Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное

 

О П И С А Н И Е ()944025

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Социалистических республик

/ (61) Дополнительное н авт. свил-ву (22) Заивлеио 29.07.80 (21) 2967438/24-07 (51) Я К,и

3 с присоединением заявки 34Н 02 М 7/48

3Ъеудеротиеииый комитет

СССР (23) Приоритет ио делим изабретеиий и открьпий

Опубликовано 15.07.82. Бюллетень Мт 26

Дата опубликования описания 15.07.82 (5Ç) УДК 621. .314 572 (088.8) К.А. Липковский, А. В. Новосельцев, Л. П. Меф ничитс "-.и С. В. Непогодьев

1

Институт электродинамики АН Украинской ССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ

ПЕРЕМЕННОЕ

1

Изобретение относится к силовой йреобразовательной технике и может быть использовано для формирования переменного напряжения ступенчатой формы с малым коэффициентом гармоник.

Известен преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое перемен-: ное, содержаший источник питания, соединенный посредством тиристорных ключей с многообмоточным трансформатором (j ). p

Однако в данной схеме при увеличении числа ступеней в выходном напряжении преобразователя необходимо добавление двух дополнительных ключей и двух секций в первичной обмотке силового >s трансформатора на каждую следуюшую ступень, что обуславливает большую установленную мошность ключевых элементов при формировании напряжения с малым коэффициентом гармоник.

Известен также преобразователь постоянного напряжения в многост"упенчатое переменное, содержащий специальный

2 блок формирования ступеней с выходным инвертором, собранным по мостовой схеме. Схема выгодно отличается от предыдущей тем, что добавление одного (N +1)-го источника напряжения приводит к увеличению числа ступеней на величину

2 при добавлении лишь одного (11+4)-го и тиристора и одного (M+4)-го неуправляемого вентиля (1).

Недостатком такого преобразователя является низкий КПД иэ-за потерь энергии в последовательно включенных ключевых элементах, работаюших при сравнительно низких уровнях питаюших напряжений.

Наиболее близким по технической cymности является преобразователь постоянного напрякения в переменное ступенчатой формы с использованием секционного источника питания, каждая из секций которого посредством двух ключей переменного тока, двух дополнительных ключей и силового трансформатора, образуюших в совокупности мостовую схему инвертора.

3 944 формирует одну ступень выходного напряжения преобразователя (13.

КПД такого преобразователя достаточно высок, но число ступеней выходного напряжения здесь равно числу источников питания, а число вентилей — 2(й +1).

Однако устройство характеризуется сложностью конструкции.Цель изобретения — упрощение преобра.зователя при формировании напряжения с малым коэффициентом гармоник..

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь постоянного напряжеI ния в многоступенчатое переменное с ис- : пол ьзованием секционированного источ- ника питания, каждая из N секции которого посредством ключей переменного тока соединена с первичной обмоткой силового трансформатора, вторичная обмотка которого образует выход преобразователя, первичная обмотка силового трансформатора выполнена с отводами, делящими ее на N секций, каждая из которых посредством ключей переменного тока соединена с соответствующей секцией источника питания, причем крайние выходные выводы последнего через ати ключи соединены с отводом и выводом крайней секции первичной обмотки. В результате число ступеней выходного напряжения равно 2N -3, а число используемых ключевых алементов - (N+1).

На фиг. 1 приведен вариант схемы пре образователя постоянного напряжения в переменное трехступенчатой формы, на фиг. 2 - преобразователь постоянного. напряжения в переменное пятиступенчатой формы; на фиг, 3 - временные диафрагмы, поясняющие работу преобразователя на фиг«1 °

Преобразователь постоянного напряжения в переменное трехступенчатой формы содержит секционированный источник питания 1 иэ трех секций 2-4, четыре ключа переменного тока 5-8, силовой трансформатор 9, имеющий первичную обмотку из трех секций 10-12 и вторичную обмот ку 13, нагрузку 14.

Преобразователь работает следующим образом.

В соответствии с временной диафрагмой замыкания (размыкания ) ключей переменного тока 5-8, приведенной на позициях 15-18 фиг: 3, на нагрузке 14 преобразователя формируют переменное напряжение 19 трехступенчатой формы.

