Преобразователь постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы

) 4 Н 02 М 7/4 ЕНИ ЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И А ВТОРСКОМУ СВИДЕ(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕМНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ФОРМЫ(57) Изобретение позволяет упростить, улучшить качество выходного напряжения преобразователя постоянного напряжения в переменное многоступенчатой формы. Преобразователь содержит инвертор, основной 4 и вспомогательные 5 - 7 трансформаторы, соответствующие обмотки которых связаны между собой через ключи 8 - 15 коммутирующего узла, и блок управления. При этом формирование напряжения с первой по четвертую ступень (/ - (/4 происходит при замыкании ключей 12 - 14, формирование напряжений с пятой по восьмую ступень (/; в (/8 - при замыкании ключей 13 - 15. Между полу- периодами выходного напряжения формируются паузы путем размыкания ключей 1 и 2 и замыкания всех остальных ключей. Соотношение числа витков обмоток трансформаторов выбирается таким образом, что обеспечивается формирование кривой выходного напряжения с распределением высоты ступе- с нек по оптимальному (синусоидальному) закону. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано ири построении инверторов с промежуточным звеном высокой частоты, обладающих улучшенным качеством выходного напряжения.Цель изобретения - упрощение, а также улучшение качества выходного напряжения,На фиг. 1 показана силовая часть схемы одной из модификаций преобразователя; на фиг. 2временные диаграммы, пояс 1 О н яющие работу преобразователя.Предлагаемый преобразователь содержит инвертор, выполненный по схеме со средней точкой на ключах 1 и 2 и подключенный к источнику 3 питания, основной трансформатор 4, вспомогательные трансформаторы 5 - 7, коммутирующий узел, представляющий собой цепочку из последовательно соединенных вспомогательных управляемых ключей 8 - -11 переменного тока, а также основные уиравлясмыс ключи 12 - 15 переменного тока, 20 Догголнитеггьндг обмотка 16 основного трансформатора 4 подключена к концам цепочки клочей 8 - -11, первые концы первичных Обмоток 1719 вспомогательных трансформапгорои 5 - 7 соединены с нижним по схеме концом цепочки вспомогательных ключей, а вторые их концы подключены к соответствующим точкам соединения, соответственно, ключей 8 и 9, 9 и 10, 1 О и 11. Вторичная обмотка основного трансформатора 4 выполнена со средней точкой и разделена равноудаленными от средней точки отводами на секции 20 - 23. Вторичные обмотки 24 35 вспомогательных трансформаторов образуют вспомогательную вторичную Обмотку, разделенную на четыре секции, в каждую из которых входят, соответственно, одноименные обмотки 24, 28 и 32, одноименные обмотки 26, 30 и 34, одноименные обмотки 25, 29 и 33, одноименные обмотки 27, 31 и 35 различных вспомогательных трансформаторов, Приемник 36 электрической энергии подклкчен к средним 40 точкам вторичной обмотки основного трансформатора я вспомогательной вторичной обмотки. При этом первые отводы вторичН 11 х иолуобмоток основного трансформатора соединены через соответствующие основные ключи 12 и 14 с выводами первых секций45 соответствующих вс помогател ьных полуобмоток, а вторые отводы - через ключи 13 и 15 с выводами вторых секций вспомогательных полуобмоток.Количество вспомогательных трансформаторов и число отводов вторичной обмотки основного трансформатора выбираются в каждом конкретном случае исходя из требований к гармоническому составу выходного напряжения преобразователя.Нд фиг, 2 обозначены: г/ - выходное 55 напряжение инвертора; У- выходное многоступенчатое напряжение преобразователя; г/1 г/8 - уровни напряжений ступенек в кривой выходного напряженяя; С/1;(/19 - диаграммы напряжений, соответственно, на первичных Обмотках 17- - 19вспомогательных трансформаторов; Ув - (/1;, - управляющие импульсы, подаваемые на клкчи 8 - 15 переменного тока.Преобразователь работает следуюянм образом.Формирование напряжения 1/ Первой сту пеньки в выходном напряжении (/происходит путем попеременного замыканияключей 12 и 14 при замкнутых ключах 8 - 10 и разомкнутом ключе 11 (фиг, 1 и 2). В этом случае обмотки 17 - -19 замкнуты накоротко, во вторичных обмотках 24- 35вспомогательных трансформаторов ЭДС равны нулю, а к приемникам 36 электрической энергии прикладывается напряжение либо обмотки 20, либо Обмотки 2 Оси- ного трансформатора,Формирование напряжений с/гь г/, У.1 второЙ, третьей и чствсртой ступенск такжепрОисходит ири псиеременио 1 1 Зключенкиклгочеи 12 г 14. Однако ири фо мировании второй стуиенькк к.