Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное

)4 Н 02 М 7/539 ТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС ЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР САНИЕ ИГОСУД АРС ПО ДЕЛд НИЯ ТЕЛЬСТ 8 У шения СЮ К АВТОРСКОМУ СВИДЕ(56) Авторское свидетельство СССРУ 449425, кл. Н 02 М 5/42, 1971.Константинов В.Г. Многофазныепреобразователи на транзисторах.М.: Энергия, 1972, с. 12.Патент Японии Р 53-16891,кл. Н 02 Р 13/18, опублик. 1978Сб. Современные задачи преобразовательной техники, ч. 4, Киевф Йнститут электродинамики АН УССР, 1975,с 127-129,(54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГОНАПРЯЖЕНИЯ В КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ,содержащий 1, мостовых инверторныхячеек, включающих в себя каждаяпервую и вторую стойки управляемыхключей и силовой трансформатор,Я 01193760 вторичные обмотки силовых трансформаторов ячеек включены последовательно, образуя выходную цепь, задающий генератор и блок управления в виде последовательно связанных между собой делителя частоты и регистра сдвига, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью унификации блока управления, улучшения массогабаритных показателей и качества выходного напряжения, задающий генератор выполнен на 6 И-кратную 1 частоту преобразователя, делитель частоты выполнен с коэффициентом деления ЗЙ, регистр сдвига выполнен на 2 й триггерах, управляющие входы ключей первой и , Б второй стоек инверторных ячеек свяэа- ур ны с выходами 1,Р)+3-11 фК +1) - %ф го триггера регистра сдвига, С:где й1,2,31Р - номер стойки (1 нли 2)" номер ячейки;К - равно целой части отной(1 причем 1. Ю Г 1,81.Ю1193760 Составитель И.Войтовичедактор В.Иванова Техред С.Мигунова Коррек Пилипен сно Патент", г. Ужгород, ул,Проектная лиа Заказ 7322/56 Тираж ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва Ж, Р64 Подкомитета СССРоткрытийушская наб дИзобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при построении вторичных источников электропитания как централизованного, так и децентрализованного типов во всех случаях, когда требуется повышенное качество преобразованной электроэнергии и улучшенные массогабаритные показатели.Целью изобретения является унификация блока управления, улучшение массогабаритных показателей и качества выходного напряжения.л На Фиг.1 представлены вариантструктурной схемы силовой части преобразователя (а) и структурная схемаего системы управления (б); на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие формирование выходного напряжения преобразователя; без промежуточноговысокочастотного (ПВЧ) преобразования(б) и с ПВЧ-преобразованием (б,в);на Фиг.З - вариант логической схемырегистра сдвига блока управленияпреобразователя; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие формирование сигналов на выходах регистрасдвига и логического узла блокауправления преобразователя; на Фиг.5 зависимости коэффициента гармоникКг выходного напряжения преобразователя от длительности паузы междуполунолнами выходного напряженияинверторной ячейки (а) и от величиныФазового сдвига между выходными напряжениями соответствующих инвер торных ячеек при регулировании выходного напряжения преобразователя (5),Предлагаемый преобразователь(Фиг.1) содержит три основных мостовых инверторных ячейки 1 3, две парыключей 4,5 и 6,7 в каждой из которыхобразуют первую й вторую стойки, .триосновных трансформатора 8 -10, задающий генератор 11 и блок 12 управления.Основные инверторные ячейки 1 - 3и трансформаторы 8 - 10 образуютосновную инверторную группу 13. Первичные обмотки 14 -16 каждого иэтрансформаторов 8 -. 10 подключены, к выходам одной иэ инверторныхячеек 1 - 3, а вторичные обмотки17 - 19 соединены последовательно,образуя выходную цепь с выводами20 и 21,Блок 12 управления содержит основной делитель 22 частоты и основной регистр 23 сдвига с двумя входами.