Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное

. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт электродинамикиАН УССР(56) Тонкаль В. Е, Синтез автономных инверторов модуляционного типа.Киев: Наукова думка, 1979, с, 81-83,рис. 48, 49, 51,Авторское свидетельство СССРФ 944025, кл, Н 02 М 7/48, 1982.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ПЕРЕМЕННОЕ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике, Целью является упрощение формирования многоступенчатого выходного напряжения с заданным гармоническим составом, Устр-восодержит источник 6 питания, расчлененный на п секций 1 - 5. К секциямподключено И ключей 7 - 14 переменного тока, Первичная обмотка силового тр-ра разбита на и секций 16-20,Используя алгоритм ступенчатой аппроксимации при равномерном квантовании по уровню и неравномерном квантовании по времени, возможно формирование любой формы выходного напряжения, в частности по синусоидальному закону, с любым заданным коэффициентом гармоник, 6 ил,Э(п) Е ЕЕ, Е Е, Е2 1-.1; -=5; Ео Ео Еа= Э;Е,ЕО Е,= п=3Ф где13Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в системах вторичных источников питания для преобразования постоянного напряжения в многоступенчатое переменное Напряжение с заданнымгармоническим составом,Целью изобретения является упрощение при формировании многоступенчатого выходного напряжения с заданным гармоническим составом,На фиг. 1 изображена электрическаясхема преобразователя; на фиг. 2электрическая схема преобразователяпри числе секций источника питанияп=5; на фиг, 3 - диаграмма работыпреобразователя, реализующего функциюпреобразования напряжения в ступенчатое переменное заданной формы (напримере треугольной формы) при числесекций источника питания п=5; нафиг, 4 - кривая выходного напряжения,формируемая по синусоидальному закону; на Фиг. 5 - блок-схема аналоговой системы управления; на фиг, 6блок-схема цифровой системы управления,Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное содержит расчлененный на и секций 1-5 источник 6 питания постоянного напряжения, Н ключей 7-14 переменного тока (12 и 13 - дополнительные ключи), силовой трансформатор5, первичная обмотка которого разбита на п секций 16-20 и две дополнительные: первую 21 и вторую 22,вторичную обмотку 23 силового трансформатора 15 и нагрузку 24,Возможным вариантом использованияпреобразователя постоянного напряжения в многоступенчатое переменноеявляется вариант с числом секций источника питания п=5 (фиг. 2). Устройство в данном случае содержит источник 6 питания, разделенный напять секций 1-5, ключи 7-14 переменного тока (12,13 - дополнительныеключи), силовой трансформатор 15,первичная обмотка которого разделенана пять основных 16-20 и две дополнительные 21 и 22 секции, вторичнуюобмотку 23 и нагрузку 24.Величина ЭДС источника питания ви-й секции 5 определяется из соотношенияЕ Е й.Е =Е /8 - величина ЭДС единичного источника;Е - амплитуда формируемого напряжения;Б - число формируемыхуровней.20Числа витков ю в первичной обмотке силового трансформатора 15 дляпервой 16, и-й 20 и обеих дополнительных секций 21 и 22 равны междусобой и определяются из соотношения- единичное число вит"ков в обмотке; - число вольт на витоксилового трансформатора 15,Числа витков ш в остальных одинаМковых секциях 17"19 первичной обмот 35 ки определяются из соотношения ш=оУстройство работает следующим об 40 разом,Секции 1-5 источника 6 питанияпостоянного напряжения посредствомключей 7-14 переменного тока подключаются к основным и дополнительнымд 5 21 и 22 секциям первичной обмоткисилового трансформатора 15, в результате на вторичной обмотке 23 наводит"ся переменное выходное напряжение,прикладываемое к нагрузке 24, Реали 50 зация требуемой функции преобразования достигается заданием алгоритмапереключения ключей 7-14.