Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное переменное

(19) (11) А 1) 4 Н 02 М 7/48 д ррЩЯ ЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИ ЕТЕЛЬСТВ Н АВТОРСК 74 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(7 1) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Г.Я.Михальченко, С.М.Надсадин и А.И.Сизых(56) Авторское свидетельство СССР 9 699504, кл. Н 02 М 7/48, 1977.Авторское свидетельство СССР В 754635, кл. Н 02 М 7/48, 1977.Авторское свидетельство СССР У 1023590, кл. Н 02 М 7/48, 1981. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАП РЯЖЕНИЯ В КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ ПЕРЕ- МЕННОЕ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано при создании быстродействующих регуляторов и стабилизаторов переменного напряжения, усилителей гармонических сигналов, преобразователей частоты. Целью является снижениемассы и габаритов. Преобразовательсодержит 2 п инверторных ячеек на полкостью управляемых ключах 1. 1-6.4,соединенных с первичными обмоткамивысокочастотных тр-ров 9-14. Демоду-лятор 15 выполнен в виде двух диодныхвыпрямителей, соединенных с Т-образным фильтром 16. Блок управления параллельно работающих инверторных ячеек осуществляет алгоритм управления,позволяющий реализовать многоэоннуюимпульсную модуляцию напряжения источника питания. 7 ил,113653Изобретение относится к преобразовательной технике, и может быть использовано при создании усилителей гармонических колебаний электропри"Э5 водов переменного тока, источников питания при сохранении высоких энергетических показателей, в тех случаях, когда требуется высокое быстродействие регулирования и минимальные масса и габариты преобразователя.Цель изобретения - снижение массы и габаритов преобразователя.На фиг. 1 представлена функциональная схема силовой цепи предлага емого преобразователя; на фиг. 2 - блок-схема цепи управления преобразователя на фиг. 3 и 4 - варианты подключения к демодулятору выходного фильтра; на фиг. 5-7 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.,Преобразователь напряжения(фиг. 1) содержит 2 п (на примере и =3) инверторных ячеек на полностьюуправляемых ключах 1.1-6.4, однидиагонали которых соединены с выводами 7 и 8 источника постоянногонапряжения, а вторые - с первичнымиобмотками 2 п высокочастотных транс- ЗОформаторов 9-14, вторичные обмоткикоторых соединены последовательно.Демодулятор 15 выполнен в виде двухдиодных выпрямителей, входы которыхподключены к вторичным обмоткамтрансформаторов 9-11 и 12-14 соответствующих инверторных ячеек, причемвыходы выпрямителей соединены междусобой встречно-последовательно, общая точка которых цместе с другими 40(фиг. 2) содержит последовательновключенные задающий генератор 18 игенераторы 19 и 20 встречно-изменяющихся развертывающих напряжений,соединенных с одними из входов сумми- Бпрующих элементов 21-24, другие входы пар 21 и 22 и 23 и 24 которыхобъединены и подключены к выходамфазосдвигающего узла 25 и аналогового умножителя 26 напряжения, входыкоторого объединены и образуют управляющий вход преобразователя (Бу),два и-канальных формирователя 27 и28 управляющих импульсов, каждый ка 04 2нал которых содержит два модулятора 29 и 30 ширины импульсов, одни входы которых объединены и подключены к пороговым элементам 31-33 с последовательно нарастающими уровнями, а другие - к выходам суммирующих элементов 21-24, причем выходы модуляторов 29 и 30 ширины импульсов через узлы, 34 развязки и усиления соединены с управляющими цепями ключей 1.1- 6,4 инверторных ячеек.При выполнении фильтра 16 (фиг.3) по Т-образной С-Ь-С схеме общая точка выпрямителей подключена к выводу дросселя 35 фильтра, а выводы конденсаторов 36 и 37 соединены с одно- полярными выводами выпрямителей и образуют выходные выводы преобразователя.При выполнении фильтра 16 (фиг.4) по Т-образной Ь-С, схеме выводы дросселей 38 и 39 соединены с одно- полярными выводами выпрямителей, вывод конденсатора 40 подключен к общей точке выпрямителей, образующей вместе с общей точкой дросселей 38 и 39 выходные выводы преобразователя.