Выход задающего генератора 11 под ключен к входу делителя 22 частотыи к первому входу регистра 23 сдвига, второй вход которого. подключен к выходу делителя 22 частоты,. Регистра 23 сдвига (фиг.З) выполнен 1 О на 2 М (где В = 1,2,3) последовательно соединенных триггерах 24-35 3 К - типа. Прямые и инверсные выходы триггеров 24-35 образуют выходы регистра 23 сдвига.15Выходы . (р" 1)+3-1К+1) -готриггера регистра сдвига связаныс управляющими входами ключейпервой и второй стоек инверторных20 ячеек,где . 6 1,81 - число инверторныхячеек;М = 1,2,3,;Р - номер стойки (125 . или 2);- номер ячейки;К - равно целой частиотношения .1,.Делитель 22 частоты имеет козф 30 фициент деления 3 Й. Рассматриваемыйпример регистра сдвига (фиг.З) соответствует случаю:. . = 3 й = б,На фиг,2 б приведены временныедиаграммы, поясняющие формированиевыходного напряжения преобразователя,На фиг.4 приведены временные диаграм"мы поясняющие формирование сигналов)управления на выкодах регистра 23сдвига,Приняты следующие обозна 40 чения;М - У - сигналы соответствена 1 12, но на прямом и инверсном выходах 1 - 12-хтриггеров регистра 2345 сдвига.;Ог - сигнал на выходе задающего генератора 11;0 - сигнал на выходе делителя 22 частоты;50 О -0 - напряжения на вторич(12ных обмотках 17 - 19трансформаторов 8 - О,12- выходное напряжениемежду выводами 20 и 2155 выходной цепи основной.инверторной группы 13.Преобразователь работает следующим образомЗадающий генератор 11 формируетна своем выходе последовательностьимпульсов тактовой частоты 36 Г ,С выхода задающего генератора зтиимпульсы поступают на первый вход 5регистра 23 сдвига.и на вход делителя 22 частоты, с выхода которогоимпульсы с частотой, в восемнадцать 1 .раз меньшей тактовой частоты, поступают на второй вход .регистра сдвига 1023 (фиг.4). На прямых и инверсныхвыходах его триггеров формируютпоследовательности прямоугольныхимпульсов выходной частоты111- М, Ю, пРичем фазовый сдвиг 15между соответствующимиоднотипнымисигналами Ч иилиЮ и+Мсоседних триггеров составляетГ 9 (на фиг.4 для простоты изобра-.жены сигналы только на прямых выходах), После гальваническойразвязки и усиления эти сигналыпоступают на управляющие входысоответствующих инверторных ячеек1 - 3. Переключение ключей в соответствии с поступающими на их управляющие входы сигналами управленияобеспечивает формирование на выходах инверторных ячеек 1 - 3, а такжена первичных 14 - 16 и вторичньм 3017 - 19 обмотках трансформаторов8 - 10 напряжений прямоугольнойформы с паузой Ы 7/Ъ между ихполуволнами, Напряжения О - Она вторичных обмотках 17 - 19 трансформаторов 8 - 10 имеют вид, показан"ный .на фиг.2 б. Поясним формированиенапряжений на вторичных обмоткахтрансформаторов 8 - О на примереинверторной ячейки 1, нагруженной 40на первичную обмотку 14 трансформатора 8. На интервале ю 1 - ш 1 отокрыты ключи 4 и 6 инверторнойячейки 1, концы первичной обмотки14 трансформатора 8 подключены 45при этом кположительной шине питания и на вторичной обмотке 7 фор-мируется пауза напряжения О. В момент а 1 закрывается ключ 6 и отпирается ключ 7, к первичной обмотке 5014 прикладывается напряжение питания, а на вторичной обмотке 17 формируется положительная полуволнанапряжения 0,На интервале юФ-й 15 открыты 55ключи 5 и 7, на вторичной обмотке17 формируется вторая пауза напряже Ония О. На интервалеи 15-ю через 1193760 4открытые ключи 5 и 6 к первичнойобмотке 14 прикладывается напряжение обратной полярности (по сравнению с полярностью на интервале/ю- и 1), а на вторичной обмотке 17формируется отрицательная полуволна.