Способ дискретного преобразования напряжения и устройство для его осуществления

(71) Заявитель 54) СПОСОБ ДИСКРЕТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯц = 2 и (2) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобра-,зования электрической энергии одногокачества в другое, а более конкретно - для преобразования величины,формы и частоты напряжения и токанагрузки,Известны способы преобразованиялараметров электрической энергиипутем широтно-импульсного регулирования и стабилизации величины выходного напряжения, а также формы напряжения при помощи сглаживающих фильтров и путем формирования многоступенчатого напряжения 1 и 23Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ, заключающийся в том,что регулирование и стабилизация выходного напряжения осуществляетсявведением в цепь нагрузки напряженийкаждой из и-последовательных преобразователей ячеек в и-зонах встречно,а в и-других зонах согласно с напряжением источника питания 1.31. Вводимые напряжения преобразовательных ячеек равны между собой чли выбраны в соответствии с формулой 1 =1 3 в 1 где а - 0,1,2 (и)1 - напряжение первой секции. На нагрузке возможно формирование1 Озон (уровней) напряжения. При этом впределах каждой зоны регулированиеосуществляется широтно-импульснымметодом, что предполагает наличие навходе 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 напряже 89261 цвторичная обмотка связана аналогичночерез дополнительные управляемыеключи с остальными е-выводами основного источника питания,5. Устройство по п.З, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в качестведополнительных источников питанияи-отдельных силовых трансформаторов,вторичные обмотки которьж присоединены к последовательно соединенным 1 Омостовым или нулевым преобразователям,при этом одна обмотка крайнего изпреобразователей связана через дополнительные грерыватели с выводами основного источника питания, обмотка 1 Здругого крайнего преобразователя связана с выходным выводом, а первичнаяобмотка каждого трансформатора присоединена через отдельный мостовойили нулевой преобразователь к выходуосновного источника питания.6. Устройство по п,5, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что вторичныеобмотки и-отдельных силовых трансформаторов соединены между собой последовательно, одна из крайних послецоБательно соединенных обмоток снйэлнчерез управляемые ключи с выводамиосновного источник питания, а другая - с вьжодным выводом, при этомодна из обмоток каждого трансформатора зашунтирована управляемым кпючом.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Малышков Г.М., Соловьев И.Н,Однофаэные инверторы в классе Ц."Электронная техника в автоматике",1976, вып. 8, с. 136.2. Тонкаль В .Е ., Липковский К.Л .,Тонкаль С .С . Магнитнотиристорные преобразователи частоты с улучшеннымгармоническим составом выходного напряжения, Сб. Магнитные элементынепрерывного действия. М., "Наука",1972, с. 25.3. Кобзев А.В., Михальченко Г,Я.,Тараскин А,А. Преобразование параметров электрической энергии модуляционным методом в системах со звеномповышенной частоты. Сб. Магнитно-вентильные преобразователи напряженияи тока. Томск, 1976, с. 81 (прототип) .892610 Фада г 2 тель Г.МыцыкА. Савка ав ед орректор/80 Тираж 7 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 5, Москва, Ж, РаушЗака писное Ужгород, ул, Проектная,иал ППП "Патен го комитета СССй и открытийкая наб., д. ч/35 40 50 ний и токов, а в многофазных схемах - симметрирование, компенсация мощности искажений и фазовых сдвигов и т.д. Другим достоинством способа является возможность получения заданных параметров 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 способаи устройства является то, что чемвьппе требования к качеству выходногонапряжения, тем большее число требуется вводить последовательных преоб"разовательных ячеек. Это приводитк усложнению силовой схемы и схемыуправления, к снижению надежности,к увеличению потерь. Последнее особенно неблагоприятно при преобразовании относительно низких напряжений большой мощности. При этом массапреобразователя будет все же относительно большой,Цель изобретения - упрощение ап"паратурной реализации, повьппение КПД;уменьшение массы, повышение надежности и получение заданной формы регулируемого в широком диапазоне выходного напряжения с любым наперед заданным минимальным отклонением д= Х - А (3) истинного мгновенного значения регулируемой величины Х от заданного значения этой же величины А при повышенном быстродействии.