При подключении нагрузки 17 со ,средней точкой (фиг. 1) ее крайние выводы соединены с однополярными выводами выпрямителей, а средняя точка - с общей точкой конденсаторов фильтра или общей точкой выпрямителей (если фильтр отсутствует).1На фиг. 5-7 обозначены напряжения: .41 - задающего генератора 18, 42 и 43 - генераторов 19 и 20 встречно- изменяющихся развертывающих (пилооб" разных) напряжений,44 - управляющее синусоидальное напряжение, 45 и 46 - умножителя 26 и фазосдвигающего узла 25 соответственно, 46.и 47 - суммирующих элементов 21 и 22, 49-52 - пороговых элементов 31-33, 53 и 54 - суммирующих элементов 23 и 24, 55- 62 - модуляторов 29 и 30 ширины импульсов соответствующих каналов фор мирователей управляющих импульсов, 63 и 64 - .узлов 34 развязки и усиления первого канала формирователя, ,65-68 - на обмотках трансформаторов 9-11 соответственно, 69 - суммарное напряжение вторичных обмоток трансформаторов 9-11, 70 - трансформаторов 12-14, 71 - на выходе одного из неуправляемых выпрямителей демодулятора 15, 72 - на выходе второго не- управляемого выпрямителя, 73 - наз13653 входе фильтра 16 74 - на выходе одного плеча фильтра (среднее значениенапряжения на выходе одного выпрямителя), 75 - на выходе второго плеча фильтра, 76 - на выходе преобразователя.Преобразователь работает следующим образом.Задающий генератор 18 формирует 10 высокочастотные импульсы 41, которые синхронизируют работу генераторов 19, и 20 развертывающих напряжений (генератор 20 встречно-изменяющихся напряжений может быть выполнен на осно ве повторителя напряжения, на основе операционного усилителя), на выходах которых действуют напряжения 42 и 43. На управляющий вход преобразователя поступает управляющее синусои дальное напряжение 44, частота которого выбирается вдвое ниже требуемой выходной частоты. На выходе аналогового умножителя 26 напряжения с объединенными входами действует нап ряжение 45, мгновенное значение которого изменяется по квадратичному2закону здп Мс. Это напряжение сдвиогается на 90 фазосдвигающим узлом 25, на выходе которого действует нап- ЗО ряжение 46, изменяющееся по квадратичному закону созюс, Суммирующие элементы 21-24, которые также могут быть выполнены на основе операционных усилителей, осуществляют сложение35 напряжений 45 и 46 с развертывающими 42 и 43, На фиг. 5 (для упрощения) выходные напряжения 47 и 48 и 53 и 54 элементов 21 и 22 и 23 и 24 совмещены попарно. Каждое из этих нап О ряжений поступает на одни из входов модуляторов 29 и 30 ширины импульсов, на других входах которых действуют напряжения 49-52 с последовательно нарастающими уровнями (на фиг. 5 для 45 определенности задано четыре уровня, что соответствует числу каналов и = 4). Модуляторы 29 и 30 ширины импулЬсов могут быть выполнены в виде последовательно соединенных компараторов и логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, синхронизированного импульсами задающего генератора 18 через триггер. На выходе элементов сравнения (компараторов) модуляторов ширины импульсов действует напряжение 55-62, перепады которого формируются в моменты равенства напряжений 47 или 48 с соответствующими 044уровнями 49-52, а на выходе узловразвязки и усиления действуют напряжения 63 и 64, которые определяюталгоритм работы ключей инверторныхячеек.Пусть положительные полуволнынапряжения 63 соответствуют замкнутому состоянию ключа 1,1, а отрицательные - ключа 1.2, Аналогично, положительные полуволны напряжения 64соответствуют замкнутому состояниюключа 1.4, а отрицательные - 1,3,Напряжения на выходах других узловразвязки и усиления (фиг. 6) не показаны. В соответствии с фазами напряжений 63 и 64 алгоритм переключения ключей 1 инвертора изменяетсяот полупериода к полупериоду высокойчастоты; 1.4, 1.2 в , "2, 1.3-1.3,11.3, 1.1 - 1,1 - 1,4 - 1.4,1. 2 - С, 1. 2, 1,4 - 1. 4 1, 11.2, 1.3 и т.д, - с до момента времени С, с которого снова начинаетсяв этом канале изменение синхронногоалгоритма,Напряжение на обмотках трансформатора 9 представлено в таком режимеэпюрой 65, для других, последовательно с ним соединенных по вторичнойцепи трансформаторов - эпюрами 6668, а суммарное высокочастотное нап-.