Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскииСоциалистическихреспубликие делам изабретеиий и открьпий(53) УДК 621. .314.572 (088,8) К. А, Липковский, А. В. Новосельцев, Л. П. Мефничук ".и С. В. НепогодьевИнститут электродинамики АН Украинской ССР(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ПЕРЕМЕННОЕ20 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, содержащий источник питания, соединенный посредством тиристорных ключей с многообмоточным трансформатором 11. 1 оОднако в данной схеме при увеличении числа ступеней в выходном напряжении преобразователя необходимо добавление двух дополнительных ключей и двух секций в первичной обмотке силового 15 трансформатора на каждую следующую ступень, что обуславливает большую установленную мощность ключевых элементов при формировании напряжения с малым коэффициентом гармоник. Известен также преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное, содержащий специальный 2блок формирования ступеней с выходным инвертором, собранным по мостовой схеме. Схема выгодно отличается от предыдущей тем, что добавление одного (8 +1)-го источника напряжения приводит к увеличению числа ступеней на величину 2 при добавлении лишь одного (Й +4)-гойтиристора и одного (М+4)-го неуправляемого вентиля 113,Недостатком такого преобразователя является низкий КПД иэ-за потерь энергии в последовательно включенных ключевых элементах, работающих при сравнительно низких уровнях питающих напряжений.Наиболее близким по технической суп- ности 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, образующих в совокупности мостовую схему инвертора.3 944 формирует одну ступень выходного напряжения преобразователя13.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 гармоникПоставленная цель достигается тем, что преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное с ис- пользованием секционированного источ- ника питания, каждая из М 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 М 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 2 М -3, а число используемых ключевых алементов - (+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 1 5 и 7 - вторую, 5 и 6 - третью ступенькИ положительной полуволны вы 025 4ходного напряжения преобразователя, апри замыкании ключей 5 и 8, 6 и 8, 7и 8 - те же ступеньки, но отрицательйойполуволны, .Оптимальное значение коэффициента гармоник выходного напряженияпреобразователя достигается соответ-.ствующим выбором длительностей иамплитуд ступеней напряжения 19, т. е.длительностью замыкания (размыкания) 10 ключей переменного тока, числом вит-,ков секций первичной обмотки силовоготрансформатора и уровнями напряжениясекционированного источника питания.Пусть а, с 1, а,О, - число 15 вольт на виток для 1, 2, 3, , ч ступени выходного напряжения преобразователя по первичной обмотке силовоготрансформатора) а Ъ 1 Ь 1 51 ю 5 цто же, по вторичной обмотке. Тогда чио ло витков секции %, %, Фуфп силового трансформатора и уровня Е 1, Е,Е, , Е и напряжения секционированногоисточника питания определяются при совместном решении системы уравнений: 25 . а= Ь ; а,1 - Ь; а- Ь,а и-Ьзаписанной для периода выходного напряжения преобразователя, где неоднозначность решения устраняется выбором одного из уровней напряжения секциониро ванногоисточника питания.В соответствии с временной диаграммой работы ключей переменного тока 5-8для трехступенчатой формы выходногонапряжения получаемЫ з Ез, ЕЕо,:;а,=4 = - б1 % г. %ФФ Ъ % % %Ф%Е 1 Е Е Е чЕд=ь %40Ьгде Е,. Е, Е уровни напряжениясекций 2-4 источника питания;ф/, %, Ж- число витков секций10-12 силового 45тра нсформатораПредположим, что необходимо получитьвыходное напряжение преобразователятрехступенчатой формы с уровнями ступеней 30 В, 45 В, 60 В. Выбираем Е=6 В (величина этого напряжения определяет достигнутый режим работы силовоготрансформатора по числу вольт на виток,например, 0,4 В (виток). Тогда; Щ=15 витков; с=0,4, Ь 1 =0,2; Ь =0,3;=0,4 Ь 4 Ою 2 Ь =0,3; Ь 6 =014,(В/витков). Откуда иэ уравнений (1) получаем ЕЗ =3 В, %=15 витков,ЪЬ,=- 75 витков, Е =21 В.5 9440Аналогичным образом работает преобразователь с пятиступенчатым выходным напряжением (фиг. 2),Таким образом, в заявляемом устройстве за счет введения промежуточных вы водов первичной обмотки силового трансформатора, образующих секции, использование другого соотношения витков этих секций и новых соединений ключевых элементов, позволяет. сократить число ключеО вых элементов и избавиться от их последовательных соединений, что обеспечивает упрощение устройства при формировании напряжения с малым коэффициентом гармоник. Преимущества предложенного решения в сравнении с известным проявляются при М 7 3.-Формула изобретенияПреобразователь 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 щ и й с я тем, что, с целью упрощения при формировании напряжения с малым коэффициентам гармоник, первжная обмотка силового трансформатора вы полнена с промежуточными отводами, деляшими ее на М секций, каждая иэ которых посредством ключей .переменного то 4. ка 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 экспертизе1. Тонкаль В.Е. Синтез автономных инверторов модуляционного типа. К., Наукова думка"1979, с. 81 83, рис. 48, 49, 51,б 440 М 17 оставитель Г. Мыцыкехред М.Надь КорректорА. Дзятко едактор К. Волощ сно СР бд. 4/э ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,ил каз 5146171 Тираж 721 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Ра