При замыкании ключей 6 и 7 формируют первук 5 и 7 — вторую, 5 и 6 — третью ступенькИ положительной полуволны вьь025 ф ходного напряжения преобразователя, а при замыкании ключей 5 и 8, 6 и 8, 7 и 8 - те же ступеньки, но отрицательной полуволны.. Оптимальное значение коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя достигается соответ-. ствующим выбором длительностей и амплитуд ступеней напряжения 19, т. е. длительностью замыкания (размыкания)

I0 ключей переменного тока, числом вит-, ков секций первичной обмотки силового трансформатора и уровнями напряжения секционированного источника питания.

Пусть а, с, с3, .... с - число

15 вольт на виток для 1, 2, 3, .... n ступени выходного напряжения преобразователя по первичной обмотке силового трансформатора, а Ъ „, Ь 1 5 ° ° b то же, по вторичной обмотке. Тогда чио20 ло витков секцИи %I, %, Фз, ... %п силового трансформатора и уровня Е1, Е, Е, „. Е напряжения секционированного источника питания определяются при совместном решении системы уравнений:

25. Ц, = Ь.1, gg -Ь; D3 — Q3 ...с -tlat записанной для периода выходного напряжения преобразователя, где неоднозначность решения устраняется выбором одного из уровней напряжения секционироЗО ванного источника питания.

В соответствии с временной диаграммой работы ключей переменного тока 5-8 для трехступенчатой формы выходного напряжения получаем зз E«, Eg+E E E«

a,= а,=

<4 = — б

1 Ж, " %<«%+ Ъ %, =%,ф,«Щ, Е «Е E «E «Е д =; 1 9. 3

Wq«Wq ь= щ

3 где Е,. E, Е3 «уровни напряжения секций 2-4 источBMKB IIm B IIH$I

Ф/., Clg, F3- число витков секций

10-12 силового

45 тра нсформатора.

Предположим, что необходимо получить выходное напряжение преобразователя трехступенчатой формы с уровнями ступеней 30 В, 45 В, 60 В. Выбираем E =

6 В (величина этого напряжения определяет достигнутый режим работы силового

В трансформатора по числу вольт на виток, например, 0,4 В (виток). Тогда; Щ=

15 витков; Ф3=0,4, Ь1 =0,2; Sq =0,3;

Ь3 04 Ь4 02 =0,3; =04 (В/витков). Откуда иэ уравнений (1) получаем ЕЗ =3 В, % =15 витков,%3=75 витков, Е =21 В.

5 9440

Аналогичным образом работает преобразователь с пятиступенчатым выходным напряжением (фиг. 2).

Таким образом, в заявляемом устройстве за счет введения промежуточных вы- 5 водов первичной обмотки силового трансформатора, образующих секции, использование другого соотношения витков этих секций и новых соединений ключевых элементов, позволяет. сократить число ключе-1О вых алементов и избавиться от их последовательных соединений, что обеспечивает упрощение устройства при формировании напряжения с малым коаффициентом гармоник. Преимушества предложенного реше- ния в сравнении с известным проявляются при N> 3.

-Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряже . ния в многоступенчатое переменное с ис- о пользованием секционированного источника питания, каждая ..из М секций которого посредством ключей переменного тока соединена с первичной обмоткой силового трансформатора, вторичная обмотка которого образует выход преобразователя, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения при формировании напряжения с малым коаффнциентам гармоник, первичная обмотка силового трансформатора вы полнена с промежуточными отводами, дьляшими ее на М секций, каждая иэ которых посредством ключей ..переменного то4ка соединена с соответствующей секцией источника питания, причем крайние выводы последнего через эти ключи соединены с отводом и выводом крайней секции этой первичной обмотки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тонкаль В.Е. Синтез автономных инверторов модуляционного типа. К., Hay. кова думка", 1979, с. 81-83, рис. 48, 49, 51.

Составитель Г.,М ьшык редактор K. Волошук Техред М.Надь КорректоРА. Дзятко

Заказ 5146171 Тираж 721 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