Поставленная цель достигается путем ввода в выходную цепь напряжений и-дополнительных уровней напряжения 1 О 15 20 25 30 в и-зонах встречно, а в и-других зонах согласно с основным напряжением) осуществляемого с помощью управляемых 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: ЛлО = 05 (д 5 + 1)(4) а в качестве второгоряд арифметической прогрессии из условия, что отношение напряжений каждого из 5- подуровней каждого дополнительного уровня напряжения к наименьшему из подуровней этого же уровня напряжения задают рядом 1,2,3 (5 - 1), 5 (5) отношение напряжений каждого из вподуровней основного уровня напряжения к наименьшему из подуровней этого же уровня рядом,2,3,(ш - )1 ш (б) а найряжение наименьшего подуровняосновного напряжения питания задаютвыражением 0 1(" " С (7) дискретность выходного напряжения при равномерном квантовании его по уровню, обеспечивают комбинированием числа, величин и полярностей подуровйей основного и дополнительных5 8961 уровней напрькенпй, одновременно вво-. димым в выхолпую цепь с помощью управлнеглых ключей, задавая общее число уровней выходного напряжения в аредеиах одной полярности выражениемЧ = Ч (1 г шр) ш(Ж + 1)"-1где Чс =причем обозначения в вышеприведенных выражениях имеют следующие значения:0 - напряжение наименьшего из уровней, равное шагу квантования,а - номер дополнительного уровня напряжения, гдеа = 1,2,3 (и - 1),а (10)51 - номер подуровня в пределах каждого дополнительного уровня напряжения, где5=- 1,2,3(5 - ),5 (11)а - общее число дополнительных И уровней напряжения;5 - общее число подуровней в пределах каждого дополнительного уровня напряжения;а - общее число подуровней в пре делах основного уровня напряжения,д - 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 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;р - число, характеризующее возможность ввода в выходную цепь допол" нительных уровней напряжения встречно или согласно, либо встречно и согласно с каждым из в-подуровней основного уровня напряжения и принимаюЫ цгее значения 0,1,2.Предлагаемый способ может. быть ц ушестгглен с помощью устройства, .)нержвшего основной и а-дополннтельГ) Ьных 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 основнойи каждый дополнительный источники питания снабжены соответственно(ш + 1) и (5 + 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 ш-выводами основного источника питания. Способ может быть реализован и с помощью устройства, содержащего основной источник питания и а-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 отдельюй мостовой или нулевой преобразователь к выходу основного источника питания. Способ может быть реализован с помощью упрощенного устройства, в котором вторичные обмотки а-отдельных силовых трансформаторов соединены между собой последовательно, одна иэ крайних последовательно соединенных обмоток связана через управляемые ключи с ьыводамн основного источника питаО 8рых первая формируется при выведенном основном источнике питания. Этаэона затем не повторяется в пределаходной полярности выходного напряжения. Другие зоны формируются привведенном основном источнике питания(или какой-либо ступени основногоисточника питания, имеющего болеедвух выводов) и периодически повторяются. Так как напряжения в суммирующую цеь в общем случае могут бытьвведены встречно и согласно с напряжением основного источника питания(р1), то общее число зон 89261 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 вьппе описанном варианте, при" соединена через отдельный мостовой или полумостовой преобразователь к выходу основного источника питания. В этом варианте потери в последова тельной цепи уменьшены в (щ - 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,Эр с нереключателями уровней и блоками реверса выходного напряжения, а также ос- ЪЬ 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,7 а), иэ кото" 2 = 1+)пр(12) Зоны ориентированы по отношению куровням основного источника симмет"рично. Между первой зоной и каждойпарой последующих зон размещено ещепо одному уровню (фиг.7 а). Общее число таких дополнительных уровнейравно щ, т.