Преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(63) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 17 А 7. 81 Р 1) 3317967/24-07с присоединением заявки Мо(23) Приоритет -Опубликовано 15.02,83. Бюллетень Мо 6 151 М. Кл.з Н 02 М 7/537 Государственный комитет СССР Ло делам изобретений и ЬткрытийИ 1 УДК 621.314. .58(088.8) Дата опубликования описания 15028354 ) ПРЕОБРАЗОВАТ В ПЕРЕМЕННО Ь ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ СИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИ Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение,Известны преобразователи, содержа щие широтнорегулируемый инвертор с выходным трансформатором и Формирующим выходным фильтром 11.При работе таких преобразователей на низкой частоте масса и габариты выходных трансформаторов и преобразователя в целом становятся большими.Для устранения этого недостатка на входе инвертора включают высокочастотный коммутатор с высокочастотным трансформатором и выпрямителем 2.Однако многократное преобраэова-.ит к сниполнения устдлагаемому содержащий тельно соекоммутатор лненный на а в систегенератор м, вторичны.ние в силовой цепи приводжению КПД н сложности выройства.Наиболее близким к преявляется преобразователь,в силовоФ части последовдиненные высокочастотныйи мостовой инвертор, выпоключах переменного тока,ме управления - задающийс выходным трансформатор обмотки которого соединены с управляющими входами укаэанных ключей переменного тока, модулятор ширины импульсов и блок обратной связи, на один вход которого подключен выход формирователя опорного оинусоидального сигнала, а другой вход соединен с выходом преобразователя 3 ).В этом преобразователе на выходе инвертора Формируется двухполярное импульсное напряжение, в котором модуляции подвергается один Фронт импульса. Вследствие этого коэффициент гармоник выходного напряжения данного преобразователя высок, а из-за значительных динамических потерь в ключах переменного тока инвертора преобразователь имеет низкий КПД.Цель изобретения - повыаение КПД и уменьшение коэффициента гармоник выходного напряжения.Поставленная цель достигается тем, что указанный высокочастотный коммутатор выполнен на двух синхронизируемых инверторных.ячейках, указанн и 1 модулятор ширины импульсов выполнен в виде двух магнитных усилителей, указанный блок обратной связи выпол нен с двумя гальванически связанными противофазными выходами, указанныпвыходной трансформатор задающего генератора снабжен дополнительной обмоткой, отвод от средней точки которойсоединен с общим выводом выходов блока обратной связи, а крайние выводы через введенные ключи соединены спервыми выводами каждой из рабочихи управляющих обмоток магнитных усилителей, вторые выводы рабочих соединены с синхронизирующими входами инвекторных ячеек,а вторые выводы управ" 10ляющих обмоток магнитных усилителейсоединены с противофазными выходамиблока обратной связи.Кроме того, формирователь синусоидального опорного сигнала и задающий генератор могут быть соедийенымежду собой цепью взаимной синхронизации.На фиг. 1 приведена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - 2 Овременные диаграммы, поясняющие егоработу,Преобразователь состоит из силовой части и системы управления. Силовая часть содержит высокочастотный 25коммутатор, состоящий из двух идентич.ных высокочастотных синхронизируемыхинверторных ячеек 1 и 2 с трансформаторами 3 и 4 и мостовой инвертор,выполненный на транзисторных ключах 3 О5 - 8 переменного тока. Вторичные обмотки трансформаторов 3 и 4 соединены последовательно и подключены к.входной диагонали инвертора. Выходная диагональ инвертора через фильтр 359 подключена к нагрузке 10, Системауправления содержит формирователь 11опорного напряжения синусоидальнойформыблок 12 обратной связи, задающий генератор 13 с выходным трансформатором 14 и модулятор ширины импульсов в виде двух магнитных усилителей (МУ). МУ выполнены по схемес, диодным разделением интервалов ииспользуются в качестве Фасосдвигающих Устройств. Их рабочие обмотки15 - 18 через ограничивающие резисторы 19 - 22 подключены к синхронизирующим входам инверторных ячеек 1 и2 и к дополнительной обмотке трансформатора 14. Управляющие обмотки 2326 МУ подсоединены к двум противофазным выходам блока обратной связи ик той же дополнительной обмотке 27трансформатора 14Третий, средний,выход блока обратной связи подключен к,отводу. от средней точки обмотки 27 трансформатора 14 и к положительному полюсу источника питания.Входы блока обратной связи подключены к выходу формирователя 11 опор Оного напряжения и к выходу фильтра 9Выходные обмотки трансформатора 14подключены к управляющим входам ключей 5-8 переменного тока. Питаниеинверторных ячеек 1 и 2 задающего 65 генератора 13 производится от источника входного постоянного напряжения Ц.Схема работает следующим образом.Задающий генератор 13 формирует на обмоткахтрансформатора 14 прямоуголь ные импульсы с длительностью полупериода Т,. На обмотке 27 относительно отвода от средней точки формируются прямоугольные импульсы напряжения противоположной полярности,с амплитудой пОн, где и - коэффициент трансформации трансформатора 14.форма напряжения на обмотке 27 показана на фиг, 2 а, Инверторные ячейки 1 и 2 работают в режиме синхронизации с частотой генератора 13. Их синхронизация осуществляется через магнитные усилители. Напряжения 0 и Б 4фоРмиРуемые на выходных обмотках трансформаторов 3 и 4 инверторных ячеек 1 и 2, сдвинуты по Фазе относительно напряжения генератора 13 соответственно на время д и в (Фиг. 2 г, д), Когда полярность напряжения на обмотке 27 трансформатора 14 соответствует рабочим интервалам МУ., к их рабочим обмоткам 15 и 17 или 16 и 18 через синхронизирующие входы ячеек 1 и 2, ограничивающие резисторы и открытые диоды прикладывается напряжение пан, При этом сердечникисоответствующих дросселей перемагничиваются от индукций Вои Во 4 до индукции насыщения В, где Воз и Во 4 начальные значения индукции, устанавливаемые в управляющих полупериодах (фиг; 2 б.