных источников питания совпадают по направлению с напряжением осндвного источника питания. Промежуточные значения выходных напря- 5О жений получают соответствующим переключением выводов источников питания и переключением полярностей напряжения вводимого источника питания. При этом дополнительные источники пита- ы ния, включенные согласно с основным, вводят энергию в цепь нагрузки, а источники, включенные встречно - отводят ее из этой цепи. В первом слу" чае аккумулятор разряжается — режим ввода энергии в цепь нагрузки, а во втором случае аккумулятор заряжается — режим отдачи энергии. Аналогичными режимами ввода и отдачи энергии должны быть обеспечены все рассматриваемые устройства не зависимо от схемных различий.

Дальнейшее пояснение сделаем на конкретном примере, предположим, что в формулах (8,9):

f=1, S=2, d=2, n=2, 1=1, m=2, р=г шаг квантования по напряжению 0„= 1В.

Заданным параметрам соответствует структура, показанная в упрощенном виде на фиг .1 при условии, что дополнительных источников питания будет только два и они будут иметь так.же, как и основной источник питания толь- ко по три вывода на один источник питания. Тогда согласно матрицы (1Э) напряжение уровней источника должны быть равны соответственно: 0.1,1 = 1 В, U4g 2 В, напряжение источника 2—

Ug<- =5 В и Qy 10 В. Напряжения уровней основного источника, определяемые по формулам (6,7 и 9), равны соответственно Up< 25 В и Upy- =50 В.

Согласно формуле (8), при заданных параметрах возможно получение на выходе 62-ух уровней постоянного напряжения, условно изображенных на фиг.7а. Алгоритм получения этих уровней может быть представлен таблицей (фиг.8), в которой код "0" означает, что выходное напряжение источника равно 0. Коды 1 и минус 1 для любого из источников означают включение их в цепь нагрузки соответственно с прямой или обратной полярностью.

Задание необходимого уровня и полярности выходного напряжения любого источника питания осуществляется переключателями уровней и блоками реверса напряжения соответственно.

Выходное напряжение U равно алгебраической сумме напряжений всех источников, включенных в данный момент в цепь нагрузки.

Положение переключателей уровней на фиг.1 для структуры отвечающей условию (15) соответствует коду 17.

На фиг.7б показаны диаграммы напряжений всех источников питания (Uoy

0„„, 0„„), а также выходного напряже892610 l2

50

55 ния U, полученного графическим сложением напряжений 0, U <. Ц,, т.е.

1 1

О, = Ugq+ Uqq + 0 = 25 + 1 — 10

16 В

Точно так же может быть получен любой другой из 62-ух уровней напряжения. В табл.8 показаны не только коды ввода напряжений Ц1, U0, О, 1 1

%, 021, 011, но и величины выходного напряжения (U ) для всех уровней.

Из таблицы следует, что при заданных параметрах структуры и шага квантования 1 В, выходное напряжение можно регулировать с дискретностью 1 В в пределах от 0 до 62 В при входном напряжении 50 В.

Реализация способа устройствами фиг.2-6 аналогична описанной. Устройства фиг.2-6 отличаются от устройст ва фиг.l исполнением переключателей уровней и блоков реверса выходного напряжения ° Устройство, показанное на фиг.2, содержит в качестве дополнительных источников питания последовательные преобразователи 1-3, ко-. торые в совокупности составляют суммирующую цепь, а также преобразова- i тель 4, присоединенный параллельно по отношению к источнику питания и дополнительную пару управляемых ключей блока 5. Преобразователи 1-4 связаны силовым трансформатором б, имеющим три обмотки 7-9 суммирующей цепи и обмотку 10, присоединенную через преобразователь 4 к первичному источнику питания. Преобразователь

1-3 содержит управляемые ключи 11-16.

При этом общая точка соединения пары управляемых ключей 11 и 12 суммирующей цепи присоединена к выводу

17 основного источника питания, а два других вывода этой пары присоединены к выводам 18 и 19 дополнительной опары 20 и 21 блока 5, а общая точка соединения этой пары (ключи 20 и 21) присоединена к другому выводу источника питания 22. Преобразователь 4 выполнен на управляемых ключах 23-26.