напряжения 0 . Далее все процессы1повторяются. Формирование напряжей Инии 1 , О происходит аналогично,но с относительным фазовым сдвигомУ: -= -" (фиг.2, б). Напряжение 0Ы 7между выводами 20 и 21 получают суммированием в выходной цепи из последовательно соединенных вторичныхобмоток 17 - 19 трансформаторов Ь 10 напряжений О - Оф . Форма напряжения О показана на фиг. 2,б.Модификацией описанного преобразователя может быть преобразовательс регулированием величины выходногонапряжения,(фиг.1). Этот преобразователь снабжен тремя дополнительными инверторными ячейками с тремядополнительными трансформаторамиЭсоединенными между собой аналогичноосновным инверторным ячейкам итрансформаторам и образующими дополнительную инверторную группу 36с выходными выводами 37 и 38. Выходные выводы 21 и 37 основной 13 и дополнительной 36 инверторных группсоединены между собой. При этом вторичные обмотки основных и дополнительных трансформаторов оказываютсясоединенными между собой последовательно, образуя выходную цепь, подключенную к выходным выводам 20 и 38,Система управления такого преобразователя (фиг.1,б) снабжена регулируемым широкодиапазонным фазосдвигающим узлом 39 и вторым блоком 40управления, состоящим из дополнительного делителя частоты на ЗМ и дополнительного регистра сдвига, выполненных и соединенных между собой аналогично с основными делителем частотыи регистром сдвига, Фазосдвигающийузел 39 подключен своим входом квыходу задающего генератора 11, авыходом - к входу дополнительногоблока 40 управления. Связи междувыходами дополнительного регистрасдвига и управляющими входами ключейдополнительных инверторных ячееквыполнены аналогично связям междувыходами основного регистра сдвигаи управляющими входами ключей основньм инверторных ячеек,(для= 3, й = 6) поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг,2,б. Процессы, протекающие в дополнительном блоке 40 управления и дополнительной инверторной группе 36, аналогичны уже рассмотренным процессам в,основных блоке 12 управления и инверторной группе 13. Напряжение 022 между выходными выводам 37 и 38 дополнительнойинверторной группы 36 имеет такую же форму, как и напряжение ,02 между выходными выводами 20 и 21 основной инверторной группы 13, и сдвинуто по фазе по отношению к нему на регулируемый фазовый угол с/"(фиг.2,б). Геометрическое суммирование напряжений 0 и 0 в цепи последовательно соединенных вторичных обмоток основных и дополнительных трансформаторов обеспечивает формирование между выходными выводами 20 и 38 преобразователя регулируемого напряжения0 . фазовый сдвиг. о между выход.ными напряжениями основной 13 и дополнительной 36 инверторных групп обеспечивает регулируемый фазосдвигающий узел 39, который формирует на своем выходе последовательность импульсов тактовой частоты, сдвинутую относительно последовательности импульсов, поступающих на вход фазосдвигающего узла 39 с выхода задающего генератора на регулируемый угол д. Указанная последовательность импульсов с выхода фазосдвигающего узла 39 поступает на вход дополнительного блока 40 управления.Второй модификацией преобразователя может быть преобразователь с промежуточным высокочастотным (ПВЧ) преобразователем. Этот преобразователь снабжен демодулятором 41, выполненным по схеме однофазного моста вого инвертора на полностью управляемых ключах 42 - 45 с двусторонней проводимостьюСвоими силовымивходными выводами 46 и 47 демодулятор 41 подключен к выходным выводам20 и 21 основной инверторной группы13. Выходные выводы 48 и 49 демодулятора 41 образуют выход преобразователя.