Способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное ступенчатое

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 737685 А 1 02 М 7/5395 51) ОСУДАРСТВЕННЫЙО ИЗОБРЕТЕНИЯМРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТ ЗОБ ЕТЕН К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТ кий институт ние "Прожек(53) 621,3 (56) Авто И. 15223Конс разовате 1972,реобргия,СТОИ НУПИСАНИЕ(71) Московский энергетии Производственное объед(72) Г.С.Мыцык, Ю.П.Иванов и В.И.Мтов 4.58(088.8)ское свидетельство СССР8, кл, Н 02 М 7/5395, 1989.антинов В.Г. Многофазные пи на транзисторах. М.: Эн 54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В КВАЗСОИДАЛЬНОЕ СТУПЕНЧАТОЕ Изобретение относится к области преобразователей техники и может быть использовано при построении источников вторичного электропитания централизованного типа с низкочастотным выходом повышенной мощности в тех случаях, когда требуется согласование, с гальванической развязкой, уровней входного и выходного напряжений, повышенное качество преобразованной электрической энергии, техно-. логичность и приемлемые массогабаритные показатели вторичного источника.Известен способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное, при котором формируют четное число одинаковых по амплитуде знакопеременных импульсов прямоугольной формы, задают одинаковый по величине и знаку(57) Использование: преобразование постоянного напряжения в квазисинусоидальное ступенчатое переменное напряжение для систем вторичного электропитания и электропривода, Сущность изобретения: преобразователь, реализующий предложенный способ, состоит из нескольких ячеек. Формируемые в каждой ячейке прямоугольные выходные напряжения взаимно сдвинуты на одинаковый угол у, Для регулирования значения выходного напряжения в каждом таком напряжении формируют импульсы противоположной полярности повышенной частоты и регулируемой длительности а, При этом данные импульсы формируются в одной половине ячеек 1/2 на начальных 2/3 каждого полупериода, а в другой половине ячеек/2 - на конечной 2/3 каждого полупериода, Полученные выходные напряжения ячеек суммируют в общем контуре. 5 ил. фазовыи сдвиг для всех импульсов и суммируют их. В соответствии с данным способом на определенных интервалах частоту импульсов увеличивают по сравнению с выходной частотой.Недостатком данного способа являются ограниченные функциональные возможности из-за невозможности регулирования квазисинусоидального напряжения.Наиболее близким к данному является способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное ступенчатое, согласно которому из постоянного напряжения формируют четное число гальванически развязанных одинаковых по форме переменных с часготой Р напряжений, имеющих форму меандра, последовательно сдвигают эти напряжения относительнодруг друга на угол у и суммируют их, Угол у задают из условия кратности л /3 этому углу,Недостатком способа также является ограниченность его функциональных возможностей, связанная с невозможностью регулирования выходного напряжения,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет регулирования выходного напряжения по величине.Поставленная цель достигается тем, что в способе преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное ступенчатое, при котором из постоянного напряжения формируют четное числогальванически развязанных одинаковых по амплитуде переменных с частотой Р напряжений, последовательно сдвигают их на угол у относительно друг друга и суммируют, причем угол у задают из условия кратностил/3 этому углу, в полуволнах каждого изуказанных напряжений в пределах гп регулируемых по длительности интервалов а изменяют с частотой 1 = ЗгпР полярность этих напряжений на противоположную, причем в первой половине /2 напряжений частоты Р, образующих первую группу, регулируемые интервалы вводят на промежутл ках соответственно К ( - -л) и3 К ( - 2 л), а в каждом из /2 осталь 3ных напряжений частоты Е. образующих вторую группу, регулируемые интервалы2 л вводят на промежутках К (О ) иК (л - ), где К - номер периода выход 5 л3ного напряжения, причем отсчет указанных промежутков осуществляют от начала первой полуволны каждого напряжения, а упомянутые интервалы а первой группы напряжений частоты Р по отношению к интервалам. второй группы напряжений сдвигают на угол л /2 на частоте 1.