Устройство управляется от блока управления 27.

Устройство фиг.3 отличается от устройства фиг.2, тем что обмотки

7-,10 выполнены со средним выводом без отпаек, В каждый преобразователь суммирующей цепи введен дополнительный управляемый ключ 28, присоединенный к среднему выводу обмотки и к общей точке соединения управляемых ключей 11 и 12 преобразователей !-3 суммирующей цепи, и к общей точке дополнительной пары управляемых ключей 20 и 21.

Устройства, показанные на фиг.4-6 выполнены не на одном, à íà и-трансформаторах 6, 29, 30 (по числу обмоток 7-9 суммирующей цепи). На фиг.4 преобразователи 1-3 суммирующей цепи и преобразователи 4, 31, 32 выполнены со средним выводом обмоток 7-10

33 и 34.

Суммирующая цепь устройств фиг.5

/ и 6 имеет только один преобразователь, а обмотки 7-9 суммирующей цепи включены последовательно в цепь этого преобразователя по схеме со средним выводом. Одна из обмоток трансформаторов 6, 29, 30 зашунтирована управляемым ключом 35. На фиг.б представлено устройство, в котором блок 5 содержит не одну, а три дополнительные пары управляемых ключей (20-21, 36-37, 38-39), общие точки соединения которых присоединены к выводам ступеней первичного источника питания 40, 41 и 22. Устройства фиг. 4-6 могут быть выполнены не . только по нулевым схемам, но и на мостовых преобразователях ° Другие исполнения предлагаемых устройств отличаются не только числом и исполнением источников питания, но и родом напряжения, числом фаз. Из отдельных подобных устройств могут быть построены практически все виды известных преобразователей напряжения и частоты;

Во всех схемах фиг.2-5 ключи 11, 12, 23, 21 а в схеме фиг.б ключи 11, 1 2, 20, 21, 36-39 выполняют функцию переключателей уровней. Необходимая полярность (фаза) выходного напряжения достигается специально организованным управлением преобразователями устройств, Количество дополнительных пар управляемых ключей может быть любым числом и выбирается по числу уровней напряжений первичного источника питания из ряда 1,2,3... (m - l),m. Общее количество ступеней силового трансформатора также может быть любым из ряда 1,2,3 ... (S - 1),, а количество обмоток суммирующей цепи иэ ряда 1,2,3...(п - l),ï.

В общем случае суммирующая цепь может быть представлена в виде последовательйо соединеннь1х источников питания, аккумуляторов, электромапиш13

892610

30 ных генераторов и т.п. Полярность (фаза) выходного напряжения мажет изменяться не только с помощью нулевых или мостовых переключателей (преобразователей), но и с помощью внутренних блоков реверса, например, путем изменения полярности обмотки возбуждения, если в качестве источников питания взят электромашинный генератор постоянного тока. Если ос- 10 новной источник питания снабжен блоком реверса, то уровни выходного напряжения можно формировать во времени в положительной и отрицательной полуплоскостях диаграммы выходного напряжения.

В устройствах фиг.2-6 режим ввода энергии в цепь нагрузки и режим отдачи энергии обеспечиваются переводом преобразовательных ячеек из инверсного режима в выпрямительный и наоборот. В устройствах на электромашинных генераторах переводом генеpampa в режим двигателя, а двигателя в режим генератора и т.п.

Принцип действия устройств, показанных на фиг.2-6, аналогичен описанному, так как эти устройства отличаются от устройства фиг.l лишь только типом дополнительных источников

I питания и переключателями выводов и полярностей (фаз) выходных напряжений. Для уяснения принципа действия устройств фиг.2-6 достаточно пояснить как в этих устройствах реализуются функции обозначенные симво35 лами f, d, 1, р.

