Способ преобразования постоянного напряжения в переменное w ступенчатое

, 13Ък г. САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСК рско-техской техтономныхипа.с85.СССР1978,СССР1979,ПОСТОЯНЕ И-СТУГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Специальное конструктнологическое бюро геофизичники(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННПЕНЧАТОЕ(57) Изобретение относится к областиэлектротехники для преобразованияпостоянного напряжения в переменноес улучшенным гармоническим составом.Целью является повышение качестваэлектрической энергии. Устройство содержит один модулятор 9 с согласуюшим трансформатором 10 и несколькодемодуляторов на ключах переменноготока 6.1, 6.2подключенных входами к различным комплектам вторичныхобмоток, а выходы их соединены последовательно. На выходе формируютнесколько ступенчатых напряженийсложной формы, суммирование которыхпозволяет получить квазисинусоидальное напряжение с большим количествомступеней. 4 ил.Изобретение относится к электротехнике.Цель изобретения - повышение качества электрической энергии,5На фиг1 представлены диаграммынапряжений, поясняющие предлагаемыйспособ преобразования постоянного напряжения в переменное М-ступенчатое;на фиг.2 и 3 - схемы устройства для 10преобразования постоянного напряжения в И-ступенчатое; на фиг.З - схемаблока управления.Иа диаграммах (фиг.1) представленыпеременное напряжение 1 прямоугольной 15формы, частота которого кратна частоте выходного Ч-ступенчатого напряжения, промежуточные переменные напряжения 2-4 М-ступенчатой формы с нулевой паузой (Ь=З, М=2), выходное 11-сту пенчатое напряжение 5 (11=62).Устройство для преобразования постоянного напряжения в переменное 11 ступенчатое (фиг.2) содержит Ь демодуляторов на ключах 6,1-6.4, 7.1-7.4и 8.1-8.4 переменного тока, высокочастотный модулятор 9 с согласующимтрансформатором 10, (2 М+1) отводов11.1 - 11.5, 12.1-125 и 13,1 - 13,5групп последовательно соединенных 30вторичных обмоток которых подключенык соответствующим демодуляторам, 1,ключей 14 - 16 переменного тока, силовые электроды которых подключены квыходам 17-18, 19-20 и 21-22 соответствующих демодуляторов, соединеньпоследовательно и подключены к выходным выводам 23 и 24, и блок 25 управления, связанный с управляющич; электродами ключей постоянного т зка модулятора и управляющими электродамивсех ключей 6.1-6,4, 7,1-7,4, 8,1-8.4)14-16 переменного гока. Устройство для преобразования пос тоянного напряжения в переменное И- ступенчатое согласно другому варианту (фиг.З) содержит Ь демодуляторов на ключах 26.1-26,4, 271-27.4 и 28.1-28,4 переменного тока, высокочастотные модуляторы 29.1-29.3 с согласующими трансформаторами 30.1-30.3 (2 М+1) отводов 31.1-31.5, 32.1-32.5 и 33.1-33.5 групп последовательно соединенных Вторичных Обмоток которых подключены к соответствующим демодуляторам, ключи 34, 35, 36 переменного тока, силовые электроды которых подключены к выходам 37-38, 39-40 и 41-42 соответствующих демодуляторов, соединены последовательно и подключены к выходным выводам 43 и 44,и блок 45 управления, одинаковый сблоком 2 5 уп рав л ения,Блок 25 (45) управления включает(фнг,4) задающий генератор 46, формирующий напряжение частотой и формой напряжения 1, счетчик 47 импульсов,преобразователь 48 кодов и усилители49 мощности. Преобразователь кодовпреобразует поступающий с выходасчетчика импульсный параллельный двоичный код в другой параллельный двоичный код для управления ключами переменного тока,Сущность способа преобразования постоянного напряжения в переменное Ы-ступенчатое заключается в суммировании Ь промежуточных переменных напряжений М в ступенчат формы с нупевой паузой сложной формы. В интервале времени 0-Т/4 и ЗТ/4-Т каждого периода выходного напряжения (фиг.1) все промежуточные напряжения формируют по амплитуде ступенчато нарастающими, при этом амплитуды М ступеней Ь-го промежуточного напряжения 4 равны амплитудам первых М ступеней выходного И- ступенчатого напряжения 5, а все остальные (Ь) промежуточных переменных напряжения (2 З ) имеют нулевое значение (М=2,Ь=З), Получение М+1 ступени выходного 4-ступенчатого напряжения (И=62) обеспечивается суммированием двух промежуточных напряжений 3 и 4, причем напряжение 3 винтервале времени С - 1, должно компенсировать напряжение 4 с амплитудой М 11 и сформировать (М+1) ступень выходного напряжения 5 с амплитудой (М+1)П, где Ц - амплитуда первой ступени выходного Ы-ступенчатого напряжения.