иоч 10 разомкнут, клочи 8, 9 и 11 замкнуты, обмотка 19 вспомогательного трансформатора 7 иодкчючдется к дополнительной гб",отке 6 основного грансформатора 4, в Обмотках 32 -- 35 1:а- водятся ЭДС, а напряжение второй с гуиеьки равно сумме напр 51 жеикЙ Обмоток 20, 32и 34 либо обмоток 21, 33 и 35, так кдк в остальных обмотках вспомогательныхтрансформаторов Э/1 С равны нулю. При фор -мировании третьей ступеньки ключ 9 разомкнут, ключи 8, 10 и 11 замкнуты, а выходное напряжение равно сумме напряжений обмоток 20, 28, 30, 32 и 34 лкбо обмоток 21, 29, 31, 33 и 35. Г 1 рг формировании четвертой ступеньки в выходном напряжении ключ 8 разомкнут. ключи 9, 10 и 11 замкнуты, к дополнктельной обмотке 6 основного трансформатора 4 оказываются иодкгпоченными иервичныс оомотки7 -- 19 всех вспомог ательных трансформаторов, поэтому во всех вторичных обмотках 24 - -35 вспомогательных трансформаторов 11 аводятся ЭДС, а напряжение четвертой ступеньки равно по величине сумме напряжений обмоток 20, 24, 28, 32, 26, 30 и 34 (соотвественно обмоток 21, 25, 29, 33, 27, 31 и 35).При формировании напряжений (/.э - -(/з пятой, шестой, седьмой и восьмой ст пенек цикл работы ключей 8- -11 повторяется, однако при этом ключи 12 и 14 разомкнуты, а попеременно ключаются (в завися- мости от полярности напряженкя,/и инверторд) ключи 13 и 15. Я этом слу ае напряжение Е/;, пятой ступеньки формируется из напряжений обмоток 20 и 22 (соответственно 21 и 23), напряжение шестой ступеньки формируется из наирякений обмоток 20, 22, 34 (21, 23 и 35), напряжение с/г седьмой ступеньки 11 ормяруетс 51 из напряжений обмоток 20. 22. 30 и 34 (21, 23, 12036735 10 15 20 Форлула изобретения 31 и 35), а напряжение lз восьмой ступеньки - из напряжений обмоток 20, 22, 26, 30 и 34 (21, 23, 27, 31 и 35). Дальнейшая работа преобразователя происходит аналогичным образом (фиг. 2).Формирование паузы (нулевой ступеньки) между полупериодами выходного напряжения обеспечивается путем размыкация ключей 1 и 2 и замыкания всех остальных ключей 8 - 15 (фиг. 1).Соотношение числа витков Ую, Ргг, % г 4, Ф гз, Ж зг, Ф гг, ЖзО и В 34 между соответствующими частями (секциями) 20 и 22 вторичной полуобмотки основного трансформатора и вторичными обмотками 24, 28, 32, 26, 30 ц 34 первого, второго и третьего вспомогательных трансформаторов, соответственно, в первой и второй секциях вспомогательной вторичной полуобмотки выбрано равным Т зГгг. Уг 4 йгзЙтзг 11 Х : 11 тзо :Фз 4=0,184:0,614:0,144 К 1.0,098 Кг:0,08 Кз. 0,034 К.0,0 б 7 К:0,097 Кз, где К К, Кз - отношение чисел витков ут, Вз, Ит 9 первичных обмоток вспомогательных трансформаторов к числу витков К 6 дополнительной обмотки основного трансформатора. Аналогичное соотношение витков выбрано и для соответствующих секций других вторичных полуобмоток преобразователя.Указанное соотношение числа витков обес печивает формирование кривой выходного напряжения с распределением высоты ступенек по оптимальному (синусоидальному) закону. При этом по сравнению с известным качество выходного напряжения предлагаемого преобразователя упучшается, а количество управляемых ключей переменного тока уменьшается, вследствие чего увеличивается надежность преобразователя и улучшаются его массогабаритцые показатели.В общем случае предлагаемый преобразователь может содержать М вспомогательных трансформаторов и М отводов в каждой из полуобмоток вторичной обмотки основного трансформатора. Тогда число формируемых ступенек в кривой выходного напряжения п=М(И+1) при количестве ключей переменного тока п 1=2 М+%+1.Существенным отличием предлагаемого преобразователя является то, что в нем максимально реализованы функциональные возможности структуры вторичных обмоток, т, е. использованы для формирования выходного напряжения все возможные комбинации задействования вторичных обмоток при распределении уровней напряжений ступенек по синусоидальному закону.