Преобразователь постоянного напряжения в переменное

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 7/537; Н 02 М 748 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ азо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта(56) 1. Устройства преобразовательной,техники. - Сб. статей, Киев, Наукова Думка,1970, вып 4, с.113.2, Авторское свидетельство СССР Ло 917286, кл. Н 02 М 7/537, 1980.(54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, содержащий выходной инвертор, фильтр и блок управления, в который входит задающий генератор и магнитный усилитель,отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов путем улучшения спектрального состава выходного напряжения инвертора, в .блок управления введен делитель частоты, суммирующий логический узел управления, цифро-аналоговый преобразо,80105358 А ватель, магнитный мультивибратор, вспомогательные ключи, причем выходы задающего генератора соединены с синхронизирующим входом магнитного мальтивибратора и с входом делителя частоты, выход делителя частоты связан с входом суммирующего логического узла управления, оди н выход которого подключен к управляющему входу цифро-аналогового преобразователя, а другой - к управляющим входам ключей выходного инвертора, рабочие и управляющие обмотки указанного магнитного усилителя первым выводом соединены через вспомогательные ключи с первым выводом выходной обмотки магнитного мультивибратора, соединенной вторым выводом с общей шиной, к которой подключены вторые выводы рабочих обмоток магнитного усилителя и первый выходной вывод цифро-аналогового преобразователя, к второму выходному выводу которого подключены вторые выводы управляющих обмоток магнитного усилителя, выходные обмотки которого подсоединены к входу суммирующего логического блока управления.1075358 35 40 45 50 55 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобра- зования постоянного напряжения в переменное.Известен преобразователь, работающий по принципу полуслежения, состоящий из источника опорного синусоидального напряжения, генератора тактовой частоты и двух пороговых элементов, совместно с генератором тактовой частоты управляющих работой выходного каскада. В данной схеме период модуляции, определяемый тактовым генератором, является величиной постоянной, что позволяет при выделении первой гармоники. выходного напряжения использо.- вать фильтры, имеющие небольшие массу и габариты 11. Однако устойчивый режим работы данного преобразователя может быть обеспечен только при определенных условиях и точность воспроизведения на выходе преобразователя синусоидального опорного напряжения оказывается невысокой.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий выходной инвертор, фильтр и блок управленияв который входит задающий генератор, магнитный усилитель, пороговый элемент, источник опорного напряжения и интегратор. Известная схема преобразователя за счет стабилизации и расширения глубины модуляции позволяет улучшить массогабаритные показатели фильтра и повысить КПД 21.Однако известный способ формирования импульсного напряжения на выходе инвертора в этой схеме не является оптимальным, поскольку не обеспечивается симметрия имдульсов в течение полуволны выходного напряжения относительно середин полуволн, что обуславливает наличие в выходном напряжении четных гармоник, близких к первой. При этом имеет место модуляция, по своим свойствам относящаяся к односторонней модуляции, которая по сравнению с двухсторонней модуляцией при одинаковых соотношениях между несущей частотой и частотой модуляции не обеспечивает минимальной величины искажений модулируемого сигнала.Целью изобретения является снижение массы и габаритов фильтра. путем улучшения спектрального состава выходного напряжения инвертора. Цель достигается тем,что в преобразователе постоянного напряжения в переменное, содержащем выходной инвертор, фильтр и блок управления,в который входит задаю- щий генератор и магнитный усилитель, в блок управления введен делитель частоты, суммирующий логический узел управления,2цифро-аналоговый преобразователь, магнитный мультивибратор, вспомогательные ключи, причем выходы задающего генератора соединены с синхронизирующим входоМ магнитного мультивибратора и с входом делителя частоты, выход делителя частоты связан с входом суммирующего логического узла управления, один выход которого подключен к управляющему входу цифро-аналогового преобразователя, а другой - к О управляющим входам ключей выходногоинвертора, рабочие и управляющие обмотки указанного магнитного усилителя первым выводом соединены через вспомогательные ключи с первым выводом выходной обмотки магнитного мультивибратора, соединенный вторым выводом с общей шиной, к которой подключены вторые выводы рабочих обмоток магнитного усилителя и первый выходной вывод и цифро-аналогового преобразователя, к второму выходному выводу которого подключены вторые выводы управляющих обмоток магнитного усилителя, выходные обмотки которого подсоединены к входу суммирующего логического блока управления.