Таким образом, напряжение 3 в интервале времени 1 - С, должно иметь амплитуду (2 М+ 1)11 . В интервале времени Т,-1 уменьшают на Ц, амплитуду напряжения 4, которое вычитается из напряжения 3 с амплитудой (2 М+ 1)Ц,т.евыходное напряжение 5 в интервале времени Г -г. равно 2 М 11 В интервале времени 4 -С амплитуда промежуточного напряжения 4 имеет нулевое значение и выходное напряжение 5в интервале времени .,-, определяется только амплитудой промежу .очного напряжения 3 и т,д, Таким образом, 1372549на интервале каждой ступени 1-го промежуточного напряжения эа счет (1+1) - го промежуточного напряжения увеличивается количество ступеней в (2 М+ 1) раэ. В интервале времени С, - Т выходное напряжение 5 должно иметь 13 ступеней с амплитудой 130 Получается это за счет вычитания из напряжения 2 с амплитудой 250 суммы двух 1 О напряжений 3 и 4 с амплитудой 120, И ТсдсЕсли обозначить: Я - количество ступеней в выходном напряжении на интервале Т/4 (фиг.1, Я=52); 1. - 15 количество йромежуточных напряжений (фиг,1, Ь=З); М - количество ступеней (беэ нулевой) в исходных напряжениях 2,3,4 (Фиг,1, М=2); В=2 М+ - количество ступеней в периоде промежуточ- щ ных напряжений 2,3 (Фиг.1, В=5), то амплитуда последующего исходного напряжения будет больше предыдущего в В раэ, Например, амплитуды первой и второй ступеней напряжения 4 равны 25и 2 Б .Тогда напряжения ступеней напряжения 3 равны соответственно 5 Б и 101 а напряжения 2 - 251, и 500, . Суммарное количество ступеней,- 301=МВ.с.ОНапример, для напряжения на фиг. 5= 2 , 5 = 62.сО 35 При четырех исходных напряжениях(Е=4) и М=2, В=5 получимс1=2, 5 =32,сОПри Ь=З, М=З (следовательно, В=7, 40 так как В=2 М+1)11= 3; 7сОНеравномерность интервала квантования уровней исходных напряжений 2,3,4определяется тем, что амплитуда последней ступени от предыдущего напряжения 5 отличается напряжением ЦУстройство для преобразования пос 50 тоянного напряжения в квазисинусоиальное работает следующим обоазом.Высокочастотный модулятор 9 формирует на обмотках согласующего трансформатора напряжение 1 прямоугольной формы. На выходах 17-18, 19-20 и 2155 22 демодуляторов формируются соответственно напряжения 4,3 и 2 (М=2,Е=З) . Выходы демодуляторов соединены последовательно и на выходных выводах Фор - мируются напряжения 5, Управление ключами 6,1-6.4, 7.1-7.4, 8.1 - 8,4 пе - ременного тока демодуляторов и ключами 14 - 16 переменного тока осуществляется от блока управления, который в общем случае состоит из задающего генератора 46 счетчика 47 импульсов, преобразователя 48 кодов и выходных усилителей 49 мощности.На выходе 21-22 демодулятора в интервале времени Т - 1, Формируется напряжение 2 амплитудой, равной нулю. Достигается это эа счет выключения всех ключей 8,1-8.4 переменного тока и включения дополнительного ключа 16 переменного тока. Таким же образом нулевое напряжение 3 Формируется на выходе 19-20 другого демодулятора в интервале времени Со - й.На выходе 17-18 третьего демодулятора формируется напряжение 4 амплитудойв интервале времени за счет включения ключа 6.3 переменного тока. В интервале времени включены ключи 15,16 и 6.3 переменного тока. Напряжения отпаек 13,2 и 13.4 относительно 13.3 равны 250 отпаек 3.1 и 13.5 501, напряжения отпаек 12,2 и 12.4 относительно 12,3 равны 513 отпаек 12,1 и 12.5 10 Ц напряжения отпаек 11.2 и 11.4 относительно 11.3 равны 1 отпаек 11.1 и 11.4 20Поэтому в интервале времени С, -1, на выходных выводах формируется напряжение Б эа счет только обмотки 11.1 - 11.4В момент времени 1, напряжение вторичных обмоток меняет полярность, и до момента времени Т включен ключ 6.1 переменного тока, обеспечивая тем самым подключение к выходным выводам 23 и 24 напряжения обмотки 11.1 - 11.3 величиной 211 . В интервале времени Т-с включены ключи 6,1, 7.3 и 16 переменного тока, чем обеспечивается подключение к выходным выводам 23 и 24 обмоток 11.1-11.3 и 12.3-12.4, соединенных встречно. Поэтому на выходных выводах Формируется напряжение ЭБ,=50, -20,. В интервале времени С -С включены ключи 6.3, 7.2 и 16 переменного тока и на выходных выводах 23 и 24 формируется напряжение 4 П =5 ц -Ц, .