Анализ работы схемы (фиг. 1) показывает, что любой модификации известного преобразователя можно противопоставить соответствуюц 1 ую модификацию предлагаемого преобразователя, которая цри прочих равных условиях превосходит известный либо по критерию упрощения, либо по критерию улучшения качества выходного 25 Зо 35 40 45 50 55 нап 1 злжецил, лиоо по оооцм критериям одновременно. Так, например, преобразователь, содержащий трц вспомогательных трансформатора (Л=3) ц трц отвода в каждой из полуобмоток вторичной обмотки основного трансформатора (М=З), при одинаковом по сравцецик; с известным количестве ключей переменного тока (а=10) способен сформировать п=12 ступенек в кривой выходного напряжения (против п=7 у известного), амплитуды которых могут быть распределены по оптимальному (синусоидальному) закону. Выбор соотношения числа витков между обмотками при этом не представляет з атр д не н и я.Приведенная (фцг. 1) модификация преобразователя является оптимальной с точки зрения обеспечения приемлемой для практики величины коэффициента гармоник выходного напряжения (К,=5,0 - 5,3 О) при наименьшем, по отношению к известным техническим решениям, количестве (п 1=8) ключей переменного тока в звене повышенной частоты преобразователя,1. Преобразователь постоянного напряжения г переменное многоступенчатой формы, содержащий инвертор, выходом подкл 1 оченцый к первичной обмотке основного трансформатора, вспомогательные тра нсформаторы, первичные обмотки которых через коммутирующий узел связаны с дополнительной обмоткой основного трансформатора, выходную цепь, образованную вторичными обмотками трансформаторов, соединенными между собой через основные управляемые ключи переменного тока, а также блок управления, отличающийся тем, что, с цел 1 по упропецил и улучшения качества выходного цапрлжецця, число вспомогательных трансформаторов выбрано больше одного, коммутирующий узел выполнен в виде цепочки из последовательно соединенных вспомогательных управляемых ключей переменного тока, число которых равно числу трансформаторов преобразователя, дополнительная обмотка основного трансформатора подключена к концам указанной цепочки ключей, первичные обмотки вспомогательных трансформаторов первыми своими концами соединены с одним концом цепочки ключей, а вторыми концами подключены к соответствующим точкам соединениях этих ключей, причем вторичная обмотка основного трансформатора выполнена со средней точкой, соединенной с одним выходным выводом преобразователя, ц с отводами, равно- отстоящими от средней точки, вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов образу 1 от вс 1 юмогательную вторичную обмотку, разделенную ца секции, число которых равно числу отводов вторичной обмотки основного трансформатора, каждая из секций1203673 о я Составитель Г. МыцыкТехред И. ВересТираж 632И Государственного комитетаделам изобретений и открытМосква, Ж - 35, Раушская набП Патент, г. Ужгород, ул. П Корректор А. ЗимокосоПодписноеСССРйд. 4(5роектная, 4 Редактор Н. БобковаЗаказ 8428(59ВНИИПпо113035,Филиал ПП состоит из одноименных вторичных обмоток вспомогательных трансформаторов, обмотки в каждой секции и секции между собой соединены согласно-последовательно и образуют две вспомогательные полуобмотки, содержащие одинаковое число секций, причем каждый очередной по счету от средней точки, отвод вторичной полуобмотки основного трансформатора соединен через соответствующий основной управляемый ключ переменного тока с выводом соответствующей, начиная от крайней, секции вспомогательной полуобмотки, а точка соединения вспомогательных полуобмоток подключена к второму выходному выводу преобразователя. 2. Преобразователь по п, 1, отличаюиийся тем, что при числе вспомогательных трансформаторов, равном трем, вторичная обмотка основного трансформатора выполнена с четырьмя отводами, причем соотношение витков между соответствующими частями вторичной полуобмотки основного трансформатора и вторичными обмотками первого, второго и третьего вспомогатель- нных трансформаторов в соответствующих секциях вспомогательной полуобмотки вы. брано равным0,184:0,614:0,114 К 0,098 Кг 0,08 Кз,:0,034 К 1.0,067 Кг:0,09 Кз,где Кь Кг, Кз - отношения чисел витковпервичных обмоток соответственно первого, второго и третьего вспомогательных трансформаторов к числу витков дополнительной обмотки основного трансформатора.