Способ преобразования постоянного напряжения в регулируемое низкочастотное квазисинусоидальное напряжение

)5 Н 02 И 7 5396 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Ж СЛ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Московский энергетический институт и Производственное объединение "Прожектор"(56) Авторское свидетельство СССРР 736303, кл. Н 02 М 7/48, 1977.Моин В.С. 1 Стабилизированные транзисторные преобразователи. Энергоатомиздат, 1986, с. 288, рис.8.15.(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В РЕГУЛИРУЕМОЕ НИЗКОЧАСТОТНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано всистемах вторичного электропитания иэлектропринода.,Цель изобретенияповышение КПД. Преобразователь, реализующий предлагаемый способ, содер-,Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитанияи электропривода,Цель изобретения - повышение КПД устройства, реализующего предлагаемый способ.На Фиг. 1 показаны временные диаграммы, иллюстрирующие предлагаемый: способ преобразования при 1.=2; на Фиг, 2 а,б - структурная схема варианта силовой части устройства, реажит четное число инверторных ячеек,выходы которых соединены последова"тельно и подключены к входу демодулятора, Демодулятор выполнен по мостовой схеме на ключах переменного тока.Выход демодулятора соединен с выходными выводами преобразователя, Ключиинверторных.ячеек управляются напряжением низкой частоты Г, промодулированным модулирующим сигналом промежуточной частоты й, которая в 3 Р 1,/2раз выше, чем частота Й, гдечисло инверторных ячеек, Р - любоецелое число. Управляющий демодулирующий сигнал, подаваемый в цепь управ"ления ключей переменного тока, имееттакже частоту Й. По отношению к этому сигналу модулирующие сигналы промежуточной частоты сдвинуты на угол+/2 и -1/2, определяющий нулевыепаузы в выходном напряжении преобразователя. Благодаря этому сдвигу коммутация ключей переменного тока происходит беэ напряжения. 2 з.п. Ф-лы,3 лизующего предлагаемый способ, и структурная блок-схема системы управ-. ления устройством; на Фиг. 3 - вре-:. менные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства, реализующего способ,Рассмотрим сущность способа на примере 1 =2 (Фиг.1). Постоянное напряжение преобразуют в 1. последовательно сдвинутых межцу собой по Фазе2 Г на угол , = - переменных напряжени31.З днизкой частоты Р (, ), ЧислоФ изадают четным. Далее Аормируют управляющий демодулирующий сигнал типа меандр, промежуточной частоты 1=К Р,обозначенный на Аиг. 1, каК у , идва аналогичных по Аорме с симметрично встречно изменяемым относительнодруг друга Ааэовым сдвигом а модулирующих сигнала частоты й(9 М) .Затем молулируют низкочастотные на Опряжения модулирующими сигналами частоты Г, причем в каждой паре напряжений низкой частоты, сдвинутых между собой на угол 93, положительныеполуволны одного напряжения и отрицательные полуволны другого напряжения модулируют первым модулирующимсигналом частоты 2( ), а отрицательные полуволны одйого и положительные другого модулируют вторым 1 Оэмодулирующим сигналом частоты Й() .После этого трансАормируют полученные промодулированные напряжения 01 д ,Б ) с последующим суммированиемвсех напряжений, Затем полученноерезультирующее напряжение Щ ) демодулируют с помощью демодулирующегосигнала "(. Выбирают кратность часРтот К=- ЗЬ, где Р - четное число230(минимальное значение коэФФициентаК=ЗЬ определяет минимально возможнуючастоту промежуточного высокочастот-.ного преобразования, период которой21/равен у= - ),о 31.35Для устранения двойных вольтсе-.