В последующие интервалы времени С-С , С 5-С и й -С включаются соот 5 фветственно ключи 7.3, 14,16; 6.2, 137 25497.2, 16 и 6.4, 7.3 и 16 переменного тока и на выходных выводах 23 и 24 формируются напряжения 50 О, 60 =50 + +У,; 7 У,=50,+20,. В интервалах вре- С -1 включены соответственно ключи бф 4 ю 7 е 1 е 1 бе бф 2 ю 74 ю 61 714 ь 16; 6.3, 7.4, 6 и 6.1, 7.1, 16 переменного тока и на выходных выводах 1 О 24 и 23 формируются напряжения 80100-20 9 Ц, =100, -Б; 100,; 1 1 Б =100, +У, и 120, =100, +20, . В последующие моменты времени С х -С )3 Ф Е в -С н-г и г, -с,г включены 15 соответственно ключи 6, 1, 7, 1, 8,3;6Зв 74 ф 821 7ф 8 Зе 14 7 е 4 в 6,2, 8,2 и 6.4, 7.1, 8,3 переменного тока и на выходных выводах 23 и 24 формируются напряжения 130,=251),-100,-20 20 о, 14 П, =25 Уо. -Уо15 Бо =25 Цо - 0 ьба 5 цо Ойдо +П и 70 250 о 1 ОУ,+20,. Последующие ступени квази - синусоидального напряжения формируются аналогичным образом эа счет соеди нения различных сочетаний вторичных обмоток согласующего трансформатора. 50 Принцип работы устройства для преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное, выполненного согласно фиг.З, аналогичный и отличается только построением модулятора и согласующего трансформатора. Применяется он при повышенных выходных35 мощностях и ограниченной элементной базе, В этом варианте один общий модулятор заменен несколькими, формирующ. - ми одинаковые напряжения 1 прямоугольной формы, Автоматически на к;дый 40 модулятор включается свой согласующий трансформатор и свой модулятор, Последовательность включения ключей переменного тока остается прежней, Такое построение входной части устройства имеет свои недостатки, заключающиеся в неравномерной загрузке мо дуляторов, так как мощность, потребляемая с выхода первого модулятора, првышает мощность, потребляемую с третьего модулятора как минимум в 12,5 раз. Потому целесообразно последовательно с каждой вторичной обмоткой 33.1-33.2, 33,2-33.3, 33.3- 33.4 и 33.4-33.5, расположенной на самом загруженном трансформаторе 30.3, включить соответствующие обмотки, расположенные на самом незагруженном согласующем трансформаторе 30.1 и т,д, Таким образом, возможно выравнивание загрузки элементов модуляторов и согласующих трансформаторов.Предлагаемый способ преобразования постоянного напряжения в переменное Ч-ступенчатое и устройство для его осуществления по сравнению с известным позволяют резко улучшить качество электрической энергии эа счет увеличения количества формируемых ступеней в квазисинусоидальное напряжение. Применение изобретения позволит разрабатывать источники питания с регулируемой частотой выходного напряжения и с улучшенными динамическими характеристиками.формул изо бре тенияСпособ преобразования постоянного напряжения в переменное И-ступенчатое с равномерным квантованием по уровню и различными по длительности ступенями путем преобразования постоянного напряжения в Ь промежуточных переменных напряжений М-ступенчатой формы с нулевой паузой и их суммирования, о т г и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества электрической энергии, период первого промежуточного переменногО напряжения, его фазу и середину его нулевой паузы формируют совпадающими с периодом, фазой и серединой нулевой паузы Ь 1-ступенчатого напряжения, длительности его ступени выбира.от равь.ными (2 М+ 1) длительностям соответствующих во времени ступеней И-ступенчатого )лапряжеиия, амплитуду А его первой ступени выбирают из выражения) мгдеь М(2 М+ 1)У - амплитуда первой ступени1-ступенчатого напряжения, при этом каждое 3-е из остальных промежуточных переменных напряжений формируют по амплитуде ступенчато нарастающими от отрицательного значения к положительному и ступенчато падающими от положительного значения котрицательному на каждой ступени(1- 1)-го промежуточного переменногонапряжения соответственно при положительных и отрицательных значенияхпроизводной от первой гармоники Ыступенчатого напряжения, длительности ступеней 1-го промежуточного переменного напряжения выбирают равными(2 М+ 1) длительностям соответствую 1.-щих во времени ступеней И-ступенчатого напряжения, а амплитуды ступеней 1-го промежуточного переменного напряжения выбирают в (2 М+1) раз меньше амплитуд соответствующих ступеней (1- 1)-го промежуточного переменного напряжения.