Система управления такого преобра зователя (фиг.1,б) снабжена дополнительным высокочастотным задающим генератором 50 и формирователем 51 импульсов с прямым М ц и инверсным 9выходными сигналамн, выполнеинйщи на 3 К - триггере всчетном режиме. Влок 12 управленияснабжен 2 М-канальным логическимузлом 52. Два входа логическогоузла 52 подключены к прямому и инверсному выходам формирователя 51импульсов, остальные входы логичеси 10 кого узла 52 подключены к соответствующим выходам основного регистра23 сдвига. Выходы логического узла52 связаны с управляющими входамисоответствующих ключей инверторныхячеек 1-3. Соответствие между номером канала логического узла 52,номером инверторной ячейки и номером стойки, с управляющими входамиключей которой связаны выходы данного какала, такое же, как и соответствие;между номерами триггероврегистра 23 сдвига, инверторныхячеек 1- 3 и стоек в основном варианте преобразователя, и опреде 25ляется формулой ( 1 ( Р)сК+1,На фиг.2, в приведены временныедиаграммы поясняющие формированиевыходного напряжения преобразователя с ПВЧ - преобразованием; наЗОфиг.4 - временные диаграммы, поясняющие формирование сигналов управления на выходе логического узла 52.На фиг, 2 и 4 приняты следующиеобозначения:М овц 1 Мп 8 сигна ы соответственно на прямом и инверсном выходах формиро 1 вателя 51 импульсов;Оач пач- О - напряжения на вторич 2-45 ных обмотках 17 ; 19трансформаторов 8 - ,10;0- напряжение между выПВцводами 20 и 21 основ;1 50 ной инверторной группы;0 - выходное напряжениепреобразователя;Преобразователь работает следую- -55 щим образом.Задающим .генератором 50 формируютпоследовательность импульсов высокой частоты, определяющей частоту.7ПВЧ - преобразования. С выхода задающего генератора 50 эти импульсы поступают на вход формирователя 51 импульсов, формирующего на своих прямом и инверсном выходах сигналы , и 6 (фиг.2,в, 4). Эти сигналы-поступают на два входа логического узла 52, на остальные входы которого поступают сигналы У -1 а 1 1 11 с соответствующих выходов регистра 10 23 сдвига. На выходах логического узла формируются сигналы управления ключами инверторных ячеек (на фиг.4 для простоты приведены сигналы толькона прямых выходах логического 15 узла 52), Переключение ключей инверторных ячеек 1 - 3 в соответствии с поступающими на их управляющие входы сигналами управления (на .фиг.2, в. фигурными скобками выделены. 2 О сигналы управления ключами каждой инверторной ячейкой) обеспечивает формирование на вторичных обмотках 17 - 19 трансформаторов 8 - 10 напряжений О- О" " , которыОВч ш пбчпредставляют собой напряжения 02. О" (фиг.2,б) промодулированные прямоугольным сигналом промежуточнойвысотой частоты. Суммированиемй ц ИВч1 ф ОВч фрмируют 30 на выводах 20 и 21 инверторной группы 13 напряжение 0" , которое подают на силовые входные выводы 46 и 47 демодулятора 41, на управ- . ляющие входы ключей 42 - 45 которого 35 60 8поступают усиленные и гальванически развязанные сигналы управления Мз и М, Переключение ключей 42 - 45 демодулятора 41 обеспечивает демодуляцию напряжения г 1 и формирование на силовых выходных выводах 48- 49 преобразователя напряжения 01 (фиг.2,в),Предлагаемый преобразователь с регулированием величины выходного напряжения также может быть выполнен с ПВЧ-преобразователем. При этом второй блок 40 управления преобразователя снабжен 12-канальным логическим узлом, выполненным и подключенным аналогично логическому узлу 52 блока 12 управления, а входные выводы 46 и 47 демодулятора подклю- чены к выводам 20 и 38 инверторных .ячеек 13 и 36. Работа такого преобразователя аналогична работе преды" дущего варианта преобразователя.Данная система управления универсальна и позволяет создавать преобразователи из унифицированных силорых блоков (с различным числом инверторных ячеек) с заданным качеством выходного напряженияВ случае необходимости получения трехфазного выхода преобразователя в системеуправления достаточно лишь увеличить число триггеров регистра сдвига и каналов логического узла до 7 М, а силовую часть каждой фазы выполнить по аналогии с однофазным вариантом.