Возможность f = 1 вывдда из суммирующей цепи одного или нескольких дополнительных источников питания

40 при любых возможных сочетаниях одновременно выводимых источников .(обмоток) реализуется периодическим отпиранием ключей !1-15-23-24, а затем ключей !2-16-25-26 (фиг.2); отпиранием ключа 28 и запиранием ключей

1!-12 при переключении. ключей 23 и

24, по циклу 23-24 (фиг . 3); отпиранием ключей 11-12 при запертых ключах

23-24 соответствующего преобразователя (фиг.4) отпиранием ключа 35 при запертых ключах 23 и 24 (фиг.5,6).

Возможность d = --1 ввода источников питания при различных числах одновременно вводимых источников означает перевод всех одновременно SS

-;водимых источников питания только в режим ввода или только в режим отдачи энергии. Возможность d = 2 ввода источников питания при различных числах одновременно ввсцимых дополнительных источников питания означает перевод одной части их з резям ввода, а другой части в режим отдачи энергии.

Ввод энергии дополнительных источников питания в суммирующую цепь достигается следующим образом.

По циклу (11-!4-23-24) — (1Л-1.3-25-26) — на 1-ой ступени трансформатора 6, по циклу (12-)5-23-25) — » (11-16-25-26) на 2-ой ступени, по .циклу (12-14-23-24) — — (11-!3-25-26) — на 3-ей ступени (фиг.2), по циклу (11-23) — (12-24) фиг.3-6.

Отдача энергии иэ суммирующей цепи достигается следующим образом.

По циклу (12-13-23 24) — +- ()l-l4-25-26) на !-й ступени, по циклу (1)-1 5-23-24) — 1 (1 2-1 5-25-26) на

2-ой ступени, по циклу (ll-)3-23-24) †» (12-14-23-24) на 3-ей ступени (фиг.2), по циклу (!1-24)— — » (12-23) фиг.3-6.

Воэможность I 1 ввода выходного напряжения в цепь нагрузки при выведенном напряжении основного источника питания реализуется управляемыми ключамн 20 и 2! дополнительного блока 5 (фиг.2-6) при работе их по. приведенным циклам с .заменой ключа

11 на 21,. ключа 12 на 20.

Ввод выходного напряжения суммирующей цепи в цепь нагрузки при введенном основном источнике питания осуществляется в устройствах фиг.2-6 при запертой паре ключей

20 и 21 дополнительного блока 5 и работе одной из аналогичных пар.

Число р ), если напряжение сумми.рующей цепи вводятся только встречно или только согласно с напряжением основного источника питания. Если же напряжение суммирующей цепи вводйтся согласно и встречно с напряжениями основного источника питания, то р = 2.

Число уровней выходного напряжения может быть получено намного больше, чем в выше описанном примере.

С увеличением п и S.число уровней резко возрастает. Так с помощью устройства фиг.2 (1=), р=2, S=, о=3, Ф=!., d=2) можно получить ос = 171 уровней. Общее число уровней q npu

n =..3 будет 514, При n = 6 по схеме фиг.2 может быть получено 176473

15 8926 уровней выходного напряжения в пределах одной полярности. Эт, например, означает, что регулирование выходного напряжения от О до 176, 473 В возможно ступенями (дискрет5 но) через 2 мВ, т.е. с точностью не ниже O,ОООЗХ от верхнего предела.

Для формирования 176473 уровней по известному способу потребовалось бы 88236 последовательно соединенных 10 блоков вместо 6 по предлагаемому. На практике не потребуется формирования сотни тысяч уровней, однако при синтезе преобразователей частоты и напряжения, регулируемых в широком ди- 15 апазоне, потребное число уровней может достигать нескольких сотен и даже быть больше тысячи.

Увеличение числа уровней не приводит к увеличению расчетной мощности преобразователя в целом. Относительная расчетная мощность, определяемая по формуле (16) 35 уменьшается почти в 1,7 раза по сравнению с известным нри-1 1 m 1.

При увеличении числа щ расчетная мощность уменьшается более чем в

l „7 раза. Масса устройства также уменьшается, хотя и ие строго в соот-, ветствии с формулой (16) . С уменьшением числа полупроводниковых точек (особенно соединенных последовательно с нагрузкой), а также с уменьшением величины преобразуемой мощности существенно уиеньшаотся потери s ,предлагаемом устройс юе. Для получения одних и тех же энергетических показателей по предлагаемому способу

40 потребуется существенно меньшее чис-., ло элементарных ячеек, следовательно, упростится схема управления и устройства в целом, .повысится его надежность и расширятся функциойаль- 45 ные воэможности.