е. числу уровней напряжений основного источника питания,С целью получения любого уровнявыходного напряжения во всем диапазоне с заданной дискретностью принаименьшем числе дополнительных источников питания, напряжения на ступенях всех дополнительных источниковпитания задают согласно выражений(4 и 5), а отношения этих напряжений - матрицей размером п 5: и 1 1 (65+ 1) (65+ 1) (65+ 1) - --- , (65+ 1) 2 2 2(65 + 1) 2(65 + 1) 2(65 + 1) - - -- 2(65 + 1)Ъ т 3-1 5 5 5(65 + 1), 5(65 + 1) 5(65 + 1) ---- 5(65 + 1)ированы в пределах одной полярности О суммирук)щей цепью совместно с основным источником питания (фиг.7 а) равно произведению общего числа уровнейц , сформированных суммирун)щей цепью,Сна число зон 2 плюс а дополнительных 55, уровней, размещенных между зонами иопределяются по формуле (3). Приформировании двухполярных выходныхнапряжений, 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 сформи 3 3 3(д 5 + 1) зй 5+ 1) 3 ИБ1)3 ИБ+ 1) )13)Ь и-)ния Фазы выходного напряжения или при преобразовании частоты, общее число уровней получают вдвое большец= 2(ц 2+в)5Вторая половина уровней на диаграмме 1 асполагается ниже оси абсцисс,На диаграмме (фиг.7 а) вторая половина уровней не показана,Предположим, что преобразователь(фиг.1) собран на источниках постоянного тока (например, на аккумуляторах с отпайками и переключателямивыводов и полярности). С помощьюпереключателей выводов любой из источников вводят в выходную цепьпитания на любом из уровней, Такна фиг.1 переключатель выводов основного источника питания установленв положение ОО,1(уровень 1), в дополнительном источнике 1 - в положениеО 4,1(уровень 1), в источнике 2 - вположение О(уровень 2), в источнике п - в положение О (уровень О).С помощью мостового переключателяполярности, которым снабжен каждыйдополнительный источник питания(фиг.1), каждый иэ дополнительныхисточников питания можно ввести вцепь питания с любой полярностью поотношению к основному источнику питания, Так, на фиг.1 полярность напряжения дополнительного источникасовпадает с полярностью напряженияосновного источника (и + 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- .40никах питания установлен нулевойуровень. Выходное напряжение максимально, если во всех источникахпитания установлен наибольший изуровней (уровень а и 5 на фиг,1)и если выходные напряжения всехдополнительных источников питаниясовпадают по направлению с напряжением осндвного источника питания. Промежуточные значения выходных напряжений получают соответствующим переключением выводов источников питанияи переключением полярностей напряжения вводимого источника питания, Приэтом дополнительные источники питания, включенные согласно с основным,вводят энергию в цепь нагрузки, аисточники, 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):Г=1 ф Ьщгю О=ге п=г, 1=1, в=г,р=гшаг квантования по напряжению 01= 1 В. 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 (1 Э) напряжение уровней источника должны быть равны соответственно: О 1,1 = 1 В, О 1 2 В, напряжение источника 2 - Ор= 5 В и Оцж 1 О В. Напряжения уровней основного источника, определяемые по формулам (6,7 и 9), равны соответственно Оо= 25 В и Оо= 50 В,Согласно формуле (8), при заданныхпараметрах возможно получение навыходе 62-ух уровней постоянного напряжения, условно изображенных нафиг.7 а. Алгоритм получения этих уровней может быть представлен таблицей(фиг.8), в которой код "0" означает,что выходное напряжение источникаравно О. Коды 1 и минус 1 для любогоиз источников означают включениеих в цепь нагрузки соответственно спрямой или обратной полярностью.Задание необходимого уровня и полярности выходного напряжения любого источника питания осуществляется переключателями уровней и блоками реверса напряжения соответственно. Выходное напряжение О равно алгебраической сумме напряжений всех источников, включенных в данный момент в цепь нагрузки.