ряжение, действующее на входе первого выпрямителя, - эпюрой 69, огибающей которого изменяется в соответствии с напряжением 45, Аналогично,вторая группа инверторных ячеек наключах 4-6 формирует сдвинутое на90в соответствии с напряжением 46напряжение 70 действующее на входевторого выпрямителя демодулятора 15.На выходах выпрямителей действует выпрямленное напряжение 71 и 2.Посколькувыпрямители включены встречно,на входбфильтра действует разность напряжений 7 1 и 72, представленная эпюрой73, огибающая которой изменяется посинусоидальному закону с удвоеннойчастотой по отношению к управляющемунапряжению Б. Эпюрами 74-76 представлены напряжения на выходе фильтра каждого моста и на нагрузке соответственно. Если нагрузка имеет среднюю точку, что имеет место в электромагнитных системах, трансформаторных, вибрационных, двигательных, акустических, индукционного нагрева и так далее,35 5 13653 то выходной фильтр можно исключить, что позволяет дополнительно повысить коэффициент полезного действия. Демодулятор также может быть выполнен5 по схеме со средней точкой. Выполнение демодулятора на основе двухвстречно-последовательно включенных выпрямителях позволяет практически исключить нерегулируемые паузы в 10 выходном напряжении, исключить защитные цепи, схему управления ключами демодулятора и повысить КПД и надежность преобразователя на этой основе. Для реализации такого демодулятора на входе одного из выпрямителей необходимо сформировать высокочастотное напряжение, огибающая которого изменяется по закону зп ис, на входе другого - по закону созас. 2 О Их разность при этом изменяется по синусоидальному закону, так как сов ыС - зп уС = соз 2 Ж. 2Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения в, квазисинусоидальное переменное, содержащий и инверторных ячеек на полностью управляемых ключах, две группы из и высокочастотных трансформаторов, вторичные обмотки каждой группы которых объединены в общем контуре и подключены к входам своих выпрямителей, выходные выводы которых через выходной фильтр связаны с выходом устройства, а первичные обмотки одной группы высокочастотных трансформаторов соединены с выходами и инверторных ячеек, входы которых подключены к шинам питания, и схему управления, включающую задающий генератор, генераторы встречно-изменяю 04 6щихся развертывающих напряжений,соединенные с одним из входов суммирующих элементов, и-канальный формирователь управляющих импульсов, каждый канал которого содержит два модулятора ширины импульсов, одни входы которых объединены и подключены кпороговым элементам с последовательно нарастающими уровнями, а другие -к выходам указанных суммирующих элементов, причем выходы модуляторовширины импульсов соединены с управ-ляющими цепями ключей инверторныхячеек, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью снижения массы и габаритов, в преобразователь дополнительно введены и-канальный формирователь управляющих импульсов, и инверторных ячеек, выходы которыхсоединены с первичными обмоткамидругой группы высокочастотных трансформаторов, два суммирующих элемента,аналоговый умножитель напряжения ифазосдвигающий узел, вход которогоподключен к выходу аналогового умножителя, причем входы последнегообразуют управляющий вход преобразователя, а выход фазосдвигающего узла подсоединен к одним из входовдополнительных суммирующих элементов,другие входы которых соединены сгенераторами встречно-изменяющихсяразвертывающих напряжений, их выходысоединены с одним из входов введенного формирователя управляющих импульсов, другие входы которого связаны с соответствующими пороговымиэлементами, выходы соединены с уп-равляющими цепями ключей введенныхинверторных ячеек, а выходы выпрямителей соединены между собой встречно-последовательно.1365304 Составитель Г,МыцыкТехред Л.Сердюкова Корректор М.Максимиши едактор И.Горна аказ 665 Тираж 665 Государстве елам изобрет ква, Ж, 113035, М водственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ю4Я ФИ Подписноного комитета СССРний и открытийаушская наб., д. 4