Таким образом, при использовании предлагаемого способа преобразования электрического напряжения обеспечиваются по сравнению с существующими способами следующие преимущества: возможность существенно увеличить число уровней выходного напряжения при одном и том же числе элементартурной реализации повышения быстро- 55 действия и получения заданной формы и стабильности выходного напряжения, с любым наперед заданным минимальным отклонением, дополинтелыые уровни напряжений формируют путем выборки их из множес тва уровней, определяемых первым функциональным рядом, а подуровни напряжений в пределах основного и каждого дополнительного уров,ней напряжений — вторым функциональных преобразовательных ячеек или при заданном числе уровней уменьшить число ячеек, что дает возможность упростить устройство в целом и повысить его надежность, расширить функциональные воэможности, улучшить коэффициент гармоник и т.п.; увели-. чить КПД так как предлагаемый способ позволяет при глубоком квантовании энергии существенно уменьшить величину преобразуемой энергии, уменьшить число элементарных преобразователей ячеек, исключить последовательное соединение силовых ключей уменьшить массу, так как способ позволяет иск-. лючить сглаживающие фильтры, уменьшить величину расчетной массы, упростить схему при сохранении других положительных свойств известного способа и устройства таких как возможность реализации многих видов преобразования энергии, быстродействия, высокий коэффициент мощности.

Формула изобретения

1. Способ дискретного преобразования напряжения путем ввода s выходную цепь напряжений п-дополнительных уровней напряжения в и-зонах встречно, а в и других зонах согласно с основным уровнем напряжения, осуществляемого с помощью управляемых ключей, о т л и ч. а ю шийся тем, что, с целью упрощения аппараным рядом, причем наименьший из уровней задают по величине напряжения не большим, чем величина допустимого отклонения выходного напряжения от заданного, а другие — в целом числе раз больше наименьшего и вводят указанные уровни в выходную цепь встречно и согласно между собой и по отношению к основному уровню на-, пряжения с дискретностью выходного напряжения, кратной напряжению наименьшего из подуровней при выведенном, а затем при введенном основном напряжении питания и наоборот, из условия достижения в любой момент времени и формы выходного напряжения с заданной точностью.

2. Способ по и.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что первый функпио17

892610 а напряжения наименьшего из подуровней основного напряжения задаются вы20 ражением

"м- (Р ) дискретность выходного напряжения при равномерном квантовании его по уровню обеспечивают комбинированием числа, величин и полярностей подуров-. ней основного и дополнительных уровней напряжений, одновременно вводимых в выходную цепь с помощью управляемых ключей, задавая общее число

30 уровней выходного напряжения в пределах одной полярности выражением

q qG(1 ер) ™ 2 (dS+1) -1 (1 ФВ 2 где

35 причем обозначения в выше приведенных выражениях имеют следующие значения:

U — напряжение наименьшего из уровней, равное шагу квантования, и. — номер дополнительного уровня

1 напряжения, где п „1,2,3... (n " l),n, Ь,1 - номер подуровня в пределах каждого дополнительного уровня напряжения, где

S; = l,2,3...2(5 - 1),S

50 п — общее число дополнительных уровней напряжения;

S — общее число подуровней в пределах каждого дополнительного уровня напряжения, m — общее число подуровней в пределах основного напряжения питания;

d — число, характеризую212ее возможность одновременного ввода в вынальный ряд задают рядом геометрической про ессии

U с (d S + 1) 1 1

1 1 1 а второй ряд — рядом арифметической . прогрессии из условия, что отношения

5 напряжений. каждого из !з-подуровней каждого дополнительного уровня напряжения к наименьшему иэ подуровней этого же уровня напряжения, ис1О точника задают рядом