На фиг. 1 и фиг. За,б представлены временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ для случая;= 6, угол у = л /9, гп = 3; на фиг, 2 - силовая часть преобразователя, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 4 - блок-схема системы управления преобразователем; на фиг, 5 - временные диаграммы, поясняющие алгоритм функционирования преобразователя.Суть предлагаемого способа заключается в следующем.Формируют четное числогальванически развязанных одинаковых по амплитуде переменных с частотой Г напряжений, имеющих, например, форму меандра, Последовательно сдвигают их относительно друг друга на угол у, причем угол у задают из 5 условия краткости угла л /3 этому углу у,Для случая= 6 указанные напряжения изображены на фиг. 1 и 3 (021-026), В полуволнах каждого изуказанных напряжений в пределах гп регулируемых по 10 длительности интервалов а изменяют счастотой 1 = ЗвР полярность этих напряжений на противоположную.(в примере гп = 3). В первой половине/2 напряжений частоты Р, образующих пер вую группу, регулируемые интервалывводят на промежутках соответственно К ( -- л) и К ( - 2 л), а в кажл 4 л3 3дом из остальных/2 напряжений, 20 образующих вторую группу, регулируемыеинтервалы вводят на промежутках К (О )и К (л - ), где К - номер периода выходного напряжения. Отсчет 25 указанных промежутков осуществляют отначала первой полуволны каждого напряжения, а упомянутые интервалы а первой группы напряжений частоты Р по отношению к интервалам а второй группы напря- ЗО жений сдвигают на угол л /2 на частоте 1,Полученные последовательности знакопеременных импульсов (021-026) суммируют в общем контуре, формируя тем самым кривую 02 выходного напряжения квазисинусо идальной формы (фиг. 1 и 3).Одним из частных вариантов реализации способа может быть преобразователь на фиг, 2, Он выполнен в виде шести объединенных по шинам питания инверторных 40 ячеек 1 - 6 по схеме с нулевой точкой питанияс трансформаторным выходом, Вторичные обмотки 7 - 12 трансформаторов 13 - 18 соединены последовательно, образуя контур суммирования выходных напряжений ин верторных ячеек, подключенный к выходным клеммам преобразователя.Система управления (фиг, 4) содержитпоследовательно связанные между собой задающий генератор 19 с прямым 20 и ин версным 21 выходами и регистр 22 сдвига,имеющийвыходов с информационным 23 и тактовым 24 входами. Кроме того, система управления содержит делитель 25 частоты с коэффициентом деления, равным 9, вклю ченный между прямым выходом 20 задающего генератора 19 и информационным входом 23 регистра 22 сдвига, который тактовым входом подключен к инверсному выходу 21 задающего генератора 19. Выходырегистра 22 связаны с входами логического блока 27 непосредственно, а прямой выход 20 задающего генератора 19 - через модулятор 26 ширины импульсов. Выходы логического блока 27 связаны с управляющими входами ключей инверторных ячеек.Алгоритм функционирования преобразователя, обеспечивающий регулирование выходного напряжения по величине, поясняется временной диаграммой на фиг. 5. Используемые при напряжениях индексы отражают принадлежность их соответствующему узлу или точке схемы: О(зг) - сигнал (напряжение) на прямом выходе 20 задающего генератора 19; 0(д) - выходной сигнал делителя 25 частот Ор 1 - О(р 6) - выходные сигналы регистра 22;Ф 1 (1) /) 1 (1), - сигналы, подаваемые на управляющие входы силовых ключей первой инверторной ячейки 1;021-026 - напряжения, формируемые на вторичных обмотках 7-12 трансформаторов 13-18;02 - напряжение на выходе преобразователя.,Рассмотрим работу преобразователя на примере формирования напряжения 02 с числом ступеней М = 3 (фиг. 5), Задающий генератор 19 формирует на прямом и инверсном выходах парафазные сигналы тактовой частоты, С выхода 20 задающего генератора импульсы О(зг) поступают на вход