Положение переключателей уровней на фиг.1 для структуры отвечающей условию (15) соответстпует коду 17. На фиг.7 б показаны диаграммы напряжений всех источников питания (Оо., Ол. О 1) а также выходного напряже892610 12 50 55 ния О, полученного графическимсложением напряжений Оа 1, О, Ц 1, т.е,11 фО = О 01+ О 11+ О= 25 + 1 - 1016 В Точно так же может быть получен любой другой из 62-ух уровней напряжения, В табл.8 показаны не толькокоды ввода напряжений Ц 1, Оо, О 1,113 О 1, О 1, О, но и величины выходногонапряжения (О ) 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 входномнапряжении 50 В.Реализация способа устройствами фиг.2-6 аналогична описанной. Устройства фиг.2-6 отличаются от устройства фиг.1 исполнением переключателейуровней и блоков реверса выходногонапряженияУстройство, показанноена фиг.2, содержит в качестве дополнительных источников питания последовательные преобразователи 1-3, ко-,торые в совокупности составляют суммирующую цепь, а также преобразова- фтель 4, присоединенный параллельнопо отношению к источнику питания идополнительную пару управляемыхключей блока 5. Преобразователи 1-4 связаны силовым трансформатором 6, 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 -3суммирующей цепи, и к общей точкедополнительной пары управляемыхключей 20 и 21.Устройства, показанные на фиг.4-6выполнены не на одном, а на и-трансформаторах 6, 29, 30 (по числу обмоток 7-9 суммирующей цепи). На фиг.4преобразователи 1-3 суммирующей цепии преобразователи 4, 31, 32 выполнены со средним выводом обмоток 7-1033 и 34.Суммирующая цепь устройств фиг.5/и 6 имеет только один преобразователь, а обмотки 7-9 суммирующей цепивключены последовательно в цепь этого преобразователя по схеме со средним выводом. Одна из обмоток трансформаторов 6, 29, 30 зашунтирована 20 управляемым ключом 35. На фиг.6представлено устройство, в которомблок 5 содержит не одну, а три дополнительные пары управляемых ключей(20-21, 36-37, 38-39), общие точкисоединения которых присоединены квыводам ступеней первичного источникапитания 40, 41 и 22. Устройствафиг. 4-6 могут быть выполнены не, только по нулевым схемам, но и намостовых преобразователяхДругиеисполнения предлагаемых устройствотличаются не только числом и исполнением источников питания, но и родом напряжения, числом фаз. Из отдельных подобных устройств могут бытьпостроены практически все видь 1 известных преобразователей напряженияи частоты;Во всех схемах фиг.2-5 ключи 11,12, 23, 21 а в схеме фиг.6 ключи 11,12, 20, 21, 36-39 выполняют функциюпереключателей уровней. Необходимаяполярность (фаза) выходного напряжения достигается специально организованным управлением преобразователями устройств, Количество дополнительных пар управляемых ключей можетбыть любым числом и выбирается почислу уровней напряжений первичногоисточника питания из ряда 1,2,3(ш - 1),а, Общее количество ступенейсилового трансформатора также можетбыть любым из ряда 1,2,3 (Я - 1)а количество обмоток суммирующейцепи иэ ряда 1,2,3(п - 1),п. В общем случае суммирующая цепь может быть представлена в виде последовательйо соединеннь 1 х источников питания, аккумуляторов, электромашин(фаза) выходного напряжения мажетизменяться не только с помощью нулевых или мостовых переключателей(преобразователей), но и с помощьювнутренних блоков реверса, например,путем изменения полярности обмоткивозбуждения, если в качестве источников питания взят электромащинныйгенератор постоянного тока, Если основной источник питания снабжен блоком реверса, то уровни выходногонапряжения можно Формировать во времени в положительной и отрицательнойполуплоскостях диаграммы выходногонапряжения.