Наиболее просто реализуемым вариантом формирования переменного на 55 пряжения является преобразование по"стоянного напряжения в ступенчатоепеременное треугольной формы, Заданный закон преобразования реализуетсяследующим образом, 3 13024При замыкании ключей 7 и 8 переменного тока к секции 17 первичной обмотки силового трансформатора 15 прикладывается ЭДС секции 1 источника 6 питания постоянного напряжения, принятая за единичную ЭДС, При этом5 на нагрузке 24 посредством вторичной обмотки 23 силового трансформатора формируется первая ступень единичного уровня многоступенчатого переменного напряжения (фиг. 3), При замыкании ключей 7 и 8 сумма ЭДС 1-й и 2-й секций источника питания постоянного напряжения, равная 4 Е прикладывается к согласно-последовательно 15 включенным секциям 17 и 18 первичной обмотки силового трансформатора 15, В результате на нагрузке формируется вторая ступень, равная удвоенному единичному уровню, Аналогично при 20 замыкании ключей 8 и 9 формируется третья ступень; ключей 8 и 10 - четвертая; ключей 9 и 10 - пятая; ключей 7 и 11 - шестая; ключей 8 и 11 седьмая; ключей 9 и 11 - восьмая, 25 ключей 10 и 11 - девятая ступени восходящей части положительной полуволны, Нисходящая часть положительной полуволны формируется путем замыкания ключей в обратном порядке ЗО (фиг, 3). При замыкании ключей 9 и 12 формируется первая ступень; ключей 8 и 12 - вторая; ключей 7 и 12 - третья; ключей 9 и 13 - четвертая; ключей 8 и 13 - пятая; ключей 7 и 13 -шестая; ключей 9 и 14 - седьмая;ключей 8 и 14 - восьмая; ключей 7 и 14 - девятая ступени нисходящей40 02 4части отрицательной полуволны, Восходящая часть отрицательной полуволны формируется путем замыканияключей в обратном порядке,Используя алгоритм ступенчатойаппроксимации при равномерном квантовании по уровню и неравномерномквантовании по времени, возможноформирование любой другой формы выходного напряжения, в частности посинусоидальному закону, с лЮбым заданным коэффициентом гармоник, приэтом алгоритм переключения ключейпеременного тока остается тот же,а изменяется только момент временипереключения,Момент времени перехода с 1-1-гона 1-й уровень (момент коммутации)определяется из следующего выраженияс 1 о, = с + ( 1- 1 ) (К - о , )сс; + О-- с 8 ----2 где о = агсв 1 п ;1-1= агсв 1.п (") - соответственнотмоменты времени пересечения синусоиды с 1-м и 1-1-м уровнями;ш - число аппроксимирующих уровнеи (уровней кванто" вания), включая нулевой,Для случая реализации девяти ступеней (уровней квантования) выходного напряжения моменты переключения в радионах равны:да,= 0,055614; сХол = Ов 3996771 сот= Оф 8081501сС, = 0,167531; соб = ОФ 523994; сАов = 0,987650;д, = 0,281639; оС, = 0,658080; с, = 1,25518.Формируемая при этом кривая выход- Схема работает следующим образом,ного напряжения показана на фиг. 4, Генератор 25 синусоидального наПриведенный алгоритм формирования пряжения формирует н,.пряже;.и стапеременного напряжения по синусои- бильной амплитуды и частоты причемдальному закону может быть реализо- частота равна частоте выходного сигван при помощи аналоговой или цифро нала преобразователя, а амплитудавой системы управления, выбирается наиболее удобной для реБлок-схема аналоговой системы уп- ализации. Синусоидальное напряжениеравления (фиг, 5) содержит интегра- с выхода генератора синусоидальноготор 25 синусоидального напряжения; напряжения подается на вход выпрямивыпрямитель 26; блок 27 опорных ис теля 26, который выпрямляет синусоточников (делитель); схему 28 срав- идальный сигнал, так как импульсыкения; диодную матрицу 29 (схема вы- управления необходимо получать наделения положительных ординат) и обоих полупериодах выходного напряблок 30 одновибраторов, жения,=."=1- = 3(и)Ео 5 130Блок 27 опорных источников представляет собой делитель напряженияисточника постоянного напряжения,причем величина напряжения источника должна быть равна амплитуде сину-.