На фиг. 1 приведена принципиальная 25 схема предлагаемого преобразователя; нафиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Преобразователь состоит из силовогокаскада и блока управления. Силовой каскад включает в себя инвертор 1 и фильтр 2. Инвертор 1 может быть выполнен по любой известной схеме, например по схеме с трансформаторной средней точкой, состоящей из силового трансформатора 3 и силовых ключей 4 и 5. Выходная обмотка трансформатора 3 через фильтр 2 подключена к нагрузке 6.Блок управления содержит задающий генератор (ЗГ) 7, магнитный мультивибратор 8 с трансформатором 9, делитель 10 час тоты, суммирующий логический блок 11 уп-. равления (ЛБУ), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 12, блок 13 обратной связи (ОС), источник 14 постоянного опорного напряжения и широтно-импульсный модулятор 15. Один из выходов задающего генератора подсоединен к синхронизирующим входам мультивибратора 8. Второй выход ЗГ 7 через делитель 10 частоты подключен к суммирующему ЛБУ, выход которого, в свою очередь, Подсоединен к,управляющему вхбду ЦАП. Второй питающий вход ЦАП подключен к выходу блока ОС 13. Входы блока ОС соответственно подключены к источнику 14 постоянного опорного напряжения и квыходу фильтра 2,Широтно-импульсный модулятор 15 содержит два магнитных усилителя (МУ) 16 и 17 и вспомогательные ключи 18 - 21, раз-.1078358 деляющие рабочие и управляющие интервалы МУ. Управляющие входы этих ключей подсоединены к выходам мультивибратора 8.Вместо транзисторных ключей 18 - 21 можно использовать неуправляемые диодные ключи, однако это приводит к заметному уменьшению диапазона регулирования Одни концы рабочих и управляющих обмоток подключены через вспомогательные ключи к одному из выводов выходной обмотки 22 трансформатора 9. Второй вывод обмотки 22 подсоединен к шине питания, которая имеет общую точку соединения с одним из выходов ЦАП 12. Вторые концы рабочих обмоток через ограничивающие резисторы 23 и 24 подключены также к шине питания, а вторые концы управляющих обмоток - к второму выходу ЦАП 12. Выходные обмотки 25 и 26 магнитных усилителей подсоединены к входам ЛБУ. Выходы ЛБУ подключены к управляющим входам силовых ключей 4 и 5 инвертора 1.Схема работает следующим образом.На обмотке 22 трансформатора 9 формируется прямоугольное напряжение 1.1 с периодом Т. Величина этого напряжения пропорциональна напряжению источника, питающего преобразователь (фиг. 2 а), Для упрощения принято, что величина напряжения Ц,в течение периода Т остается постоянной и равной его среднему значению Ц,В управляющем интервале работы МУ 16, когда открыт ключ 19 и закрыт ключ 18, к управляющей обмотке МУ приложено напряжение, среднее за Т 2 значение которого равно 1.)у = пБа - 139, (О где Ц-напряжение питания;и - коэффициент. пропорциональностимежду 1-1 п и 1.1 гг1.)9 -среднее за Т 12 значение напряжения, формируемого на выходеЦАП (фиг, 2 б),В течение этого интервала йод действием напряжения, сердечник МУ перемагничивается от индукции насыщения (+ Вз) до некоторого значения индукции В (фиг. 2 в) иа величину.дВ, определяемую выражением дВ= В, - В, = , (2) где ЯиФу - нлощадь пойеречного сечениясердечника и число витков управляющей обмотки МУ.В рабочеминтервале открыт ключ 18, а ключ 19 закрыт. К рабочей обмотке МУ приложено напряжение пЦц, под действием которого сердечник МУ перемагничивается от индукции В до +Вз. Время перемагничивания сердечника определяется выражениемвия.: 1 Ь тЖй Цл 2 п Ип Юч где Юу - число витков рабочей обмотки МУ 4В течение этого времени на выходнойОбмотке 25 рассматриваемого МУ формируется положительный импульс напряжения (фиг. 2 д) поступающий на вход ЛБУ.Работа магнитного усилителя 17 отличается от работы МУ тем, что управляющие и рабочие интервалы сдвинуты на время полупериода Т)2 работы ЗГ,в результате такого сдвига в управляющем интервале к управляющей обмотке МУ приложено напря О жение1.)уг = п(.)п + 139. (4)Под действием этого напряжения сердечник перемагничивается на величину В ИВ=В Я Т 15 ГЯЩВремя перемагничивания сердечника врабочем интервале при эом равно2 Ж 1 д Ув 20В течение этого времени на выходнойобмотке 26 рассматриваемого МУ формируется положительный .импульс напряжения1.1 и (фиг. 2 е), также поступающий навход ЛБУ.25На выходах ЛБУ формируются импульсные напряжения 134 и 1.1 э (фиг, 2 ж, з),поступающие на управляющие входы силовых ключей 4 и 5 инвертора 1. З 0 В течение положительной полуволны выходного напряжения Т /2 импульсы 1.14 образуются путем логического суммирования положительных импульсов 13 и импульсов длительностью 1 д (не показаны), допсаняющих положительные импульсы Ц 5 (длитель ностцо 1,) до полупериода Т(2, а импульсыпредставляют собой инверсию импульсов 04,В течение отрицательной полуволны аналогичным образом образуются импульсы 1.1, а импульсы Ц, в свою очередь, 40 представляют собой их инверсию.На выходной обмотке трансформатора 3формируется двухполярное импульсное напряжение 1.1 э (фиг, 2 и). Среднее значение этого напряжения за интервал, являющийся рабочим для МУ 16, определяется вы .ражениему .Й.ай:Ы - .Ш/ (/.)(п где т - коэффициент передачи трансфор 50маторов.Подставляя значение 1 из выражения (3)получаем