В устройствах фиг,2-6 режим вводаэнергии в цепь нагрузки и режим отдачи энергии обеспечиваются переводом преобразовательных ячеек из инверсного режима в выпрямительный инаоборот. В устройствах на электромашинных генераторах переводом генератора 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,1 лищь только типом дополнительных источников1питания и переключателями выводови полярностей (фаз) выходных напряжений. Для уяснения принципа действия устройств фиг.2-6 достаточнопояснить как в этих устройствах реализуются функции обозначенные симво 35лами 1, д, 1, р,Возможность 1 = 1 вывдда из суммирующей цепи одного или несколькихдополнительных источников питания40при любых возможных сочетаниях одновременно выводимых источников (обмоток) реализуется периодическим отпиранием ключей 11-15-23-24, а затемключей 12-16-25-26 (фиг.2); отпиранием ключа 28 и запиранием ключей451-32 при переключении ключей 23 и24, по циклу 23-24 (фиг.З); отпиранием ключей 11-12 при запертых ключах23-24 соответствующего преобразователя (фиг.4) отпиранием ключа 35при запертых ключах 23 и 24 (фиг,5,6).Возможность д = 1 ввода источников питания при различных числаходновременно вводимых источниковозначает перевод всех одновременно 55вводимых источников питания тольков режим ввода илн только в режимотдачи энергии. Возможность д = 2 ввода источников питания при различных числах одновременно вв.цимыхдополнительных источников питанияозначает перевод одной части их зрезям ввода, а другой части в режимотдачи энергии.Ввод энергии дополнительных источников питания в суммирующую цепьдостигается следующим образом.По циклу (11-34-23-24) -(1 Л.3-25-26) - на 1-ой ступени трансформатора 6, по циклу (32-5-23-25) -(11-16-25-26) на 2-ой ступени, по .циклу (2-34-23-24) в -ф - а (11-3-25-26) - на Э-ей ступени(фиг.2), по циклу (33-23) - ф (12-24)фнг,3-6.Отдача энергии иэ суммирующей цепи достигается следующим образом.По циклу (12-13-23-24) - е- (в(11-1 5-23-24) - е (1 2-1 5-25-26) на2-ой ступени, по циклу (11-13-23-24) - 4 (12-14-23-24) на 3-ей ступени (фиг.2), по циклу (1-24) --(12-23) фиг.3-6.Воэможность 1 1 ввода выходногонапряжения в цепь нагрузки при выведенном напряжении основного источника питания реализуется управляемыми ключамн 20 и 2 дополнительногоблока 5 (фиг.2-6) при работе их по.приведенным циклам с .заменой ключа11 на 21,. ключа 12 на 20,Ввод выходного напряжения суммирующей цепи в цепь нагрузки привведенном основном источнике питания осуществляется в устройствахфиг.2-6 при запертой паре ключей20 и 21 дополнительного блока 5 иработе одной из аналогичных пар.Число р1, если напряжение сумми.рующей цепи вводятся только встречно или только согласно с напряжениемосновного источника питания. Еслиже напряжение суммирующей цепи вводйтся согласно и встречно с напряжениями основного источника питания,то р = 2.Число уровней выходного напряжения может быть получено намногобольше, чем в выше описанном примере.С увеличением и и 5,число уровнейрезко возрастает. Так с помощью устройства фиг.2 (1=1, р=2, 5= , и=З,Ф=3., 4=2) можнополучить цс = 171уровней. Общее число уровней ц прни =.,3 будет 514, При и = 6 по схемеФиг.2 может быть получено 176473уменьшается почти в 1,7 раза по нению с известным нри 11, ш При увеличении числа щ расчетная мощность умеиьаается более чем в 1,7 раза. Масса устройства также уменьшается, хотя и ие строго в соответствии с формулой (16) . С уменьшением числа полупроводниковых точек (особенно соединенных последовательно с нагрузкой), а также с уменьшением величины преобразуемой мощности существенно уменьшаются потери в предлагаемом устройстве. Для получения одних и тех же энергетических 1 показателей по предлагаемому способу потребуется существенно меньшее чис-. ,ло элементарных ячеек, следовательно, упростится схема управления иустройства в целомповысится его надежность и расширятся функциойальные 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 быстродействия и получения заданной формы и стабильности выходного напряжения, с любым наперед заданным минимальным сравв ,50 15 8926 уровней выходного напряжения в пределах одной полярности. Эт, например, означает, что регулирование выходного напряжения от О до 176, 473 В возможно ступенями (дискрет 5 но) через 2 мВ, т.