Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное напряжение

(5)5 О Т ОПИСА У структорско-технолоической техники льство СССР7/515, 1976,ельство СССР 7/48, 1985,льство СССР 7/48, 1988,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИ,ЦЕТЕЛ(71) Специальное конгическое бюро геофиз(57) Использование: преобразование постоянного напряжения в переменное многоступенчатое напряжение, Существо изобретения: посредством однофазного инвертора 1 постоянное напряжение преобразуется в высокочастотное переменное напряжение. Вторичная обмотка выходного тр-ра 2 разделена на секции, При определенном алгоритме коммутации ключей 3-14 переменного тока формируется многоступенчатое переменное напряжение. приложенное к выходным выводам 27, 28. Число ступеней выходного напряжения в четверти периода М=(М) - 1)(М, +1), где М,. и М - число секций соответственно средней и крайних частей вторичной обмотки выходного тр-ра, 1 з, и. ф-лы, 2 ил,Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике для получения квазисинусоидального напряжения с улучшенным гармоническим составом,Известен преобразователь, содержащий высокочастотный модулятор с блоком управления и согласующим трансформатором, свободные концы и промежуточные отводы двух последовательно соединенных вторичных обмоток которого подключены через ключи переменного тока к первому выходному выводу, причем точка соединения указанных обмоток соединена с вторым выходным вь водом. В этом преобразователе рабочая частота согласующего трансформатора превышает выходную в К раз (К - любое целое число), Преобразователь устойчиво работает на любую нагрузку, а количество ступеней К в выходном напрякении в два раза меньше количества ключей переменного тока; К=О/2, где 0 - количество ключей переменного тока, Нап ример, и ри 0=12, М= 6.Недостатками данного технического решения являются большие масса и габариты, низкая надежность, обусловленные большим количеством ключей переменного тока.Известен также преобразователь, содеркащий высокочастотный модулятор с блоком управления и согласующим трансформатором, свободные концы и промекуточные отводы двух основных последовательно соединенных вторичных обмоток которого подключены через ключи переменного тока и вторичные обмотки (О - -1) дополнительных трансформаторов к первому выходному выводу, причем первичные обмотки дополнительных трансформаторов связаны через дополнительные ключи переменного тока с дополнительной второй обмоткой согласующего трансформатора, а точка соединения указанных двух основных вторичных обмоток согласующего трансформатора соединена с вторым выходным выводом. В преобразователе рабочая частота трансформаторов превышает выходную в К раз(К - любое целое число), Преобразователь устойчиво работает на любую нагрузку, а количество ступеней в выходном напрякении М=(О, /2) 02, где 01 - количество ключей переменного тока, подключенных к основным обмоткам согласующего трансформатора; 02 - количество ключей переменного тока, подключенных к дополнительной обмотке согласующего трансформатора, Наиболее оптимальным следует считать 01=02, Например, при 01+02=12 И =18.50 с выходным трансформатором, вторичнаяобмотка которого разделена на секции, и две группы ключей переменного тока, обьединенных первыми электродами в две общие точки, вторичная обмотка выходного55 трансформатора разделена двумя основными отводами на среднюю часть и две равные по числу витков крайние части, причем средняя часть обмотки разделена первыми промежуточными отводами на М 1 равных по числу витков секций, а каждая крайняя 102030 354045 Недостатком указанного технического решения является наличие дополнительных трансформаторов, что сказывается на надежности, массе и габаритах преобразователя в целомНаиболее близким к предлагаемому потехнической сущности является преобразователь, содержащий высокочастотный модулятор с блоком управления исогласующим трансформатором, две основные группы по 01/2 ключей переменного тока, первые силовые электроды которыхсоединены с промежуточными отводами и различными концами двух основных последовател ьно соединен н ых вторич н ых