1,2,3...(S - l),5 отношения напряжений каждого иэ в подуровней основного уровня напряжения к наименьшему из подуровней этоIS

ro же напряжения рядом

1,2,3... (m - 2 ),m ходную цепь дополнительных уровней напряжений согласно и (или) встречно между собой в любых возможных сочетаниях и принимающее значения 0,1,2;

f — число, характеризующее возможность вывода из выходной цепи одного или нескольких любых дополнительных уровней напряжений при любых возможных сочетаниях одновременно выводимых уровней напряжений и принимающее значения 0,1;

1 — число, характеризующее возможность ввода в выходную цепь дополнительных уровней напряжения при выве- денном основном уровне напряжения и принимающее значения 0,1, р — число, характеризующее воэмож" ность ввода в выходную цепь дополнительных уровней напряжения встречно или согласно, либо встречно и согласно с каждым из m-подуровней основного уровня напряжения и принимающее значения О, l, 2. .3. Устройство для осуществления способа по пй. l и 2, содержащее основной и п-дополнительных источииkos питания, которые соединены последовательно, при этом один из крайних дополнительных источников питания связан с выводом основного источника питания, а другой — с выходным выводом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения массы и повышения КИД, основной и каждый дополнительный источники питания снабжены соответственно (m + l) и (S + 1) на фазу выводами с переключателями уровней и блоком реверса выходного напряжения каждого из,указанных источников питания.

4. Устройство по п.3 содержащее в качестве дополнительных источников питания вторичные обмотки силового трансформатора, подсоединенные к последовательно включенньм мостовым или нулевым преобразователям на управляемых ключах зашунтированным управляемыми ключами, и в котором одна из краййих вторичных обмоток связана с выводом основного источника питания через управляемые ключи, связанного с этой обмоткой преобразователя, а первичная обмотка присоединена че,рез мостовые или нулевые преобразовател22 к первичному источнику питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что вторичные обмотки снабжены отпайками с переключателями уровней, а связанная с выводом основного источника

89261ц вторичная обмотка связана аналогично через дополнителып е управляемые ключи с остальными m-выводами основного источника питания.

$. Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве дополнительных источников питания и-отдельных силовых трансформаторов, вторичные обмотки которых присоединены к последовательно соединенным 10 мостовым или нулевым преобразователям, при этом одна обмотка крайнего из преобразователей связана через дополнительные прерыватели с выводами основного источника питания, обмотка другого крайнего преобразователя связана с выходным выводом, а первичная обмотка каждого трансформатора присоединена через отдельный мостовой или нулевой преобразователь к выходу основного источника питания.

6. Устройство по п.$, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что вторичные обмотки и-отдельных силовых трансформаторов соединены между собой последовательно, одна из крайних послецова> ель>10 rоединен>я»>х Обмоток снй зли»! через управляемые ключи с выводами основного источника питания, а другая — с вьгходным выводом, >IpH этом одна из обмоток каждого трансформатора зашунтирована управляемым кпючом.

Ис точ ники информа ции, принятые во внимание при экспертизе

1. Малышков Г.М., Соловьев И.H.

Однофаэные инверторы в классе Ц.

"Электронная техника в автоматике", 1976, вып. 8, с. 136.

2. Тонкаль В.F,,Липковский К.A ..,, Тонкаль С .С . Магнитнотиристорные преобразователи частоты с улучшенным гармоническим составом выходного напряжения, Сб. Магнитные элементы непрерывного действия. М., "Наука", 1972, с. 2$.

3. Кобзев А.В., Михальченко Г,Я., Тараскин А.А. Преобразование параметров электрической энерг»ии модуляционным методом в системах со звеном повышенной частоты. Сб. Магнитно-вентильные преобразователи напряжения и тока. Томск, 1976, с. 81 (прототип) .

892610

Ф юРа

- гг

0 0

0 0

0 0

0 1

12

1 -1

0 -1

1 1

-1 Р

f 0

1 0 о

0 -1 д д

Р -1

0 0

Составитель Г.Мыцык

Техред А, Савка Корректор Е. Ротко

Редактор Н.Кончицкая

Заказ

r. Ужгород, ул, Проектная, 4

ППП

"Патент", Филиал

11275/80 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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