делителя 25 частоты, с выхода которого импульсы с частотой в 9 раз меньшей тактовой частоты поступают нэ информационный вход 23 регистра 22 и вход модулятора 26 ширины импульсов. На выходах Р 1-Рб регистра формируют последовательность прямоугольных импульсов О(р 11-0(рб), причем фазовый сдвиг между импульсами составляет у,Сигналы с выхода регистра 22 сдвига и модуляторы 26 ширины импульсов после соответствующей логической обработки в логическом блоке 27 поступают после предварительного усиления и гальванической развязки на управляющие входы транзисторов инверторных ячеек 1 - 6 (фиг. 2), Переключение ключей в соответствии с поступающими на их управляющие входы сигналами управления обеспечивает формирование на выходах инверторных ячеек 1 - б, а также на первичных и вторичных обмотках 7 - 12 трансформаторов 13 - 18 напряжений 021-Оы (фиг. 1, 3, 5), Квэзисинусоидальное напряжение 02 на выходе преобразователя получают суммированием в выходной цепи из последовательно соединенных вторичных обмоток 7 - 12 трансформаторов 13-18 напряжений 021 - 026,В полуволнах каждого из 021-026 напряжений в пределах гп регулируемых по 5 длительности интервалов а изменяют с частотой 1 = ЗпР полярность этих напряжений на противоположную. В каждом из трех напряжений, образующих первую группу, эти интервалы вводят на промежутках, соответ л 4 лственно, --и -- 2 л, а в каждом3 3из трех остальных напряжений, образующих вторую группу, интервалы вводят на2 5 кпромежутках 0 - 3 и. Возможны модификации предлагаемого способа. Например, когда фронт первого из импульсов обратной полярности первой группы напряжений формируют в начале 20 Лпромежутка -- я(фиг. За), а фронт перво 3го импульса обратной полярности второй группы напряжений фиксируют в точке21/бщР от начала промежутка 0ФВ другом случае (фиг, 1) фронт последнегоимпульса первой группы напряжений фиксируют в точке 1/бай от конца промежутка 4 л- 2 л, а фронт последнего импульсаобратной полярности второй группы напряжений фиксируют в конце промежутка5 Лв335 В третьем случае (фиг, Зб) фронты первого и последнего импульсов обратной полярности первой группы напряжений фиксируют соответственно в начале и конце упомянутых промежутков, а середину пер вого импульса обратной полярности второйгруппы напряжений фиксируют в точке2 л1/бв Е от начала промежутка 0 --- - .3Таким образом, при четном 1 суммиру 45 емых напряжений, используя двухполярноеширотно-импульсное регулирование (ШИР) каждого из напряжений, при соответствующем расположении регулировочных импульсов п 1 в полуволнах каждого напря жения можно реализовать однополярноеШИР результирующего напряжения 02.Предложенный способ может быть применен не только при прямоугольной форме сигналов типа меандр, но и при более слож ной форме сигналов. Формула изобретения Способ преобразования постоянногонапряжения в квазисинусоидальное сту 1737685пенчатое, при котором иэ постоянного напряжения формируют четное числогальванически развязанных одинаковых по амплитуде переменных с частотой Е напряжений, последовательно сдвигают их на 5 угол у относительно друг друга и суммируют, причем угол у задают из условия кратности угла к/3 этому углу у, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения 10 регулируемости результирующего напряжения по величине, в полуволнах каждого изуказанных напряжений в пределах а регулируемых по длительности интервалов а изменяют с частотой 1 = ЗаЕ полярность этих 15 напряжений на противоположную. причем в первой половине/2 напряжений частоты Е, образующих первую группу, регулируемые интервалы вводят на промежутках соответственно К ( -- л) и К ( - 2 л),Л 4 л 3 3 а в каждом из О 2 остальных напряжений частоты Е. образующих вторую группу, регулируемые интервалы вводят на промежутках К (О )и К (л - ), гдеК -2 л 5 л3 3номер периода результирующего напряжения, причем отсчет укаэанных промежутков осуществляют от начала первой полуволны каждого напряжения, а упомянутые интервалы а первой группы напряжений частоты Е по отношению к интервалам а второй группы напряжений сдвигают на угол л /2 на частоте 1.