в При насыщении сердечников ток в рабочей цепи МУ резко возрастает, что приводит к переключению ключей инверторных ячеек 1 и 2 и смене полярности их выходных напряжений 0 и Ч. Время перемагничивания сердечнйков Му от значений В и ВО 4 до В,определяет временной сдвиг между импульсами формируемыми генератором 13, и импульсами ц и 04. Время перемагничивания связано с параметрами сердечников соотношениямиз +иФ,О 5 Ьа.=а 1 Ой, 1)оЬо +иц К.-и Ож, О)04 где Ир и Я - соответственно числовитков рабочих обмоток и площадь поперечного сечения сердечников дросселей МУ. После насыщения сердечников дросселей и переключения ячеек1 и 2 в течение оставшейся части рабочего интервала состояние схемы неизменяется,В следующем полупериоде работы генератора 13 для сердечников, намаг.35 за Тм ниченных до +Вэ, наступает управляющий интервал. В течение этого интервала к управляющим обмоткам 23 и 25 или 24 и 26 Му прикладывается сумма напряжений п 0 и напряжения, формируемого на соответствующих выходах блока 12 обратной связи.На выходах блока 12 относительно среднего вывода Формируются противофазные управляющие напряжения ПЧ Эти напряжения по Форме повторяют 10 синусоидальное опорное напряжение с периодом Т, а по величине пропорциональны разности между средними значениями выходного напряжения пре- . образователя ЦВи опорного напряЬых жения Боп. В управляющих интервалах сердечки" . ки Му размагничиваются от +В- до значений Врь и Во 4. Величина В и Во 4 определяются иэ соотношений+, Тм 49 ЪсК= а 60)Й, (4)о где И. " число витков обмотки уп 3равления,После сложения выходных напряжений О и 04 получим импульсное на- , 30 пряжение П (фиг. 2 е), среднееЪза Т значение которого равно О;=Т - О,Ж=ЯМТ Ца -ОИ, (6) где в в ;коэффициент трансформации;трансформаторов 3 и 4.Ключи:5-8 переменного тока управляются генератором 13. Одновременно включены либо ключи 5 и 8, либо б и 7,40 Полярность импульсов напряжения О в диагонали моста определяется полярностью управляющих напряжений, поэтому на выходе инвертора Формируется импульсное напряжение Па (фиг.2 жА 1Из выражения (5) с учетом выра" жений (1) - (4) имеемТм йьи 50 О: 4 ф "фц (71ЬФ 9Тгде . %)=т,М среднеезначение 0.55Отсюда видно, что при принятых допущениях среднее за период значение выходного напряжения иивертора пропор. ционально среднему значению управляющего напряжения, т. е. полезная средняя составляющая 06 повторяет по форме среднюю составляющую напряжения управления. Поскольку Бч по форме повторяет синусоидальное опорное напряжение, средняя составляющая 04 также изменяется по синусоидальному закону. После выделения этой составляющей фильтром 9 на выходе преобразователя получаем синусокдальное напряжение У ;с низким содержанием высокихгармоник (фиг, 2,31.В предлагаемом преобразователе помимо пропорциональности между средними за Тм эначенияьа выходного и опорного найряжения модуляции подвергаются оба фронта импульсов 94 что соответствует модуляции третьего рода (ШИИ). Кроме того, поскольку переключение ключей 5-8 переменного тока инвертора происходит в моменты времени, когда к диагонали моста приложено нулевое напряжение, динамические потери на переключение ниже, а КПД выше, чем в прототипе.формула изобретения1. Преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение, содержащий в силб: - вой части последовательно соединенные высдкочастотный коммутатор и мостовой инвертор, выполненный на ключах переменного тока, а в системе управления - задающей генератор с выходным трансформатором, вторичные обмотки которого соединены с управляю-. щими входами указанных ключей переменного тока, модулятор ширины импульсов, блок обратной связи, на рдин вход которого подключен выход формирователя опорного сииусоидального сигнала, а другой вход соединен с выходом преобразователя, о т л ич аю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и уменьшения коэффициента гармоник выходного напряжения; указанньй высокочастотный коммутатор выполнен на двух синхронизируемых инверторных ячейках, указанный модулятор ширины импульсов выполнен в ви- . де двух магнитных усилителей, указанный блок обратной связи выполнен с. двумя гальванически связанными про- . тивофазными выходами, указаннйй выходной трансформатор задающего генератора снабжен дополнительной обмоткой, отвод от средней точки которой соединен с общим выводом выходов блока обратной связи, а крайние выводы через введенные ключи соединены с первьию выводами каждой из рабочих и управляющих обмоток магнитных усилителей, вторые еыводы рабочих об" моток соединены с синхронизирующими входами инверторных ячеек, а вторые выводы управляющих обмоток магнитных усилителей соединены с противофазными выходами блока обратной свя" зи.мирователь синусоидального опорногосигнала и задающий генератор соединены между собой цепью взаимной синхоонизации. источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Устройство преобразовательнойтехники. Киев, 1970, вып. 4, с, 114.2. Авторское свидетельство СССРР 492985, кл. Н 02 М 7/537, 1972.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2806495/24-07,кл. Н 02 М 7/537, 1979.997208 Составитель В. МоинАлексеенко Техред Т.Оаточка Корректор В, Бутяга едакто Тираж 685сударственногоизобретений иква, Ж, Рауш Филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная,Заказ 955/75ВНИИПИ Гопо делам113035, Мос Подписномитета СССРткрютийкая маб д. 4/5