соидального сигнала,Сигналы с выходов выпрямителя иделителя поступают на вход схемы 28сравнения, где происходит сравнениевыпрямленного сигнала генератора синусоидального напряжения с опорныминапряжениями, отличающимися друг отдруга на одинаковые уровни, Сигналыс выхода схемы сравнения поступаютна схему 29 выделения положительныхординат, выходы которой соединены свходами блока 30 одновибраторов, вкотором формируются импульсы, соответствующие началам и концам импульсов с выхода диодной матрицы 29, которые и являются импульсами управления с фазой, соответствующей временному квантованию синусоидальногосигналаБлок-схема цифровой системы управления (фиг. 6) содержит задающий генератор 31, реверсивный счетчик 32импульсов и дешифратор 33.Схема работает следующим образом,Задающий генератор 31 формируетпрямоугольные импульсы стабильной,заданной частоты со скважностью, равной двум (частота определяется заданной погрешностью для временногорасположения импульсов управления),которые считает реверсивный счетчик32, С выхода счетчика информация по"ступает на вход дешифратора 33, навыходе которого Формируются управляющие импульсы с заданной временнойпривязкой, После окончания полупериода счетчик считает в обратном направлении, что также дешифрируется, нов обратной последовательности.Преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменноесодержит Н и + 3 ключей переменного тока, из которых в цепи протекания силового тока последовательновключены только два ключа, При этомустройство реализует Б = 3(Н) уровней выходного ступенчатого напряжения. 2402 бКроме этого, уменьшается чис.:осекций источника питания и числосекций первичной обмотки силовоготрансформатора, В результате упрощается схема преобразователя постоянного напряжеНия в многоступенчатоепеременное с заданным гармоническимсоставом, Данные преимущества проявляются при Я7,10 формула изобретения Преобразователь постоянного напря.жения в многоступенчатое переменноес использованием секционированногоисточника питания, каждая из и секций которого, исключая последнюю,посредством ключей переменного тока 20 соединена с соответствующими отводами и-секционированной обмотки сило,:,вого трансформатора, крайний выводпервой секции которого через ключпеременного тока соединен с крайнимвыводом и-й секции источника питания, вторичная обмотка которого образует выход преобразователя, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью упрощения при Формированиимногоступенчатого выходного напряжения с заданным гармоническим составом, он снабжен двумя дополнительными ключами переменного тока и двумя дополнительными секциями первич ной обмотки силового трансформатора,которь;е соединены между собой согласно последовательно и включены междупервой и второй секциями первичнойобмотки силового трансформатора, 40 первая дополнительная секция которого посредством упомянутых дополнительных ключей переменного тока соединена с (и)-й секцией источникапитания, причем отношения величинЭДС источника в (и)-й секцииЕ , в и-й секции Е и в остальныхг-х секциях Е. и ЭДС единичного ис 1точника питания Е, выбирают соответственно из соо":."ношений 50Предложенный преобразователь постоянного напряжения в многоступенчатое переменное позволяет повысить эффективность использования ключей переменного тока,- =: 5 (и)Ет а уотношение чисел витков ы первичнойобмотки силового трансформатора дляи-й секции и первой и второй дополнительных секций к единичному числувитков в обмоткеравно Ч)оа отношение чисел витков достальных секций и ч устанавливают раваным 1.1302402 Составитель Г, МыцыТехред А.Кравчук Корректор М, Самборская Редактор А, Шан Заказ 1222 5 кая наб д твенно-полиграФическое предприятие, г, Ужгород, ул, ПроектнаяФ Прои ИИПИ Госу по делам 35 Москв