обмоток, а вторые силовые электроды в каждойгруппе объединены, две дополнительные группы по 02/2 ключей переменного тока, первые силовые электроды которых соединены с концами и промежуточными отводами двух дополнительных последовательно соединенных вторичных обмоток, а вторыесиловые электроды в каждой группе объединены и подключены к обьединенным вторым силовым электродам тиристоров соответствующей основной группы, причем точка соединения дополнительных вторичных обмоток соединена с вторым выходным выводом, а выходы блока управления соединены с управляющими электродами ключей модулятора и ключей переменного тока. Преобразователь устойчиво работает на любую нагрузку, а количество ступеней в выходном напряжении К=(01 1 02)/4.Наиболее оптимальным следует считать 01-,02, Например, при 01+02=12 И=9.Недостатком известного технического решения являются большие масса и габариты, низкая надежность, обусловленныебольшим количеством ключей переменноготока.Цель изобретения - уменьшение массыи габаритов преобразователя путем уменьшения количества ключей переменного тока при заданном значении М.Поставленная цель достигается тем. что в преобразователь постоянного напрякения в многоступенчатое переменное напряжение, содержащий однофазный инверторчасть обмотки разделена вторыми промежуточными отводами на Мг равных по числу витков секций, основные отводы, вторые промежуточные отводы и свободные выводы крайних частей вторичной обмотки соединены с вторыми электродами 2(К 2+1) ключей переменного тока первой группы, первые промежуточные отводы средней части обмотки соединены с вторыми электродами (М - 1) ключей переменного тока второй группы, общие точки первой и йторой групп ключей переменного тока соединены с выходными выводами, а число витков каждой секции крайних частей вторичной обмотки выбрано большим в (И 1-1) раз, чем число витков каждой секции средней части этой обмотки.На фиг. 1 представлена схема преобразователя; на фи г. 2 - диаграммы нап ряжений.Преобразователь содержит однофазный инвертор 1 с выходным трансформатором 2, вторичная обмотка которого разделена на секции, и две группы ключей 3-8 и 9-14 переменного тока, объединенных первыми электродами в две общие точки, при этом вторичная обмотка выходного трансформатора разделена двумя основными отводами 15 и 16 на среднюю часть и две равные по числу витков крайние части, причем средняя часть обмотки разделена первыми промежуточными отводами 17-22 на И равных по числу витков секций, а каждая крайняя часть обмотки разделена вторыми промежуточными отводами 23 и 24 на М 2 равны: по числу витков секций, основные отводы 15 и 16, вторые промежуточные отводы 23 и 24 и свободные 25 и 26 выводы крайних частей вторичной обмотки соединены с вторичными электродами 2(И 2 - 1) ключей 3 - 8 переменного тока первой группы, первые промежуточные отводы 17 - 22 средней части обмотки соединены с вторыми электродами (И 1 - 1) ключей 9 - 14 переменного тока второй группы, общие точки первой и второй групп ключей переменного тока соединены с выходными выводами 27 и 28. Блок 29 управления включает в себя задающий генератор 30, счетчик 31 импульсов, преобразователь 32 кодов и усилитель 33 мощности. На фиг. 2 представлено напряжение 34 на вторичных обмотках согласующего трансформатора, импульсы 35 - 46, управления, поступающие соответственно на ключи 3-14, переменного тока, выходное напряжение 47.Преобразователь работает. следующим образом. Выбираем напряжения секций 15-17,17 - 18, 18 - 19, 19 - 20, 20 - 21, 21 - 22, 22 - 16равными амплитуде первой ступени О(1), анапряжения секций 25 - 23, 23 - 15, 16 - 24,5 24 - 26 равными 60(1). Первая ступень выходного напряжения 47 формируется за счетвключения ключей 5 и 9 переменного токапри положительной полярности напряжения 34 и включения ключей 6 и 14 перемен 10 ного тока при отрицательной полярностинапряжения 34. Вторую ступень выходногонапряжения получают за счет включенияключей 5, 10 и 6, 13 переменного тока. Последующие ступени выходного напряже 15 ния, включая шестую, получаютаналогичным образом, В частности, шестуюступень выходного напряжения получают засчет поочередного включения ключей 5, 14и 6, 9 переменного тока, Седьмая ступень20 выходного напряжения формируется за счетпоочередного включения ключей 4, 9 и 7, 14,т. е. суммируются напряжения секций 23 - 15(с напряжением 60(1 и 15 - 17 (с напряжением О(1, а также секций 16 - 24 (с напряже 25 нием 60( и 22 - 16 (с напряжением 0(.