е, с точностью не ниже О,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 на" пряжения,регулируемых в широком ди 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 формулень лича отклонением, дополнительные уровни напряжений формируют путем выборки их иэ множества уровней, определяемых первым функциональным рядом, а подуровни напряжений в пределах основного и каждого дополнительного уровяей напряжений - вторым функциональных преобразовательных ячеек или при заданном числе уровней уменьшитьчисло ячеек, что дает возможностьупростить устройство в целом и повысить его надежность, расширить функциональные воэможности, улучшитькоэффициент гармоник и т.п,; увеличить КПДтак как предлагаемый способпозволяет при глубоком квантованииэнергии существенно уменьшить величину преобразуемой энергии, уменьшитьчисло элементарных преобразователейячеек, исключить последовательноесоединение силовых ключей уменьшить массу, так как способ позволяет исключить сглаживающие фильтры, уменьшить величину расчетной массы, упростить схему при сохранении других положительных свойств известного способа и устройстватаких как возможность реализации многих видов преобразования энергии, быстродействия,высокий коэффициент мощности.Формула изобретения1. Способ дискретного преобразования напряжения путем ввода в выходную цепь напряжений п-дополнитель и 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 щ и й с я тем, что, с целью упрощения аппараным рядом, причем наименьший из уровней задают по величине напряжения не большим, чем величина допустимого отклонения выходного напряже.ния от заданного, а другие - в целом числе разбольше 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 ю - щ и й с я тем, что первый функпиоа напряжения наименьшего из подуровней основного напряжения задаются вы 20 ражением"11(Щ)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 число30 уровней выходного напряжения в пределах одной полярности выражением 1- 1 Ф+ Р)+щ) (05+1) -1(1 йв 3 где 35 причем обозначения в выше приведенных выражениях имеют следующие значения:01 - напряжение наименьшего из уровней, равное вагу квантования,и. - номер дополнительного уровня напряжения, где и= 1,2,3(п " 1),и ,5,1 - номер подуровня в пределах каждого дополнительного уровня напряжения, где5 = 1,2,3(5 - 1),5 50 и - общее число дополнительных уровней напряжения;5 - общее число подуровней в пределах каждого дополнительного уровня напряжения,ш - общее число подуровней в пределах основного напряжения питания;д - число, характеризующее возможность одновременного ввода в вы 55 нальный ряд задают рядом геометрической прог ессии11, - 11 . 5 (с 1.5 + 1)". 1,1а второй ряд - рядом арифметической прогрессии из условия, что отношения5 напряжений. каждого из з-подуровней каждого дополнительного уровня напряжения к наименьшему иэ подуровней этого же уровня напряжения, ис 1 О точника задают рядом1,2,3(5 - 1),5отношения напряжений каждого иэ в подуровней основного уровня напряжения к наименьшему из подуровней это 15 го же напряжения рядом1,2,3(е - 1 ),в ходную цепь дополнительных уровней напряжений согласно и (или) встречно между собой в любых возможных сочетаниях и принимающее значения 0,1,2;1 - число, характеризующее возможность вывода из выходной цепи одного или нескольких любых дополнительных уровней напряжений прилюбых 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 0,11р - число, характеризующее воэмож" ность ввода в выходную цепь дополнительных уровней напряжения встречно или согласно, либо встречно и согласно с каждым из в-подуровней основного уровня напряжения и принимающее значения 0,1,2..3. Устройство для осуществления способа по пй. 1 и 2, содержащее основной и п-дополнительных источников питания, которые соединены последовательно, при этом один из крайнихдополнительных источников питаниясвязан 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 (в + 1) и (5 + 1) на фазу выводами с переключателями уровней и блоком реверса выходного напряжения каждого из,указанных источников питания.4. Устройство по п,З, содержащее в качестве дополнительных источников питания вторичные обмотки силового трансформатора, подсоединенные к последовательно включенньв мостовым или нулевым преобразователям на управляемых ключахзашунтированным 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 преобразователи 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