кундных площадей Аазирование разночастотных сигналов (ф и , Му, М)производят, исходя из условия изме-нения полярности низкочастотных напряжений в момент, соответствующийчетверти периода цемодулирующего сигнала(Аиг. 3). При этом коэФФициент Р выбирают любым целым числом 45(минимальное значение коэФФициента3К=-1. определяет мигимально возмож 2ную частоту промежуточного высокочас-,тотного преобразования. полупериод2 икоторый равен = в ).31Регулирование величины выходногд -.низкочастотного напряжения осуществляют за счет изменения Аазового сдви-га Ы между двумя модулирующими сигна элами частоты Г(Ч, М, )Одним из возможных вариантов практической реализации предлагаемого способа может быть преобразователь, силовая часть и система управления которого показаны на фиг. 2 а,б.Преобразователь содержит инвертор" ный блок 1 (ИБ, Фиг, 2 а), содержащий Ь идентичных инверторннх ячеек (ИЯ 1 ИЯЬ) с трансАорматорным выходом, выполненных по схеме с нулевой точкой питания. Вторичные обмотки трансФорматоров инверторных ячеек соединены последовательно, образуя контур суммирования выходных напряжений инверторных ячеек, подключенный к входным выводам 2 и 3 демодулятора 4. Демодулятор 4 может быть выполнен, напри. - мер, по мостовой схеме на полностью управляемых ключах 5-8 переменного тока. Выводы 9 и 10 образуют выход преобразователя., Система управления устройства(Аиг. 2 б) содержит задающий генера" тор 11, выходом подключенный к входу, модулятора 12 ширины импульсов (ИРЯ), входу первого делителя 13, осуществляющего деление частоты задающего генератора на Р, причем по заднему Фронту входного сигнала и инАормационному входу Р-триггера 14, осуществляющего деление частоты задающего генератора на два (инверторный выход триггера связан с инФормационным входом Э), причем по переднему Аронту входного сигнала ( ). Выход делителя 13 подключен к инФормационному входу регистра 15 сдвига и к входу делителя 16 с коэААициентом деления.31 . Выход делителя 16 подключен к . счетному входу регистра 15 сдвига. Выод модулятора 12 ширины импульсов подключен к инАормационным входам двух триггеров П- и 1 К-типа 17 и 18 соответственно, осуществляющих деление выходного сигнала модулятора ши-. рины импульсов (мрег Аиг. 3) на два (соответственно по переднему - Э-триг- гер и заднему - 1 К-триггер Фронтам). Выходные сигналы триггеров 17 и 18 (ЬЕ, Ч и ММ соответственно), регйстра 15 сдвига ( - р, Фиг. 2 б) поступают на вход логического узла 19, реализующего логические выражения:;, где=1 - 1/2Ю- ца, ю,+ ю мЮ,Ч, где 3=э.+1./2Выходные сигналы логического узла 19 (;, 9; у 1, р, Аиг, 2 б) посту 1 пают на вход блока 20 развязки и уси45 лителей 13 и 16 с помощью входов сброса и установки (К, 8) осуществляют в соответствии с приведенными временны" ми диаграммами на фиг. 3.С выхода делителя 13 частоты импульсы прямоугольной формы с частотой ( ) поступают на счетный зход 5 159995 ления 20, состоящего из 1. идентичных усилительно-развязывающих узлов УРУ 1 - УРУЬ (фиг . 26) . Выходные сигналы ( у,ээ -в9 у4, /фиг. 26) блока 20 пода5 ют на соответствующие ключи соответстнующих иннерторных ячеек (ИЯ 1-ИЯ 1) иннерторного блока 1 (фиг. 26).Выходные сигналы Э-триггера 14 подают на вход усилительно-развязывающего узла 21, выходные сигналы (,9у уу) которого подают на соответствующие ключи 5 - 8 переменного тока дермодулятора 4 (М на ключи 5 и 8 Ч- ГФ на кличи 6 и 7).5Усилительно-развязывающие узлы 21 и блок 20 (УРУ 1-УРУЬ) могут быть выполнены, например, по одной иэ схем инверторной ячейки с трансформаторнымвыходом, позволяющей легко осуществ 20 лять тиражиронание требуемого числауправляющих сигналов.Модулятор 12 ширины импульсов(МНИ) содержит генератор треугольныхимпульсов симметричной формы(Н г, 25фиг. 3) и компаратор, на один вход которого поступает напряжение П , агтиуна второй изменяемый (в пределах максимального и минимального значенийнапряжения Б ) уровень постоянного 30 напряжения.Рассмотрим работу преобразователя.На фиг, 3 показан алгоритм формирования выходного регулируемого напряжения устройства, первичная модуляцион 35ная часть которого выполнена на базедвух инверторных ячеек с нулевой точкой питания, а частота промежуточноговысокочастотного преобразованияЕ=- ЗЬР=6 Р(Ь=2, Р=2) .Р 40Постоянное напряжение (П, фиг.2 а)преобразуют в два сдвинутых между со"2(бой по Ъазе на угол от - (при Ь=2б 31.Э у=Г;.3) одинаковых по величине напряжений низкой частоты Р. Затем модулируют эти напряжения сигналами типа меандр промежуточной высокой частоты ( Ю, фиг. 3), причем в каждой па 2ре напряжений низкой частоты, сдвинутых между собой на угол Г/3. Положительные полуволны одного напряжения) и отрицательные полуволныэдругого(яа) напряжения модупнруют сигналом, а отрицательные полуволэны одного () и положительные другоЕ 1эго (у,) модулируют сигналомЗатем трансформируют полученные промодулированные напряжения Щ ,11 ) . и суммируют все Ь напряжений. Реэуль тирующее напряжение (Б/ ) подают навход демодулятора 4 (выводы 2 и 3),Фазирование последовательностейвысокочастотных сигналов, Ч,Е 1 у йотносительно низкочастотных напряжений производят, исходя иэ условия изменения полярности низкочастотных напряжений в момент, соответствующийчетверти периода сигнала у,.Необходимый алгоритм управленияключевыми элементами инверторныхячеек (ИЯ 1-ИЯ 1., фиг, 2 а) инверторногоблока 1 и демодулятора 4 обеспечиваютсистемой управления, показанной нафиг. 26.Задающий генератор 11 вырабатываетна своем выходе прямоугольные импульсы со скважностью два (Мз, фиг. 3),следующие с частотой Гз,. =22,В приведенном на фиг, 3 примере2 =12 Р (1.=2, Р=2). Эти импульсы поступают на вход модулятора 12 шириныимпульсов (%ПО, вход делителя 13 иР-триггера 14. Модулятор 12 шириныимпульсов состоит из генератора треугольного напряжения симметричной формы и компаратора. На входы компаратора подают выходное напряжение О.т тии изменяемый (в пределах максимального и минимального значений напряженияЦ ) уровень постоянного напряжения (11,). С выхода модулятора шириныимпульсов получают сигнал, имеющийчастоту задающего генератора с регулиНруемои скважностью фр,.у 4 ре,) 1торый подают на инФормационные входытриггеров 0- и 1 К-типа (соответственно 17 и 18). Э-триггер 17 делит частоту входного сигналана два(инверсный выход триггера подключенк его информационному входу В) по переднему его фронту, а 1 К (18) - позаднему. Выходные сигналы триггерор17 и 18 имеют частоту промежуточноговысокочастотного преобразования 2 соскважностью два.Начальную установку (при пуске)триггеров 14,17 и 18 и счетчиков де 1599958регистра 15 сдвига и на вход делителя 16 частоты с коэффициентом деления б. Выходные импульсы делителя 16частоты с частотой Р и со скважностьюдва поступают на информационный входрегистра 15 сдвига, на выходах которого происходит формирование последо"вательностей импульсов с частотой(Ур , (ф), сдвинутых друг отно О1ительно друга на интервал 1/6 Р (УУг,)Входные сигналы триггеров 17 и 18( у,у ),а также регистра 15сдвйга (,.) поступают на входлогического узла 19, реализующего логические выражения6 =Ь, е, + г,9=Ь, ,+ У, 9 уМ,Выходные сигналы логического узла 19 через усилительно-развяэывающиеузлы блока 20 подают на соответствующие ключи инверторных ячеек (ИЯ 1, ИЯ 2)25инверторнаго блока 1. П-триггер 14осуществляет деление импульсов задающего генератора 11 на два (инверсныйвыход триггера связан с его информационным входом П) по переднему фрон Оту. Выходные прямоугольные импульсытриггера 14 (, 9) с частотой промежуточного высокочастотного преобразования и скважностью два через усилительно-развяэывающий узел 21 подаютна соответствующие ключи переменноготока демодулятора 4 (на ключи 5и 8, /(7 - на б и 7).Регулирование выходного напряженияпреобразователя осуществляют изменением,фазового сдвигамежду двумясигналами промежуточной высокой частоты ( у Ю ) за счет изменения скважности выходных импульсов модулятораширины импульсов 12 (Чрег) е45На фиг. 3 показан алгоритм формирования выходного напряжения (11 )преобразователя при двух значениях./ искважностиЮ рег (Р рег юре) фДля повышения надежности работытриггеров 17 и 18 в систему управления устройства может быть введен ограничитель импульсов включаемый междувыходом модулятора 12 ширины импульсови входом триггеров 17 и 18. Ог-.)5раничитель импульсов исключает переход выходного сигнала модулятора 12ширины импульсов в граничных точках1 11 1в состояние логическои 1 и О , те.Ф 20 исключает воэможность срыва. сигналов промежуточного высокочастотного преобразования (уМ )Предлагаемая структурно-алгоритмическая организация преобразователя позволяет переключать транзисторы демодулятора при нулевом значении напряжения, что значительно улучшает их режим работы, устраняя динамические потери (см. фиг. 3) в ключах, т.е. повышает КПД,Формула из обр ет ения1. Способ преобразования постоянного напряжения в регулируемое низкочастотное кваэисинусоидальное напряжение; при котором постоянное напряжение преобразуют в 1. переменных напряжений низкой частоты Р, взаимно сдвинутых на угол у, модулируют эти напряжения модулирующнм сигналом промежуточной частоты Й, в целое число раэ К превышающей частоту Р, суммируют промодулированные .напряжения и результирующее напряжение демодулируют .с помощью управляющего демодулирующего сигнала промежуточной частоты Г и регулируют значение полученного выходного напряжения введением нулевой паузы шириной на угол И в каждом полупериоде промежуточной частоты Е, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения Щ. устройства, реализующего данный способ, выбирают число , 1. четным, у=2(7/31 и К=ЗР 1 /2, а модуляцию осуществляют с помощью двух модулирующих сигналов промежуточчой частоты К, первый из которых сдвинут на угол +о/2, а второй на угол -о/2 относительно управляющего, демодулирующего сигнала промежуточной частоты Г, причем в каждой паре переменных напряжений низкой частоты Р, сдвинутых между собой на угол //3, первый полупериод первого и второй полупериод второго указанных напряжений модулируют первым модулирующим сигналом промежуточной частоты , а второй полупериод первого напряжения и первый полупериод второго напряжения модулируют вторым модулирующим сигналом промежуточной частоты Г,2, Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что управляющий демодулирующий сигнал промежуточной частоты Г фазируют по одному иэ фронтов переменного напряжения низкой часто9 1599958 и"и Фу 2 ты Р, а число Р выбирают любым четным, числом.3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что управляющий демодулирующий сигнал промежуточной Р 1 Г 2 частоты Г сдвигают по Фазе на четверть периода его частоты относительно одного из Фронтов переменного напряжения низкой частоты Г, а число Рвыбирают любым целым числом, 15999581599958 Составитель В.Моинактор Н.Киштулинец Техред М.Ходанич КорректоР ИЛа ое /ткрытиям при ГКНТ ССС зводственно-полиграфическое предприятие, г. Уж ул. Проектная, 4 Ьг и ид Фр 7,Р 7ф 71Юу 1уЭ юр ) Э Э Чз аказ 3149 ИИПИ Государственного 113035, Тираж 502 Подпи митета по изобретениям и сква, Ж-Э 5, Раушская наб.