Далее осуществляется формирование ступеней выходного напряжения по схеме80(1)=60(1)+20(1); .9 О(1)=60(1)+3 0(1):30 100(1)=60(1)+40(1):11 О(1)=60(1)+50;12 О(1)=60(1)+60(1),Описанное иллюстрируют диаграммынапряжений на фиг, 2,35 Тринадцатая ступень выходного напряжения формируется за счет поочередноговключения ключей 3, 9 и 8, 14 переменноготока за счет суммирования напряжений секций 25 - 15 (с напряжением 120(1 и 15 - 17 (с40 напряжением О(1, а также секций 16-26 (снапряжением 120(1 и 22 - 16 (с напряжени-.ем О(. Далее осуществляется формирование ступеней выходного напряжения посхеме45 140(1)=120(1)+20(1);15 0(1)=12 О(1)+3 0(1):160(ц=12 ОР)+40(1):170(1)=120(1)+50(1):18 0(1)=12 О(1)+60(1),50 Формирование ступенчатого напряжения иллюстрируют диаграммы на фиг. 2Оптимальным следует считать вариант,когда каждая крайняя часть обмотки разделена вторичными промежуточными отвода 55 ми согласно выражениюи - гМ 22при округлении их значения при нечетномМ 1 до целого числа.1744781 40 50 55 П р и м е р, При 81=7 получают согласно приведенному выражению гч 2=2,5, Можем принять М 2=2 (согласно фиг, 1). В этом случае суммарное количество ключей переменного тока 0=(И 1-1)+2(М 2+1)=12. 5Количество ступеней в выходном напряжен ии й=(М 1-1) (М 2+1)=18.При этом же количестве ключей переменного така(0=12) при других значениях И 1 и И 2, например й 1=5, й 2=3, количество 10 ступеней в выходном напряжении Й=(5 - 1). х(3+1)=16.Таким образом, предлагаемый преобразователь с равномерным квантованием по уровню и различными по длительности сту пенями выходного напряжения отличается от известного меньшим количеством ключей переменного тока при заданном М, что приводит к уменьшению массы и габаритов, повышению надежности устройства в це лом. С другой стороны, при одинаковом количестве ключей переменного тока рассматриваемых преобразователей можно повысить качество выходного напряжения за счет увеличения количества ступеней, 25 Так, для получения К=12 в известном преобразователе необходимо 0=14, а в предлагаемом 10 при одинаковом количестве ключей, соединенных последовательно с нагрузкой, т. е. меньше приблизительно на 30 40 оь при любом количестве К.Формула изобретения1. Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное на 35 пряжение, содержащий однофазный инвертор с выходным трансформатором, вторичная обмотка которого разделена на секции, и две группы ключей переменного тока, обьединенных первыми электродами в две общие точки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, вторичная обмотка выходного трансформатора разделена двумя основными отводами на среднюю часть и две равные по числу витков крайние части, причем средняя часть обмотки разделена первыми промежуточными отводами на К 1 равных по числу витков секций, а каждая крайняя часть обмотки разделена вторыми промежуточными отводами на й 2 равных по числу витков секций, основные отводы, вторые промекуточные отводы и свободные выводы крайних частей вторичной обмотки соединены с вторыми электродами 2(М 2+1) ключей переменного тока первой группы, первые промежуточные отводы средней части обмотки соединены с вторыми электродами (И 1 - 1) ключей переменного тока второй группы, общие точки первой и второй групп ключей переменного тока соединены с выходными выводами, а число витков каждой секции крайних частей вторичной обмотки выбрана большим в (Мг 1) раз, чем число витков каждой секции средней части этой обмотки.2. Преобразователь по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что число секций К 2 выбирают из выражения К 2=(М 1-2)/2, округляя при нечетном К до целого числа.оставитель Ю.М ехред М.Морген Тираж Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 о-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина